1、实验十二 传感器的简单使用 实验基础核心探究实验基础解读实验萃取精华一、研究热敏电阻的热敏特性 二、研究光敏电阻的光敏特性 注意事项1.在做热敏电阻实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温.2.在做光敏电阻实验时,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零.核心探究通法悟道拓宽思路探究点一 基础性实验【典例1】(2018福建龙岩模拟)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材:直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开
2、关和导线等.(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在如图(甲)所示的实物图上连线.解析:(1)直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定,故只需要将电压表与电阻并联测量出电压即可,实物图连线如图.答案:(1)见解析 (2)实验的主要步骤:正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,断开开关;重复第步操作若干次,测得多组数据.解析:(2)本实验要测量电阻值和温度值的关系.电阻要用欧姆定律计算,由于电流恒定且已知,故需测量电压和温度.答案:(2)记录电压表电压值 温度计示数(3)实验小组算得该热
3、敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得如图(乙)所示的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式R=+t().(保留三位有效数字)解析:(3)从图中取相距较远的两个特殊点,代入R=R0+kt计算,有120=R0+50k 104=R0+10k 解得R0=100,k=0.400 故该热敏电阻的R-t关系式为R=100+0.400t .答案:(3)100 0.400 方法技巧 解决传感器实验的主要方法(1)在高中阶段关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接、实验数据的处理或根据实验数据画图像.(2)实验电路一般采用滑动变阻器的分压或限流,电流表的内接或外接.(3)数据的处理一般是图像
4、法,要充分利用好实验得到的数据获得实验结果.(4)连接实物图时,一般先将串联的主体电路连接好,然后连接并联的器材,最后一定要进行检查.【针对训练】(2018江苏南通模拟)(多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,图中虚线表示激光,圆柱体表示随传送带运动的货物,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是()A.当光照射R1时,信号处理系统获得高电压 B.当光照射R1时,信号处理系统获得低电压 C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次 BD 解析:激光照在光敏电阻R1上,信号处理系统与R1并联,其电压就是R1两端的电压,当货物挡光
5、时R1阻值大,电压高,货物挡光一次,就计数(货物的个数)一次,所以B,D正确,A,C错误.【教师备用】(2018湖北咸宁模拟)一些材料的电阻随温度的升高而变化.如图(甲)是由某金属材料制成的电阻R随温度t变化的图像,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为5 mA,内阻不计)、电阻箱R串联起来,连接成如图(乙)所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.(1)电流刻度较大处对应的温度刻度 (选填“较大”或“较小”);(2)若电阻箱阻值R=150 ,当电流为5 mA时对应的温度数值为 .解析:(1)由题图(
6、甲)可知,温度升高,电阻阻值增大,电路中电流减小,因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小.(2)电流为5 mA时,电路总电阻为300,电阻箱阻值R=150,则R=150,由题图(甲)得对应的温度为50.答案:(1)较小(2)50 探究点二 创新性实验 高考创新实验例析【典例2】(2017江苏卷,11)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图(甲)所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约为20 ,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示 t/30.040.050.060.070
7、.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干.为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制,电源E应选用 (选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用 (选填“R1”或“R2”).解析:(1)如果电源用 E1,则在 t=30 时电路中的最大电流 Im=3199.520A13.67 mA31810 10=1 800,即滑动变阻器应选用 R2.答案:(2)R2 (
8、3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 ;滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 .将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 .(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.解析:(3)电路接通前,电阻箱电阻应与热敏电阻的临界阻值一致,即为650.0,滑动变阻器滑片应置于b端附近,若滑片置于a端,电路接通后电流会超过20 mA,报警器可能损坏.将开关向c端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使报警器开始报警.答案:(3)650.0 b 接通电源后
9、,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏 c 报警器开始报警【创新/改进点分析】1.考查方式的创新:利用热敏电阻的特性,组成由热敏电阻控制的报警系统,考查实物电路图的连接、器材选取、实验步骤等.2.实验原理的改进:用电阻箱来等效替代具体温度下的热敏电阻.模拟创新实验冲关 1.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻Ros在不同照度下的阻值如表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2光敏电阻(k)754028232018(1
10、)根据表中数据,请在图(甲)的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点.思路点拨:(1)当照度降低到1.0 lx时,光敏电阻的阻值为20 k.解析:(1)描绘图像应注意:图线应用平滑曲线,而不能画成各点的连线,光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图(a)所示,光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小.答案:见解析(2)如图(乙)所示,当1,2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路,给1,2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器
11、材如下:光敏电阻Ros(符号 ,阻值见上表);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻:R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干.思路点拨:(2)依据串联电路的分压原理,串联一个合适的分压电阻使光敏电阻两端的电压达到2 V.解析:(2)根据串联电阻的分压关系,E=3 V,当照度降低至 1.0 lx 时,其电压升至 2 V,由图线知,此时光敏电阻 Ros=20 k,URos=2 V,串联电阻分压 UR=1 V,由osRRUU=osRR=2 得 R=osRR=10 k,故选定值电阻 R1.电路原理图如图(b)所示.答案:见解析【创新/改进点
12、分析】1.数据处理的改进:利用给定的光敏电阻阻值随照度变化的图表描绘出曲线进行数据分析.2.设问方式的创新:根据研究光敏电阻的阻值随光照强度变化情况设计如何利用光敏电阻控制电路.2.(2018湖北黄石模拟)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.如图(甲)所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线.(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围010 )、滑动变阻器B(阻值范围0100 )、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变阻器选用的是 (选填“A”或“B”);请在图(乙)的方框中画出该实验的电路图.解
13、析:(1)为方便实验操作,滑动变阻器可以选A;小灯泡电阻较小,电流传感器应采用外接法,描绘小灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,如图(a)所示.答案:(1)A 实验电路图见解析 (2)如果将该小灯泡接入图(丙)所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3 A,电源电动势为3 V.则此时小灯泡的电功率为 W,电源的内阻为 .解析:(2)由题图(甲)可知,通过灯泡的电流是 0.3 A 时,灯泡两端的电压是 2.3 V,则灯泡功率 P=UI=2.3 V0.3 A=0.69 W;电源电动势是 3 V,过点(0.3 A,2.3 V)和纵轴上 3 V 的点作一直线,该直线是电源的 U-I 图像,如图(b)所示.该直线斜率绝对值等于电源的内阻 r=UI=3V2.3V0.3A2.33.答案:(2)0.69(0.660.72均可)2.33(2.002.67均可)【创新/改进点分析】1.实验器材的改进:用电压传感器、电流传感器替代电压表和电流表.2.数据处理的改进:联立灯泡的伏安特性曲线和电源的伏安特性曲线求解.3.考查方式的创新:设计了同一个电路既考查了小灯泡的伏安特性曲线又考查了测电源的电动势和内阻.