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實(shí)驗(yàn):傳感器的簡(jiǎn)單使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解傳感器的工作過程,掌握敏感元件的特性.2.學(xué)會(huì)傳感器的簡(jiǎn)單使用.二、實(shí)驗(yàn)原理傳感器將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量).其工作過程是通過對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào).例如,光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),熱電傳感器是利用熱敏電阻或熱金屬電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過電子電路的處理就可以達(dá)到自動(dòng)控制、遙控等各種目的了.(3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值;(4)將熱水分幾次注入燒杯中,測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄;2.?dāng)?shù)據(jù)處理(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中,分析熱敏電阻的特性.次數(shù)待測(cè)量溫度(℃)電阻(Ω)(2)在圖2中坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線.(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結(jié)論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大.(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器如圖3所示電路連接好,其中多用電表置于“×100”擋;(2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù);(3)打開電源,讓小燈泡發(fā)光,調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄;(4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)電阻值又是多少?并記錄.2.?dāng)?shù)據(jù)處理把記錄的結(jié)果填入下表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性.光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射阻值(Ω)結(jié)論:光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化,光照增強(qiáng)電阻變小,光照減弱電阻變大.3.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零.五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)于熱敏電阻的特性,可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行:如圖4所示,將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋,再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連,這時(shí)表針指在某一刻度,觀察下述操作下的指針偏轉(zhuǎn)情況:1.往Rt上擦一些酒精.2.用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向判定熱敏電阻的特性.實(shí)驗(yàn)分析:(1)中指針左偏,說明Rt的阻值增大;酒精蒸發(fā)吸熱,溫度降低,所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大.【例1】熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件,現(xiàn)用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線,要求特性曲線盡可能完整.已知常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值約4Ω~5Ω.熱敏電阻和溫度計(jì)插入帶塞的保溫杯中,杯內(nèi)有一定量的冷水,其他備用的儀表和器具有:盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5kΩ)、滑動(dòng)變阻器(0~20Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干.(1)在圖5(a)中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.(2)根據(jù)電路圖,在圖5(b)的實(shí)物圖上連線.(3)簡(jiǎn)要寫出完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟.圖7(3)完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟:①往保溫杯里加一些熱水,待溫度計(jì)穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)值;②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,快速測(cè)出幾組電壓表和電流表的值;③重復(fù)①和②,測(cè)量不同溫度下的數(shù)據(jù);④繪出各測(cè)量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線.答案:見解析?變式1:如圖8所示,圖甲為熱敏電阻的R-t圖象,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路,繼電器的電阻為100Ω.當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時(shí),繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E=9.0V,內(nèi)阻可以不計(jì).圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.問:(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在________(填“A、B端”或“C、D端”).(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50℃,可變電阻R′的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為________Ω.解析:恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端.當(dāng)線圈中的電流較小時(shí),繼電器的銜鐵在上方,恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài),恒溫箱內(nèi)溫度升高.隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高,熱敏電阻R的阻值變小,則線圈中的電流變大,當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時(shí),繼電器的銜鐵被吸到下方來,則恒溫箱加熱器與電源斷開,加熱器停止工作,恒溫箱內(nèi)溫度降低.隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低,熱敏電阻R的阻值變大,則線圈中的電流變小,當(dāng)線圈的電流小于20mA時(shí),繼電器的銜鐵又被釋放到上方,則恒溫箱加熱器又開始工作,這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度.答案:(1)A、B端(2)260光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化,作為簡(jiǎn)化模型,可以近似認(rèn)為,照射光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0;照射光較弱(如黑天)時(shí)電阻接近于無窮大.利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān),可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉,黑天打開.電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9所示.1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接.當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50mA時(shí),電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點(diǎn)分離,3、4斷開;電流小于50mA時(shí),3、4接通.勵(lì)磁線圈中允許通過的最大電流為100mA.(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路,畫出電路原理圖.蓄電池E,電壓36V,內(nèi)阻很小;開關(guān)S,導(dǎo)線若干.(2)回答下列問題:①如果勵(lì)磁線圈的電阻為200Ω,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為__________V,保護(hù)電阻R2的阻值范圍為__________Ω.②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí),接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ǎ疄榇?,電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造?請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明.答:_______________________.③任意舉出一個(gè)其他的電磁鐵應(yīng)用的例子.答:________________________.解析:(1)解析過程略.(2)①Um=ImR=100×10-3×200V=20V;E=I(R2+R)其中50mA<I≤100mA,故R2在160Ω~520Ω之間.②解析見答案③解析見答案答案:(1)電路原理如圖10所示.(2)①20160~520②把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)磁鐵吸合鐵片時(shí),3、4之間接通;不吸合時(shí),3、4之間斷開③電磁起重機(jī)高分通道1.不理解電磁開關(guān)的作用及連線方式.2.沒有想到利用光敏電阻控制勵(lì)磁線圈中的電流,從而達(dá)到控制燈泡的通斷.是易錯(cuò)點(diǎn),應(yīng)引起重視.?變式2:如圖11所示的裝置可測(cè)水的作用力,質(zhì)量為m的小鉛球P系在細(xì)金屬絲下,懸掛在O點(diǎn),BC為在水平方向固定的一根粗細(xì)均勻的電阻絲,C端在O點(diǎn)正下方,且OC=h,BC長為l,BC與金屬絲接觸良好,接觸點(diǎn)為D,不計(jì)接觸點(diǎn)D處的摩擦和金屬絲電阻.將小鉛球P放入水平流動(dòng)的水中時(shí),球向左擺起一定的角度θ時(shí),水流速度越大,θ越大.現(xiàn)取一電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)的電源和一只電壓表,用這些器材連成測(cè)量電路,使水不流動(dòng)時(shí),電壓表示數(shù)為零,水流速度增大時(shí),電壓表示數(shù)增大.(1)畫出電路圖(B、C、O均可接線).(2)若小球平衡時(shí),電壓表讀數(shù)為U,用m、l、h、E、U表示水的作用力F,F(xiàn)=________.(重力加速度為g)【例3】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)利用線圈測(cè)量轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的裝置.如圖13所示,在輪子的邊緣貼上小磁體,將小線圈靠近輪邊放置,接上數(shù)據(jù)采集器和電腦(即DIS實(shí)驗(yàn)器材).如果小線圈的面積為S,圈數(shù)為N匝,小磁體附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為B,回路的總電阻為R,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),輪子轉(zhuǎn)過θ角,小線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值變?yōu)榱悖虼?,他說“只要測(cè)得此時(shí)感應(yīng)電流的平均值I,就可以測(cè)出轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的大小”.請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)的知識(shí),通過計(jì)算對(duì)該同學(xué)的結(jié)論作出評(píng)價(jià).解析:該同學(xué)的結(jié)論是正確的.設(shè)轉(zhuǎn)輪的角速度、轉(zhuǎn)速分別為ω和n,輪子轉(zhuǎn)過θ角所需時(shí)間為Δt,通過線圈的磁通量的變化量為ΔΦ,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為E.答案:結(jié)論是正確的?變式3:如圖14(1)所示為一測(cè)量硫化鎘光敏電阻特性的實(shí)驗(yàn)電路,電源電壓恒定.電流表內(nèi)阻不計(jì),開關(guān)閉合后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片,使小燈泡發(fā)光逐漸增強(qiáng),測(cè)得流過電阻的電流和光強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖(2)所示,試根據(jù)這一特性設(shè)計(jì)一個(gè)路燈的自動(dòng)光控電路.解析:由光敏電阻的特性曲線可以看出,當(dāng)入射光增強(qiáng)時(shí),光敏電阻的阻值減小,流過光敏電阻的電流增大.根據(jù)題意設(shè)計(jì)一個(gè)路燈自動(dòng)控制電路如下圖15所示.控制過程是:當(dāng)有光照射,光電流經(jīng)過放大器輸出一個(gè)較大的電流,驅(qū)動(dòng)電磁繼電器吸合,使兩個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開,路燈熄滅;當(dāng)無光照時(shí),光電流減小,放大器輸出電流減小,電磁繼電器釋放銜鐵,使兩個(gè)常閉觸點(diǎn)閉合,控制路燈電路接通,路燈開始工作.答案:如圖15所示1.如圖16所示,R1為定值電阻,R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻),L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí) ()A.R1兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強(qiáng) D.小燈泡的亮度變?nèi)踅馕觯簻囟冉档蜁r(shí)R2增加,干路電流減小,R1兩端電壓、電流表示數(shù)都減小,燈泡兩端電壓變大、亮度變強(qiáng).答案:C2.如圖17所示的實(shí)驗(yàn)電路中,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,D為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強(qiáng)),且R與D相距很近,下列說法正確的是 ()A.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率減小C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí),L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動(dòng)觸頭,P、L消耗的功率都不變解析:觸頭P左移,使其電阻減小,流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強(qiáng),使光敏電阻R減小,最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果.故A正確.答案:A3.計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭,它可以發(fā)射脈沖激光信號(hào),激光掃描光盤時(shí),激光頭利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng),再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息.光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖18所示,其中R1為光敏電阻,R2為定值電阻,此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是 ()A.當(dāng)有光照射R1時(shí),處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當(dāng)有光照射R1時(shí),處理系統(tǒng)獲得低電壓C.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析:R1、R2和電源組成一個(gè)閉合電路,只有R2兩端獲得高電壓時(shí),處理系統(tǒng)才能進(jìn)行信號(hào)處理,當(dāng)激光照到光敏電阻時(shí),R1的阻值變小,總電流變大則R2兩端獲得高電壓,因此選AD答案:AD4.(2008年江蘇卷)2007年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了法國和德國的兩位科學(xué)家,以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”.基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù),被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用,在下列有關(guān)其它電阻應(yīng)用的說法中,錯(cuò)誤的是()A.熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測(cè)控裝置中B.光敏電阻是一種光電傳感器C.電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D.電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用解析:本題考查常見電子元件的特性和應(yīng)用.熱敏電阻對(duì)溫度很敏感,光敏電阻對(duì)光照很敏感,電阻絲可用于電加熱,這很常見,所以A、B、C三個(gè)說法均正確;交流電、直流電均可通過電阻,電阻對(duì)它們均可產(chǎn)生阻礙作用,所以D錯(cuò)誤.故選D.答案:D5.傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件,在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用.有一種測(cè)量人的體重的電子秤,其測(cè)量部分的原理圖如圖19中的虛線框所示,

它主要由壓力傳感器R(電阻值會(huì)隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻),顯示體重大小的儀表A(實(shí)質(zhì)是理想的電流表)組成.壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1×107Pa,且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如下表所示.設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計(jì),接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V,取g=10m/s2.請(qǐng)回答:壓力F/N0250500750100012501500……電阻R/Ω300270240210180150120……(1)該秤零起點(diǎn)(即踏板空載時(shí))的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤________A處.(2)如果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數(shù)為20mA,這個(gè)人的體重是________kg.答案:(1)1.6×10-2(2)506.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的.如圖20甲所示,電源的的電動(dòng)勢(shì)E=9.0V,內(nèi)電阻不計(jì);G為靈敏電流計(jì),內(nèi)阻Rg保持不變;R為熱敏電阻,其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖20乙所示.閉合開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí),電流表示數(shù)I1=2mA;當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時(shí),熱敏電阻的溫度是________℃.答案:1207.(2008年廣東卷)某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性.現(xiàn)有器材:直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測(cè)熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等.(1)若用上述器材測(cè)量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性,請(qǐng)你在圖21所示的實(shí)物圖上連線.(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟:①正確連接電路,在保溫容器中注入適量冷水,接通電源,調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值;②在保溫容器中添加少量熱水,待溫度穩(wěn)定后,閉合開關(guān),__________,__________,斷開開關(guān);

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