資源簡介

(共36張PPT)
實驗十一　傳感器的簡單使用
1.實驗原理
閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察.
2.實驗器材
熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、溫度計、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等.
3.實驗步驟
（1）研究熱敏電阻的熱敏特性.
①將熱敏電阻放入燒杯中的水中，測量水溫
和熱敏電阻的阻值（實驗原理如圖甲所示）.
②改變水的溫度，多次測量水的溫度和熱敏電阻的阻值，記錄在表格中.
（2）研究光敏電阻的光敏特性.
①將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器連接好（實驗原理如圖乙所示），其中多用電表置于“×100”擋.
②先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數據.
③打開電源，讓小燈泡發光，調節小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針指示電阻阻值的情況，并記錄.
④用手掌（或黑紙）遮光時，觀察表盤指針指示電阻阻值的情況，并記錄.
4.數據處理
（1）熱敏電阻的熱敏特性.
①畫圖像：在如圖坐標系中，粗略畫出熱敏
電阻的阻值隨溫度變化的圖線.
②得結論：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.
（2）光敏電阻的光敏特性.
①探規律：根據記錄數據定性分析光敏電阻的阻值與光照強度的關系.
②得結論：光敏電阻在暗環境下電阻值很大，強光照射下電阻值很小.
5.注意事項
（1）在做熱敏實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，并同時讀出水溫，以使電阻溫度與水的溫度相同.
（2）光敏實驗中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的強弱.
（3）歐姆表每次換擋后都要重新調零.
命題一　教材實驗拓展　［基礎考點］
1.用電壓傳感器、電流傳感器代替電壓表、電流表進行實驗，既可以快速、準確地得到實驗數據，還能使圖像快速、直觀地呈現在電腦屏幕上
2.要學會把傳統實驗電路圖中的兩個電表等效替換為相應的傳感器
3.常見傳感器
（1）壓敏電阻：隨外界壓力的變化而變化.當壓力變大時，其電阻明顯變小；反之，壓力變小時，電阻變大.
（2）熱敏電阻：將其感受的溫度信號轉換成電信號，其電阻值隨溫度的變化而變化.溫度升高，其電阻變小；反之，溫度降低則變大.
（3）光敏電阻：阻值與光的照射強度有關.當光的照射強度增大時，光敏電阻的阻值迅速減小；反之，照射強度減小，光敏電阻的阻值增大.
（4）磁敏電阻：當磁場的磁感應強度有微小的變化時，電阻的阻值有較大的變化.磁場的磁感應強度增大，則電阻的阻值增大；反之，則減小.
例1　（2024年廣東卷）某科技小組模仿太陽能發電中的太陽光自動跟蹤系統，制作光源跟蹤演示裝置，實現太陽能電池板方向的調整，使電池板正對光源.
圖甲是光照方向檢測電路.所用器材有：電源E（電動勢3 V）；電壓表V1和V2（量程均有0~3 V和0~15 V，內阻均可視為無窮大）；滑動變阻器R；兩個相同的光敏電阻RG1和RG2；開關S；手電筒；導線若干.圖乙是實物圖.圖中電池板上垂直安裝有半透明隔板，隔板兩側裝有光敏電阻，電池板固定在電動機轉軸上.控制單元與檢測電路的連接未畫出.控制單元對光照方向檢測電路無影響.
請完成下列實驗操作和判斷.
（1）電路連接.
圖乙中已正確連接了部分電路，請完成虛線框中滑
動變阻器R、電源E、開關S和電壓表V1間的實物圖連線.
如圖　
（2）光敏電阻阻值與光照強度關系測試.
①將圖甲中R的滑片置于　　　　端，用手電筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照強度比RG2表面的小.
②閉合S，將R的滑片緩慢滑到某一位置.V1的示數如圖丙所示，讀數U1為
　　　 V，V2的示數U2為1.17 V.由此可知，表面光照強度較小的光敏電阻的阻值
　　　　（填“較大”或“較小”）.
③斷開S.
b
1.63（1.61~1.65均可）
較大
（3）光源跟蹤測試.
①將手電筒的光從電池板上方斜照射到RG1和RG2.
②閉合S，并啟動控制單元.控制單元檢測并比較兩光敏電阻的電壓，控制電動機轉動.此時兩電壓表的示數U1　　　　（填“逆時針”或“順時針”）轉動，直至　　 　　時停止轉動，電池板正對手電筒發出的光.
逆時針
U1=U2（或RG1=RG2）
【解析】（1）由題圖甲可知，V1測RG1兩端電壓，V2測RG2兩端電壓，滑動變阻器采用分壓式接法，由題圖乙可知，此時V2已并聯在RG2兩端，V1未并聯在電路中，故應將V1的“3”接線柱連到滑動變阻器右上接線柱處，滑動變阻器分壓式接入電路中.
（2）①從安全性角度考慮，一開始應將題圖甲中R的滑片置于b端，使兩個電壓表的示數均為零.②由題圖丙知電壓表的分度值為0.1 V，根據讀數原則需估讀到0.1 V的下一位，讀數為1.63 V.由串聯電路中電流相等，電阻之比等于電壓之比，可知電壓較大時對應的電阻較大.由題圖甲知，V1測RG1兩端電壓，V2測RG2兩端電壓，且U1>U2，則RG1>RG2，由①可知RG1表面的光照強度比RG2表面的小，說明表面光照強度較小的光敏電阻的阻值
較大.
（3）②U1變式1　（2024年華師附中模擬）小雙想利用實驗室的一個熱敏電阻設計一個溫度報警裝置.查閱資料得到該熱敏電阻的阻值RT隨溫度t變化的曲線如圖甲所示.
（1）利用下列器材設計實驗電路，要求盡量準確
地測量熱敏電阻在50 ℃時的電阻值.
A.電源E：電動勢為9 V，內阻不計
B.電壓表V：量程為10 V，內阻未知
C.電流表G：量程為10 mA，內阻RG=50 Ω
D.滑動變阻器R1（最大阻值為50 Ω）；滑動變阻器R2（最大阻值為1 000 Ω）
E.待測熱敏電阻RT
F.開關S，導線若干
請選擇合適的器材，在圖乙方框中畫出實驗電路圖，并標出各元件的符號.
如圖
（2）若正確測量，某次電壓表讀數U=6.4 V，電流表讀數I=8.0 mA，則熱敏電阻在50 ℃時的阻值RT=　　　　Ω.
（3）把電源E、熱敏電阻RT、電阻箱R、蜂鳴器D連接成如圖丙電路.蜂鳴器D內阻不計，當通過它的電流超過ID=4 mA時，它就發出聲音報警.若要求環境溫度達到50 ℃時開始報警，電阻箱的阻值應調為　　　　Ω.
750　
1 500
　
（4）實驗時發現電路不工作.為排查電路故障，學生用
電壓表測量圖丙中各接點間的電壓.合上開關S，一個
接線柱連接a，另一接線柱連接b時指針不偏轉，連接c
時指針偏轉.若電路只有一處斷路，則連接a的是電壓
表圖丙的　　　（填“正”或“負”）接線柱，斷路處可能在　　　（填“ab間”或“bc間”）.
（5）故障排除后進行實驗，發現環境溫度達到52 ℃時才開始報警，為了實現50 ℃時報警，應將電阻箱的阻值適當調　　　（填“大”或“小”）.
正
bc間
小
命題二　拓展創新實驗　［能力考點］
例2　已知一熱敏電阻當溫度從10 ℃升至60 ℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關系.所用器材：電源E、開關S、滑動變阻器R（最大阻值為20 Ω）、電壓表（可視為理想電表）和毫安表（內阻約為100 Ω）.
（1）在如圖所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖.
圖見解析
（2）實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數，計算出相應的熱敏電阻阻值.若某次測量中電壓表和毫安表的示數分別為5.5 V和3.0 mA，則此時熱敏電阻的阻值為　　kΩ（保留2位有效數字）.實驗中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖甲所示.
1.8　
（3）將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2 kΩ.由圖甲求得，此時室溫為　　 　 ℃（保留3位有效數字）.
（4）利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，
其電路的一部分如圖乙所示.圖中，E為直流電源（
電動勢為10 V，內阻可忽略）；當圖中的輸出電壓
達到或超過6.0 V時，便觸發報警器（圖中未畫出）
報警.若要求開始報警時環境溫度為50 ℃，則圖中　　　　（填“R1”或“R2”）應使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應為　　　　kΩ（保留2位有效數字）.
25.8（25.6~26.0均可）
R1　
1.2　
變式2　酒駕嚴重危害了公共交通安全，打擊酒駕現象已成為日常.如圖甲為交警使用的某種酒精檢測儀，核心部件為酒精氣體傳感器，其電阻R1與酒精氣體濃度x的關系如圖乙所示.
（1）某同學自行設計了簡易酒精檢測
儀，如圖丙所示，用到的器材有酒精
氣體傳感器R1、電源（電動勢為9.0 V，
內阻未知）、電流表（滿偏電流為100 mA，內阻為8.5 Ω），閉合開關，周圍無酒精氣體，發現電流表剛好滿偏，則電源內阻為　　　　Ω；用該儀器　　　　（填“能”或“不能”）檢測酒駕.
1.5　
不能　
（2）另一位同學查閱酒精檢測儀說明書時看到表格中的參數，他根據自己的理解將酒精檢測儀的內部電路簡化為圖丁.只有綠燈亮表示被測試者非酒駕，紅綠燈一起亮表示被測試者酒駕.圖丁中電源電動勢為6 V，內阻不計，R2為定值電阻，R1為酒精氣體傳感器，L1、L2是彩色小燈泡，顏色一紅一綠，小燈泡電壓達到0.7 V才會發光，則L1為　　　　（填“紅”或“綠”）燈，當紅燈剛亮時通過紅燈的電流為　　　　A（保留2位有效數字）.
駕駛員狀態 非酒駕 酒駕
酒精氣體濃度標準（mg/mL） 小于0.2 大于或者等于0.2
檢測器狀態 只有綠燈亮 綠燈紅燈都亮
紅　
0.18　
知識鞏固練
1.在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發現，設計了一種報警裝置，電路如圖所示.M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發生變化，導致S兩端電壓U增大，裝置發出警報，此時 （　　）
A.RM變大，且R越大，U增大越明顯
B.RM變大，且R越小，U增大越明顯
C.RM變小，且R越大，U增大越明顯
D.RM變小，且R越小，U增大越明顯
（本欄目對應學生用書P433）
C
2.利用負溫度系數熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內的溫度變化，反應快，而且精確度高.
（1）如果將負溫度系數熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區域的溫度降低，電路中電流將變　　　　（填“大”或“小”）.
小
（2）上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤正中的溫度為20 ℃（如圖甲所示），則25 ℃的刻度應在20 ℃的刻度的　　　　（填“左”或“右”）側.
（3）為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內檢測大棚內溫度變化，請用圖乙中的器材（可增加元器件）設計一個電路.
　甲　　　　　　　　　　　乙
右
見解析圖
【解析】（1）因為負溫度系數熱敏電阻溫度降低時，電阻增大，故電路中電流會減小.
（2）由（1）的分析知，溫度越高，電流越大，25 ℃的刻度應對應較大電流，故在20 ℃的刻度右側.
（3）電路如圖所示.
400
（3）改變B，重復（2）操作，實驗數據如下表，B=0.30 T時，電壓表V2示數如圖乙所示，讀出數據，完成下表：①　　　　　，②　　　　　.
B/T … 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
U2/V … 0.56 0.59 0.62 ① 0.69 0.72
… 0.40 0.48 0.55 ② 0.73 0.80
0.66
0.65
（4）在圖丙坐標紙上將所缺數據點補充完整并作圖.由此可知，B在0.15 ~0.40 T范圍內，該器件材料的電阻率隨B的增大而增大.
如圖

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