2014高考物理(江苏专版)一轮复习讲义第10章第3课时传感器的原理及应用.doc

第3课时 传感器的原理及应用 考纲解读 1.知道什么是传感器.2.知道热敏电阻和光敏电阻的作用.3.会讨论常见的各种传感器的工作原理、元件特征及设计方案.4.会设计简单的温度报警器． 基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性 1． 实验原理 闭合电路的欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2． 实验器材 半导体热敏电阻、多用电表、温度计、烧杯、凉水和热水． 3． 实验步骤 (1)按实验原理图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理； (2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数； (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值； (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．4． 数据处理 在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线． 5． 实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．图1 6． 注意事项 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． 基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性 1． 实验原理 闭合电路的欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2． 实验器材 光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线． 3． 实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡； (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录． (4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录． 4． 数据处理 根据记录数据分析光敏电阻的特性． 5． 实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小． (2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量． 6． 注意事项 (1)实验中，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射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的． (2)欧姆表每次换挡后都要重新调零. 考点一　热敏电阻的实际应用例1　利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高． (1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)． (2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20°C(如图1甲所示)，则25°C的刻度应在20°C的刻度的________(填“左”或“右”)侧． 　 　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙 图1 (3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路． 解析　(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大．故电路中电流会减小． (2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25°C的刻度应对应较大电流，故在20°C的刻度的右侧． (3)电路如图所示． 答案　(1)小　(2)右　(3)见解析图 考点二　光敏电阻传感器例2　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下表所示： 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根据表中数据，请在图2给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点． 图2 (2)如图3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) 图3 提供的器材如下： 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 kΩ，R2＝20 kΩ ，R3＝40 kΩ (限选其中之一并在图中标出) 开关S及导线若干． 解析　(1)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线． 由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小． (2)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压