新课改瘦专用2025版高考物理一轮复习第十一章第3节实验：利用传感器设计并制作简单的自动控制装置学案含解析.docVIP

PAGE

PAGE8

第3节试验：利用传感器设计并制作简洁的自动限制装置

一、试验目的

1．相识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。

2．了解传感器的运用方法，利用传感器设计并制作简洁的自动限制装置。

二、试验原理

1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。

2．工作过程

三、试验器材

热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。

部分器材用途：

热敏

电阻

分为两类：一类是正温度系数热敏电阻，阻值随温度的上升而增大；一类是负温度系数热敏电阻，阻值随温度的上升而减小

光敏

电阻

在黑暗的环境下，它的阻值很大；当受到光照并且光辐射能量足够大时，电阻值变小

继电器

继电器是一种电子限制器件，它具有限制系统(又称输入回路)和被限制系统(又称输出回路)，通常应用于自动限制电路中，它事实上是用较小的电流去限制较大电流的一种“自动开关”

四、留意事项

1．在做热敏电阻试验时，加开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．光敏电阻试验中，假如效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔变更照耀到光敏电阻上的光的强度。

五、试验过程

(一)探讨光敏电阻的光敏特性

1．试验步骤

(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图甲所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。

(2)先测出在室内自然光的照耀下光敏电阻的阻值，并记录数据。

(3)打开电源，让小灯泡发光，调整小灯泡的亮度使之渐渐变亮，视察表盘指针显示光敏电阻阻值的状况，并记录。

(4)用手掌(或黑纸)遮光时间敏电阻阻值又是多少，并记录。

2．数据处理

把记录的结果填入表中，依据记录数据分析光敏电阻的特性。

结论：光敏电阻的阻值被光照耀时发生变更，光照增加电阻变小，光照减弱电阻变大。

(二)探讨热敏电阻的热敏特性

1．试验步骤

(1)按如图乙所示连接好电路，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水时热敏电阻的阻值，并登记温度计的示数。

(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，登记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。

2．数据处理

(1)依据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。

(2)在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变更的图线。

(3)依据试验数据和R-t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的上升而减小，随温度的降低而增大。

[基础考法]

考法(一)对热敏电阻的探讨和应用

1．如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程为6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关。已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω。现要求在降温过程中测量在20～95℃之间的多个温度下RT的阻值。

(1)在图中画出连线，完成试验原理电路图。

(2)完成下列试验步骤中的填空：

a．依照试验原理电路图连线。

b．调整控温容器M内的温度，使得RT的温度为95℃。

c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器平安。

d．闭合开关，调整电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录____________________。

e．将RT的温度降为T1(20℃T195℃)；调整电阻箱，使得电流表的读数______________，记录__________________________________________________________。

f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝______________。

g．逐步降低T1的数值，直到20℃为止；在每一温度下重复步骤e、f。

解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联，电路图如图所示。

(2)本试验原理是电路对应不同状态时，通过调整电阻箱，使电路中的电流相等，外电路的总电阻相等。RT的温度为95℃和降为T1时对应的电路的电阻相等，有150Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150Ω。

答案：(1)见解析图(2)d.电阻箱的读数R0e．仍为I0电阻箱的读数R1f．R0－R1＋150Ω

2．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更，反应快，而且精确度高。

(1)假如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____