2025秋高考物理复习专题十一交变电流实验十一传感器的简单使用课件（36页PPT）

(共36张PPT)
实验十一　传感器的简单使用
1.实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察.
2.实验器材
热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、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.
3.实验步骤
（1）研究热敏电阻的热敏特性.
①将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温
和热敏电阻的阻值（实验原理如图甲所示）.
②改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中.
（2）研究光敏电阻的光敏特性.
①将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好（实验原理如图乙所示），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，观察表盘指针指示电阻阻值的情况，并记录.
④用手掌（或黑纸）遮光时，观察表盘指针指示电阻阻值的情况，并记录.
4.数据处理
（1）热敏电阻的热敏特性.
①画图像：在如图坐标系中，粗略画出热敏
电阻的阻值随温度变化的图线.
②得结论：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.
（2）光敏电阻的光敏特性.
①探规律：根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系.
②得结论：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小.
5.注意事项
（1）在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，并同时读出水温，以使电阻温度与水的温度相同.
（2）光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏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强弱.
（3）欧姆表每次换挡后都要重新调零.
命题一　教材实验拓展　［基础考点］
1.用电压传感器、电流传感器代替电压表、电流表进行实验，既可以快速、准确地得到实验数据，还能使图像快速、直观地呈现在电脑屏幕上
2.要学会把传统实验电路图中的两个电表等效替换为相应的传感器
3.常见传感器
（1）压敏电阻：随外界压力的变化而变化.当压力变大时，其电阻明显变小；反之，压力变小时，电阻变大.
（2）热敏电阻：将其感受的温度信号转换成电信号，其电阻值随温度的变化而变化.温度升高，其电阻变小；反之，温度降低则变大.
（3）光敏电阻：阻值与光的照射强度有关.当光的照射强度增大时，光敏电阻的阻值迅速减小；反之，照射强度减小，光敏电阻的阻值增大.
（4）磁敏电阻：当磁场的磁感应强度有微小的变化时，电阻的阻值有较大的变化.磁场的磁感应强度增大，则电阻的阻值增大；反之，则减小.
例1　（2024年广东卷）某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源.
图甲是光照方向检测电路.所用器材有：电源E（电动势3 V）；电压表V1和V2（量程均有0~3 V和0~15 V，内阻均可视为无穷大）；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干.图乙是实物图.图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上.控制单元与检测电路的连接未画出.控制单元对光照方向检测电路无影响.
请完成下列实验操作和判断.
（1）电路连接.
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑
动变阻器R、电源E、开关S和电压表V1间的实物图连线.
如图　
（2）光敏电阻阻值与光照强度关系测试.
①将图甲中R的滑片置于　　　　端，用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小.
②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置.V1的示数如图丙所示，读数U1为
　　　 V，V2的示数U2为1.17 V.由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值
　　　　（填“较大”或“较小”）.
③断开S.
b
1.63（1.61~1.65均可）
较大
（3）光源跟踪测试.
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2.
②闭合S，并启动控制单元.控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动.此时两电压表的示数U1　　　　（填“逆时针”或“顺时针”）转动，直至　　 　　时停止转动，电池板正对手电筒发出的光.
逆时针
U1=U2（或RG1=RG2）
【解析】（1）由题图甲可知，V1测RG1两端电压，V2测RG2两端电压，滑动变阻器采用分压式接法，由题图乙可知，此时V2已并联在RG2两端，V1未并联在电路中，故应将V1的“3”接线柱连到滑动变阻器右上接线柱处，滑动变阻器分压式接入电路中.
（2）①从安全性角度考虑，一开始应将题图甲中R的滑片置于b端，使两个电压表的示数均为零.②由题图丙知电压表的分度值为0.1 V，根据读数原则需估读到0.1 V的下一位，读数为1.63 V.由串联电路中电流相等，电阻之比等于电压之比，可知电压较大时对应的电阻较大.由题图甲知，V1测RG1两端电压，V2测RG2两端电压，且U1>U2，则RG1>RG2，由①可知RG1表面的光照强度比RG2表面的小，说明表面光照强度较小的光敏电阻的阻值
较大.
（3）②U1变式1　（2024年华师附中模拟）小双想利用实验室的一个热敏电阻设计一个温度报警装置.查阅资料得到该热敏电阻的阻值RT随温度t变化的曲线如图甲所示.
（1）利用下列器材设计实验电路，要求尽量准确
地测量热敏电阻在50 ℃时的电阻值.
A.电源E：电动势为9 V，内阻不计
B.电压表V：量程为10 V，内阻未知
C.电流表G：量程为10 mA，内阻RG=50 Ω
D.滑动变阻器R1（最大阻值为50 Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值为1 000 Ω）
E.待测热敏电阻RT
F.开关S，导线若干
请选择合适的器材，在图乙方框中画出实验电路图，并标出各元件的符号.
如图
（2）若正确测量，某次电压表读数U=6.4 V，电流表读数I=8.0 mA，则热敏电阻在50 ℃时的阻值RT=　　　　Ω.
（3）把电源E、热敏电阻RT、电阻箱R、蜂鸣器D连接成如图丙电路.蜂鸣器D内阻不计，当通过它的电流超过ID=4 mA时，它就发出声音报警.若要求环境温度达到50 ℃时开始报警，电阻箱的阻值应调为　　　　Ω.
750　
1 500
　
（4）实验时发现电路不工作.为排查电路故障，学生用
电压表测量图丙中各接点间的电压.合上开关S，一个
接线柱连接a，另一接线柱连接b时指针不偏转，连接c
时指针偏转.若电路只有一处断路，则连接a的是电压
表图丙的　　　（填“正”或“负”）接线柱，断路处可能在　　　（填“ab间”或“bc间”）.
（5）故障排除后进行实验，发现环境温度达到52 ℃时才开始报警，为了实现50 ℃时报警，应将电阻箱的阻值适当调　　　（填“大”或“小”）.
正
bc间
小
命题二　拓展创新实验　［能力考点］
例2　已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系.所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20 Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100 Ω）.
（1）在如图所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图.
图见解析
（2）实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为　　kΩ（保留2位有效数字）.实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示.
1.8　
（3）将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ.由图甲求得，此时室温为　　 　 ℃（保留3位有效数字）.
（4）利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，
其电路的一部分如图乙所示.图中，E为直流电源（
电动势为10 V，内阻可忽略）；当图中的输出电压
达到或超过6.0 V时，便触发报警器（图中未画出）
报警.若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中　　　　（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为　　　　kΩ（保留2位有效数字）.
25.8（25.6~26.0均可）
R1　
1.2　
变式2　酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常.如图甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R1与酒精气体浓度x的关系如图乙所示.
（1）某同学自行设计了简易酒精检测
仪，如图丙所示，用到的器材有酒精
气体传感器R1、电源（电动势为9.0 V，
内阻未知）、电流表（满偏电流为100 mA，内阻为8.5 Ω），闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为　　　　Ω；用该仪器　　　　（填“能”或“不能”）检测酒驾.
1.5　
不能　
（2）另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到表格中的参数，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为图丁.只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾.图丁中电源电动势为6 V，内阻不计，R2为定值电阻，R1为酒精气体传感器，L1、L2是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到0.7 V才会发光，则L1为　　　　（填“红”或“绿”）灯，当红灯刚亮时通过红灯的电流为　　　　A（保留2位有效数字）.
驾驶员状态 非酒驾 酒驾
酒精气体浓度标准（mg/mL） 小于0.2 大于或者等于0.2
检测器状态 只有绿灯亮 绿灯红灯都亮
红　
0.18　
知识巩固练
1.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示.M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时 （　　）
A.RM变大，且R越大，U增大越明显
B.RM变大，且R越小，U增大越明显
C.RM变小，且R越大，U增大越明显
D.RM变小，且R越小，U增大越明显
（本栏目对应学生用书P433）
C
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”）.
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 ℃（如图甲所示），则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的　　　　（填“左”或“右”）侧.
（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.
　甲　　　　　　　　　　　乙
右
见解析图
【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 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度右侧.
（3）电路如图所示.
400
（3）改变B，重复（2）操作，实验数据如下表，B=0.30 T时，电压表V2示数如图乙所示，读出数据，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）在图丙坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图.由此可知，B在0.15 ~0.40 T范围内，该器件材料的电阻率随B的增大而增大.
如图