2022届高考物理一轮突破实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置　　　　　　 实验目的和器材 实验原理 实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.了解传感器在自动控制装置中的应用。 1.闭合电路的欧姆定律,用多用电表的欧姆挡进行测量和观察。 2.工作过程如图 实验器材 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 【实验过程】 1.研究热敏电阻的特性: (1)按实验原理图甲连接好电路,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。 (5)画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 (6)根据实验数据和R-t图线,分析得到热敏电阻的特性。 2.研究光敏电阻的光敏特性: (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按实验原理图乙所示连接好电路,其中多用电表置于“×100 Ω”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; 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω (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,观察多用电表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,观察多用电表表盘指针指示电阻阻值的情况,并记录。 (5)数据处理 根据记录的数据分析光敏电阻的特性。 【误差分析】 1.温度计读数带来的误差。 2.多用电表读数带来的误差。 3.热敏电阻水温不同所带来的误差。 4.作R-t图象所带来的误差。 【注意事项】 1.在研究热敏电阻的特性实验中,加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.研究光敏电阻的光敏特性实验中,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。 3.欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。 教材原型实验 【典例1】小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω,R随t的升高而增大。实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度。 实验时闭合S,先将开关S1与1端接触,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1、t2……和电流表的相应示数I1、I2……。然后将开关S1与2端接触,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1、I2……,分别记下电阻箱相应的示数R1、R2……。 (1)有以下两种电流表,实验电路中应选用　　　　　。   A.量程0～100 mA,内阻约2 Ω B.量程0～0.6 A,内阻可忽略 (2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0 Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是　　　　　　。   ①将旋钮a由“0”旋转至“1” ②将旋钮b由“9”旋转至“0” ③将旋钮c由“9”旋转至“0” (3)实验记录的t和R的数据见表格: 温度t/℃ 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 阻值R/Ω 9.6 10.4 11.1 12.1 12.8 请根据表中数据,在方格纸上作出R-t图线。 由图线求得R随t的变化关系为R=　　　　　Ω。   创新型实验 类型一　不变目的变装置(温控电路) 【典例2】(2020·全国卷Ⅲ)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)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。 (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(a)所示。  (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(a)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(b)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　　　　　(选填“R1”或