第十二章 实验十七　利用传感器制作简单的自动控制装置-（教师用书）【导学教程】2024新教材新高考物理新编大一轮总复习（人教版）

实验十七　利用传感器制作简单的自动控制装置 一、实验目的 1．了解传感器的工作过程，探究热敏电阻和光敏电阻等敏感元件的特性。 2．学会传感器的简单使用并会制作简单的自动控制装置。 二、实验原理 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．其工作过程如下图所示。 三、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。 四、实验过程 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(如图甲所示)。 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格。(如下表) 　　次数 待测量　 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 电阻/Ω (3)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，把记录的数据画在R­t图中，得图像如图乙所示。 2．研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，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变化情况，并记录。 (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。 五、误差分析 1．温度计读数带来误差。 2．多用电表读数带来误差。 3．作R­t图像时的不规范易造成误差。 六、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，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 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多少。 3．欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。 考点一　自动控制电路的设计及组装 　如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路。电源电压恒定，电流表内阻不计；开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据图丙所给器材设计一个路灯自动光控电路。要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作。 [解析]　由流过光敏电阻的电流和光强的关系曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示。 控制过程：当有光照射时，流过光敏电阻的电流增大，并经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个常闭触点断开，当无光照时，电流减小，放大器输出电流也减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。 [答案]　见解析 1．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有： 热敏电阻， 报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)， 电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)， 直流电源(输出电压为U，内阻不计)， 滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)， 滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)， 单刀双掷开关一个， 导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图(如图所示)的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器____________(选填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统： ①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为____________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于____________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________。 ②将开关向____________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 解析　(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热) 代入数据可得R滑＝1 150.