(配套教参)第十一章 实验十五 利用传感器制作简单的自动控制装置-【高考领航】2024高考物理大一轮复习教师用书word+课件PPT（新教材，人教版）

实验十五　利用传感器制作简单的自动控制装置 一、实验基本技能 1．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。 2．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)其工作过程如图所示。 3．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。 4．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(如图甲所示)。 甲　　　　　　　　　　乙 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R-T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。用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。 ④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：光敏电阻的阻值在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。 二、规律方法总结 1．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)做R-T图像时的不规范易造成误差。 2．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。 　由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50 ℃时，系统开始自动报警。所用器材有：直流电源E(36 V，内阻不计)；电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)；电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)；热敏电阻RT；报警器(内阻很小，流过的电流超过10 mA时就会报警，超过30 mA时就会损伤)；滑动变阻器R1(最大阻值4000 Ω)；电阻箱R2(最大阻值9999.9 Ω)；单刀单掷开关S1；单刀双掷开关S2；导线若干。 (1)用图(a)所示电路测量热敏电阻R1的阻值，当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA；当温度为50 ℃时，调节R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图(b)所示。 温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为 Ω，从实验原理上看，该方法测得的阻值比真实值略微 (填“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大，则其为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。基于以上实验数据可知，该热敏电阻RT为 (填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。 图(a)　　　　　　　　　　图(b) (2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图(c)所示，其中有一个器件的导线连接有误，该器件为 (填器件名称)。正确连接后，先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为 Ω，滑动变阻器R1阻值从最大逐渐减小，直至报警器开始报警，此时滑动变阻器R1连入电路的阻值为 Ω。调试完毕后，再利用单刀双掷开关S2的选择性开关功能，把热敏电阻RT接入电路，可方便实现调试系统和工作系统的切换。 图(c) 解析：(1)由图(b)可知，电流表的示数为50 mA，则此时热敏电阻的阻值为RT＝＝ Ω＝600 Ω，该方法所测电流值为真实电流值，所测电压值为热敏电阻和电流表两端的总电压，故根据R＝可知此时所测电阻值偏大；在相同电压下，温度越高，通过电流越大，说明热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故RT为负温度系数热敏电阻。 (2)滑动变阻器R1的导线连接有误，两根导线都连接在上端，无法起到改变接入电阻阻值的作用，应“一上一下”连接；先使用电阻箱R2进行调试，其阻值应设置为50 ℃时RT的电阻值，即600 Ω；此时要求刚好在50 ℃时自动报警，则通过电路的电流为10 mA，报警器和电流表的电阻很小，可忽略不计，可得此时滑动变阻器的阻值