第11章 实验16 利用传感器制作简单的自动控制装置-【名师大课堂】2025年高考物理艺术生总复习必备（word教师用书）

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置 一、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．工作过程如图 二、实验器材 负温度系数热敏电阻、__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，阻值随温度的升高而增大；一类是负温度系数热敏电阻，阻值随温度的升高而减小 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 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 三、实验步骤 1．研究热敏电阻的热敏特性 (1)按图甲所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理，多用电表的选择开关置于“__×100__”挡． (2)先用多用电表测出烧杯中没有热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)根据记录数据，分析热敏电阻的特性． 2．研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡． (2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值，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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录． (4)根据记录数据，分析光敏电阻的特性． 3．将钩码放在纸带上，如图丙所示，拖动纸带向前运动，观察、分析光电计数器的工作原理． 四、数据处理 根据上面记录的数据，完成以下表格内容． 1．研究热敏电阻的热敏特性 热敏电阻 的环境 冷水 中 常温 下 加少量 热水 继续加 热水 水温 很高 实验 结论 对应电阻/ (×102 Ω) 2．研究光敏电阻的光敏特性 光敏电阻 的环境 灯泡 不发光 灯泡 刚发光 亮度 增加 亮度 增加 亮度 增加 实验 结论 对应电阻/ (×102 Ω) 五、注意事项 1．在做热敏电阻实验时，加热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，并同时读出水温和热敏电阻的阻值． 2．可描出电阻随温度的变化图像来分析其规律． 3．光敏电阻实验中，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照射到光敏电阻上的光的强度来达到实验目的． 4．光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中注意轻拿轻放． 　如图甲所示是蔬菜采购商用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器．其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)的变化，从而完成将物体重量信号变换为电信号的过程． (1)简述拉力敏感电阻丝的阻值随拉力变化的原因__见解析__． (2)小明找到一根拉力敏感电阻丝R1，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”．电路中电源电动势E约为15 V，内阻约为2 Ω；灵敏毫安表量程为10 mA，内阻约为5 Ω；R是电阻箱，最大阻值是9 999 Ω；R1接在A、B两接线柱上，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，接通电路完成下列操作． a．滑环下不吊重物时，调节电阻箱，当电流表为某一合适示数I时．读出电阻箱的读数R1； b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ； c．调节电阻箱，使__电流表的示数仍为I__，读出此时电阻箱的读数R2； d．算得图乙直线的斜率k和截距b，则待测重物的重力G的表达式为G＝____(用以上测得的物理量表示)，测得θ＝53°(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)，R1、R2分别为1 052 Ω和1 030 Ω，结合乙图信息，可得待测重物的重力G＝__132__N(结果保留三位有效数字). (3)针对小明的设计方案，为了提高测量重量的精度，你认为下列措施可行的是(　C、D　) A．将毫安表换成量程不同，内阻更小的毫安表 B．将毫安表换成量程为10μA的微安表 C．将电阻箱换成精度更高的电阻箱 D．适当增大A、B接线柱之间的距离 解析：(1)根据电阻定律有：R＝ρ，当拉力敏感电阻丝随拉力增大被拉长时，由于电阻丝的长度增大，则电阻丝的横截面积减小，所以电阻丝的电阻阻值将增大． (2)根据实验的电路图可知，电路中没有电压表，不能使用伏安法测量电阻阻值的变化，但电路中的电阻箱可以控制电流的变化，若电路中的电流值不变．则电路中的总电阻阻值也不变，所以在步骤c中，可以调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的读数R2；开始时滑环下不吊重物，则有：I＝，当挂重力为G的重物后，取AB的中点处的节点为研究对象，则此处受到三个力的作用，两个斜向上的拉力大小相等，与竖直方向之间的夹角也相等，则在竖直方向上：G＝2F cos θ，在图乙中，设斜线的斜率为k，截距为b，可得：I＝，联立可得：G＝，由图乙可知：k＝＝＝0.2 Ω/N，当θ＝53°时，R1、R2分别为1 052 Ω和1 030 Ω，代入数据得：G＝132 N. (3)由表达式G＝可知，重物的重力与电流表的量程无关，改变电流表的量程与精度，不能提高实验的精确度，故A、B错误；由表达式G＝可知，电阻箱的精度越高，则电阻箱的读数精度越高，则G的测量值的精度越高，故C正确；由表达式G＝可知，重力的大小的测量值与电阻丝和竖直方向的夹角有关，根据余弦的表达式可知，夹角越大，则测量值的精确度越高，所以适当增大AB之间的距离，也可以提高测量值的精确度，故D正确． 学科网（北京）股份有限公司 $$