高中物理实验报告集锦12科学制作：简单的自动控制装置-高中物理实验报告集锦学案

这是一份高中物理实验报告集锦12科学制作：简单的自动控制装置-高中物理实验报告集锦学案，文件包含高中物理实验报告集锦12科学制作简单的自动控制装置-高中物理实验报告集锦原卷版docx、12科学制作简单的自动控制装置-高中物理实验报告集锦解析版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共16页， 欢迎下载使用。
通过动手制作简单的自动控制装置，可更好地理解传感器的工作原理及其应用。
一、实验目的
(1)设计并制作光报警装置。
(2)设计并制作温度报警装置。
(3)了解制作的报警装置的工作原理。
二、实验器材
光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。
三、实验原理与设计
图5- 12和图5- 13分别是光报警装置和温度报警装置的电路图，请写出它们的工作原理。
图5-12光报警装置 电路图
图5-13温度报警装置电路图
四、实验步骤
根据实验原理图组装电路，要求光报警器在一定亮度下报警，温度报警器在一定温度下报警。请写出实验步骤并完成实验。
五、数据分析
见例题
六、实验结论
热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故为负温度系数热敏电阻；
七、安全警示
实验中，手电筒不能对着人的眼睛直射;要避免被热水烫伤。
八、讨论
(1)对于图5- 12所示电路，怎样才能使光敏电阻感测到更强的光才报警?对于图5- 13所示电路，怎样才能使热敏电阻感测到更高的温度才报警?
(2)火灾报警器和热水自动加热报警器的原理是什么?请设计一个火灾报瞥器或热水自动加热报警器。
九、素质提升
能针对真实情境提出与实验有关的物理问题，能对一些传感界设计提出质疑;能阐述实验原理、设计实验方案和实验步骤，能动手制作简单的自动控制装置;能用证据说明自制自动控制装置的优势与问题:能撰写研究报告，在报告中能呈现实验原理、实验方案、实验步骤、
实验表格、数据分析过程及实验结论，能提出改进措施，能与他人分享制作成果。
注重提高实验设计能力、动手实践能力及解释能力。
——科学探究
例题1. 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（36V，内阻不计）；
电流表（量程250mA，内阻约0.1）；
电压表（量程50V，内阻约1）；
热敏电阻RT；
报警器（内阻很小，流过的电流超过10mA时就会报警，超过30mA时就会损伤）；
滑动变阻器R1（最大阻值4000）；
电阻箱R2（最大阻值9999.9）；
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RT的阻值。当温度为27℃时，电压表读数为30.0V，电流表读数为15.0mA；当温度为50℃时，调节R1，使电压表读数仍为30.0V，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___________。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。
(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________，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___________。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。
【答案】 (1). 600 (2). 偏大 (3). 负 (4). 滑动变阻器R1 (5). 600 (6). 3000
【解析】(1)[1]由图（b）可知，电流表的示数为50mA，则此时热敏电阻的阻值为
[2]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=UI.可知此时所测电阻值偏大；
[3]在相同电压下，温度越高，通过电流越小，说明热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故为负温度系数热敏电阻；
(2)[4]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；
[5]先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为RT的自动报警电阻，即600Ω才可对其进行调试；
[6]此时要求刚好在50℃时自动报警，则通过电路的电流10mA，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为R1=UI-RT=3000Ω.
例题2. 2021高考广东卷第12题.
某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
（1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔______，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而__________。
（2）再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片滑到_______端（选填“a”或“b”）。
将温控室的温度设置为T，电阻箱调为某一阻值。闭合开关S，调节滑动变阻器，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节和，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值。断开开关S。
②实验中记录的阻值_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值_____。
【答案】 (1). 短接 (2). 减小 (3). b (4). 大于 (5).
【解析】
（1）[1][2]选择倍率适当的欧姆档，将两表笔短接；欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
（2）①[3]闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；
②[4][5]因两次电压表和电流表的示数相同，因为
即
可知R01大于R02。
例题3. 2021高考山东卷第14题.
热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：
待测热敏电阻（实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；
电源E（电动势，内阻r约为）；
电阻箱R（阻值范围）；
滑动变阻器（最大阻值）；
滑动变阻器（最大阻值）；
微安表（量程，内阻等于）；
开关两个，温控装置一套，导线若干。
同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：
①按图示连接电路；
②闭合、，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；
③保持滑动变阻器滑片P位置不变，断开，调节电阻箱，使微安表指针半偏；
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题：
（1）为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用___________（填“”或“”）。
（2）请用笔画线代替导线，将实物图（不含温控装置）连接成完整电路__________。
（3）某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为，该温度下热敏电阻的测量值为___________（结果保留到个位），该测量值___________（填“大于”或“小于”）真实值。
（4）多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知。该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐___________（填“增大”或“减小”）。
【答案】 ①. ②. ③. 3500 ④. 大于 ⑤. 减小
【解析】（1）[1]用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。
（2）[2]电路连接图如图所示
（3）[3]微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即
可得
[4]当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。
（4）[5]由于是图像，当温度T升高时，减小，从图中可以看出减小，从而减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。