11.3传感器的简单使用

实验十二传感器的简单使用12一、研究热敏电阻的特性31.实验原理4闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察.52.实验器材6半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水.73.实验步骤8(1)按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；910图111(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12的阻值，并记下温度计的示数；13(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14和多用电表测量的热敏电阻的阻值；15(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.164.数据处理17在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.1819图2205.实验结论21热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大.226.注意事项23实验时，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24同，并同时读出水温.25二、研究光敏电阻的光敏特性261.实验原理27闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察.282.实验器材29光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源.303.实验步骤31(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3所示电路连接好，其中32多用电表置于“×100”挡；3334图335(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；36(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37表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；38(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，39并记录.404.数据处理41根据记录数据分析光敏电阻的特性.425.实验结论43(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；44(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.456.注意事项46(1)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47盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；48(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零.4950命题点一温度传感器的应用5152例1(2016·全国卷Ⅰ·23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求53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54警器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，55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56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.57在室温下对系统进行调节.已知U约为18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电58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 ℃59时阻值为650.0 Ω.60(1)在图4中完成待调节的报警系统原理电路图的连线.6162图463(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”).64(3)按照下列步骤调节此报警系统：65①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66________Ω；滑动变阻器的滑片置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于67另一端的原因是________.68②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直69至________.70(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71常使用.72答案(1)见解析图(2)R273(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损74坏②c报警器开始报警75解析(1)先用电阻箱替代热敏电阻，连接成闭合回路进行调试.电路图连接如76图所示.7778(2)当电路中电流I c＝10 mA时，根据闭合电路欧姆定律有I c＝UR总，解得R总＝179800 Ω，此时热敏电阻的阻值为650 Ω，则滑动变阻器的阻值为1 150 Ω，所80以滑动变阻器选R2.81(3)①当热敏电阻阻值小于650 Ω时，报警器就会报警，用电阻箱替代热敏电82阻进行调节，应把电阻箱的阻值调到650 Ω.若接通电源后电路中的电流过大(超83过20 mA)，报警器就会损坏，电流越小越安全，所以为了电路安全，闭合开关前84滑片应置于b端.85②用电阻箱替代热敏电阻进行调试，应将开关向c端闭合，开关闭合后要减小86电路中的电阻直至报警器报警.87变式1利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来88测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高.89(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，90其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变______(填91“大”或“小”).92(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接93显示出热敏电阻附近的温度.如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图5甲所示)，则9425 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的______(填“左”或“右”)侧.9596图597(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的98器材(可增加元器件)设计一个电路.(请在图乙中作图)99答案(1)小(2)右(3)见解析图100解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流变101小.102(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故103在20 ℃的刻度的右侧.104(3)如图所示.105106命题点二光电传感器的应用107108例2为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关109可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度110可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻R P在不同照111度下的阻值如下表：112照度(lx)0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻(kΩ)754028232018113(1)根据表中数据，请在图6甲所示的坐标系描绘出阻值随照度变化的曲线，114并说明阻值随照度变化的特点.115(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明116系统.请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐117暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控118制开关对所设计电路的影响)119提供的器材如下：120光敏电阻R P(符号，阻值见上表)；121直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；122定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一，并在图中标123出)；开关S及导线若干.124125图6126答案见解析127解析(1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，光敏电阻的阻值随128照度的增大而减小.129130(2)根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至 1.0 lx时，1、2 131两端电压升至2 V，由图线甲知，此时光敏电阻阻值R P＝20 kΩ，U R P＝2 V，串联132电阻分压U R＝1 V，由UR PUR＝RPR＝2，得R＝RP2＝10 kΩ，故选定值电阻R1，电路原理133图如图乙所示.134135命题点三压力传感器的应用136137例3材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效138应可以测量压力大小.若图7甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，139其中R F，R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压140敏电阻处于压力中的电阻值R F.请按要求完成下列实验.141142143图7144(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框145中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为1460.4×102 N～0.8×102 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，147提供的器材如下：148A.压敏电阻，无压力时阻值R0＝6 000 Ω149B.滑动变阻器R，全电阻阻值约200 Ω150C.电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 Ω151D.电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩ152E.直流电源E，电动势3 V，内阻很小153F.开关S，导线若干154(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA，155电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为________ V.156(3)此时压敏电阻的阻值为________ Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝157________ N.(计算结果均保留两位有效数字)158答案(1)见解析图(2)2.00 (3)1.5×10360159解析(1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的160电路，原理图如图所示.161162(2)根据电压表读数规则，电压表读数为2.00 V.163(3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为R F＝UI －R A≈1.5×103Ω，RRF＝4，由题164图甲可知，对应的待测压力F＝60 N.165变式2某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这166种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图1678所示的电路研究某长薄板电阻R x的压阻效应，已知R x的阻值变化范围为几欧到168几十欧，实验室中有下列器材：169170图8171A.电源E(电动势3 V，内阻约为1 Ω)172B.电流表A1(0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω)173C.电流表A2(0～0.6 A，内阻r2≈1 Ω)174D.开关S，定值电阻R0＝5 Ω175(1)为了比较准确地测量电阻R x的阻值，请完成虚线框内电路图的设计.176(2)在电阻R x上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记177下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得R x＝________.(用字母表示)178(3)改变力的大小，得到不同的R x值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改179变力的大小，得到不同的R x值.最后绘成的图象如图9所示，除观察到电阻R x的180阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是181________________________.当F竖直向下时，可得F x与所受压力F的数值关系182是R x＝________.183184图9185答案(1)见解析图(2)I1r1I2－I1186(3)压力反向，阻值不变17－2F187解析(1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已188知的电流表A1代替，另一个电流表A2测量电流.电路图如图所示.189190(2)电阻R x两端电压为U x＝I1r1，流经的电流为I x＝I2－I1，电阻R x＝I1r1I2－I1.191(3)由题图可知，图象是一次函数图线，即R x＝kF＋b，k＝ΔR xΔF＝－94.5＝－2，192b＝17，则有Rx ＝17－2F；由题图可知，由于图线对称，不管力F如何增加，R x193均线性减小. 194。

实验十一传感器的简单使用实验目的：1.了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性.2.能够简单应用传感器.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：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.实验步骤：一、研究热敏电阻的热敏特性1.实验步骤(1)按如图所示连接好电路，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.2.数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性.(2)在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.(3)根据实验数据和R-t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大.二、研究光敏电阻的光敏特性1.实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、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.2.数据处理：把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性.结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大.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.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零.例1(2010·新课标全国卷)用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将R T和两个适当的固定电阻R1、R2连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大.R L的测量结果如表格所示.回答下列问题:(1)根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线.(2)为了检验R L与温度t之间近似为线性关系，在坐标纸上作R L-t关系图线.(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示.电流表的读数为______，电压表的读数为______.此时等效电阻R L的阻值为______.热敏电阻所处环境的温度约为______.例2(2011·聊城模拟)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大当堂达标题：1.关于各种材料的电阻率，下列说法正确的是( )A.纯金属的电阻率较合金的电阻率小B.把一根长导线截成两段，每段的电阻率是原来的1/2C.任何材料的电阻率在任何条件下都不可能为零D.任何材料的电阻率都随温度的升高而增大2.如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明( )A.热敏电阻在温度越高时,电阻越大B.热敏电阻在温度越高时,电阻越小C.半导体材料温度升高时,导电性能变差D.半导体材料温度升高时,导电性能变好3.(2011·嘉兴模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1 000 Ω、允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0 Ω～100 Ω、允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干.臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示.设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在方框内).4.(2010·全国高考Ⅱ)如图所示，一热敏电阻R T放在控温容器M内； 为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关.已知R T在95℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95 ℃～20 ℃之间的多个温度下R T的阻值.(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图.(2)完成下列实验步骤中的填空：a.依照实验原理电路图连线.b.调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95℃.c.把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全.d.闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录______.e.将R T的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数______，记录______.f.温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1=______.g.逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.5.如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是______，发生这一现象的主要原因是______ (填字母代号)A.小灯泡的电阻发生了变化B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化D.电源的电压随温度发生了变化6.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻R P在不同照度下的阻值如表:(1)根据表中数据,请在图中的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点.(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路.给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 (lx)时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)光敏电阻R P(符号阻值见上表)提供的器材如下:直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干.。

高考物理一轮复习实验十一传感器的简单使用(1)了解传感器的工作原理，知道热敏电阻、光敏电阻等敏感元件的特性。

(2)了解传感器在技术上的简单应用。

(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：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。

1．研究热敏电阻的热敏特性图实－11－1(1)实验步骤：①按如图实－11－1所示连接好电路，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。

(2)数据处理：①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。

次数待测量温度(℃) 电阻(Ω)②在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。

③图实－11－2根据实验数据和R －t 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。

2．研究光敏电阻的光敏特性 (1)实验步骤：①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图实－11－3所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；图实－11－3②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情况，并记录；④用手掌(或黑纸)遮光时的电阻值又是多少，并记录。

(2)数据处理：把记录的结果填入表中，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，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。

(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。