实验十二传感器的简单应用一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．2．了解传感器的简单应用．二、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．考点一| 热敏电阻的原理及应用[母题] 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图实121的实物图上连线．图实121(2)实验的主要步骤：①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关；③重复第②步操作若干次，测得多组数据．(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图实122所示的Rt 关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的Rt关系式：R＝________＋________t(Ω)．图实122【解析】 (3)根据R ＝U I 就可求出不同温度下热敏电阻的阻值，并据此绘得R t 图线．在图线上取两点，当t 1＝10 ℃时，R 1＝104 Ω，当t 2＝60 ℃时，R 2＝124 Ω，R t 图线的斜率为R 2－R 1t 2－t 1＝0.4；将图线延长，图线交于原点，说明t ＝0 ℃时的电阻为100 Ω，故R t 关系式为R ＝100＋0.4t (Ω)．【答案】 (1)如图所示(2)②读取温度计示数 读取电压表示数(3)100 0.4[借题悟法·核心点拨]1．(2017·贵阳模拟)图实123为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是( )图实123A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻D．半导体、热敏电阻、绿灯泡、小电铃B[根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以丙为是绿灯；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下，丙电路断开，乙电路接通电铃响，所以乙为小电铃；由以上的分析可知，甲是半导体热敏电阻．故选B.]2．(2016·全国乙卷)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I c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，I c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的连线．图实124(2)电路中应选用滑动变阻器________(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________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________.②将开关向________(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＝I c (R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2.(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止．【答案】(1)连线如解析图所示(2) R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏②c 报警器开始报警考点二| 光敏电阻的应用[母题] 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下表：并说明阻值随照度变化的特点．图实125(2)如图实126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)图实126提供的器材：光敏电阻R P(符号阻值见上表)；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．【解析】(1)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线．由图可知光敏电阻阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小．(2)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1.此电路的原理图如图所示．[借题悟法·核心点拨]1．(多选)(2017·兰州模拟)某温度检测、光电控制加热装置原理如图实127所示．图中R T为热敏电阻(随温度升高，阻值减小)，用来探测加热电阻丝R的温度，R G为光敏电阻(随光照强度增大，阻值减小)，接收小灯泡L的光照，除R T、R G外，其他电阻均为定值电阻．当R处温度升高时( )【导学号：92492395】图实127A．L变亮B．R3的电流减小C．E2的路端电压增大D．R的功率减小AD[当R处温度升高时，R T阻值变小，小灯泡L的光照强度增大，R G阻值变小，通过R2的电流变大，E2的路端电压变小，R两端电压变小，通过的电流也变小，功率变小，通过R3的电流变大，选项A、D正确，B、C错误．]2．为了节能环保，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照度的变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表中所示，根据表中已知数据，在如图实128所示坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________kΩ.图实128用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．图实129(3)用多用电表“×10 Ω”档，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图实1210所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，1 A)．要求天色渐暗照度降低至 1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”). 为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．图实1210【解析】(1)由描点绘出的图象可以找出照度为1.0 lx时光敏电阻的阻值为2.0 kΩ；(2)电源与开关、滑动变阻器、光敏电阻和电磁铁串联起来．当受光照作用较强时，光敏电阻阻值较小，通过电磁铁的电流较大，对衔铁磁力增大，与触点C接通，此时应使路灯不亮，故路灯应接在AB之间；(3)多用电表读数为14，乘以倍率“×10”，故线圈电阻为140 Ω.由闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻达到3 kΩ时，电路接通，故滑动变阻器电阻应与光敏电阻同一数量级，故滑动变阻器选择R3.天色更暗，光敏电阻阻值增大，为使路灯此时点亮，则滑动变阻器电阻应减小．【答案】(1)2.0(误差允许范围内均对)(2)AB接线图如图所示(3)140 R3减小考点三| 传感器在实际中的应用[母题] (2017·湖北省部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等．图实1211甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的UI关系图线．甲乙(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干．该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图实1211乙的方框中画出该实验的电路图．丙图实1211(2)如果将该小灯泡接入图实1211丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V．则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω.【答案】(1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.66～0.72均可) 2.33(2.00～2.67均可)[借题悟法·核心点拨]1．(多选)(2017·恩施模拟)工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图实1212甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图实1212丙所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103 N，没装料时U ba＝0，g取10 m/s2.下列说法中正确的是( )【导学号：92492396】甲乙丙图实1212A．R3阻值为40 kΩB．装料时，R0的阻值逐渐变大，U ba的值逐渐变小C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，U ba传感器的示数也变大D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量AC [没装料时，根据串并联电路规律可得R 1两端的电压为：U R 1＝R 1R 1＋R 2×12＝8 V ；从R F 图中可得，没装料时，料斗重1×103 N ，此时R 0＝20 k Ω，所以R 3两端的电压为U R 3＝R 3R 3＋R 0×12＝12R 3R 3＋20，因为此时U ba ＝0，说明R 1两端的电压和R 3两端的电压相等，即12R 3R 3＋20＝8 V ，解得R 3＝40 k Ω，A 正确；装料时，由于R 1所在支路电流恒定，所以a 点的电势恒定，而R 3所在支路中R 0逐渐增大，该支路电流减小，R 3两端的电压减小，即b 的电势升高，所以U ba 逐渐增大，B 错误，C 正确；应变片作用是把拉力这个力学量转换为电压这个电学量，D 错误；故选A 、C.]2.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图实1213中的虚线框所示，它主要由压力传感器R (电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表○A (实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa ，且已知压力传感器R 的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V ，g 取10 m/s 2.请作答：图实1213(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA ，这个人的质量是________kg.【解析】 (1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R ＝300 Ω，此时○A 中电流I ＝U R ＝4.8300A ＝1.6×10－2 A. (2)当电流I ′＝20 mA ＝2×10－2 A 时，压力传感器的电阻R ′＝U I ′＝ 4.82×10－2 Ω＝240 Ω，由表格可知，这个人受到的重力为500 N ，此人质量为50 kg.【答案】 (1)1.6×10－2 (2)50。
