1、考情案例导析 实验十二 传感器的简单应用 实验理论指导 知能演练提升(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(1)实验步骤：按如图实121所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；把多用电表置于“欧姆”挡，并选择图实121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；向烧杯中注入少量
2、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；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：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()在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。根据实验数据和Rt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。图实1222研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤：将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图实123所示电图实123路连接好，其中多用电表置于“100”挡；先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记
3、录数据；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；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。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。光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值()(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。典例必研例1 用对
4、温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，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RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图实124虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT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RL的阻值，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如表格所示。图实124温度t()30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 RL阻值()54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列问题：(1)根据图实124所示的电路，在
5、图实125所示的实物图上连线。图实125(2)为了检验RL与温度t之间近似为线性关系，在图实126坐标纸上作出RLt关系图线。图实126(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实127甲、乙所示。电流表的读数为_，电压表的读数为_。此时等效电阻RL的阻值为_。热敏电阻所处环境的温度约为_。图实127解析 本题意在考查实验仪器的读数、电学实物图的连接等实际操作能力以及对实验数据的处理能力。因为电流表的最小刻度为 5 mA，故读数时只需要精确到 1 mA，所以电流表的读数为 115 mA，而电压表的最小刻度为 0.1 V，故读数时要估读到 0.01 V，所以电压表的读数为 5.00 V
6、。等效电阻RLUI 43.5，结合图像可知热敏电阻所处环境的温度约为 64.0。答案(1)连线如图实128所示图实128(2)RLt关系曲线如图所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 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RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻(k)75 40 28 23 20 18(1)根据表中数据，请在给定的坐标系(图实128)中描绘出阻值随
7、照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。图实128(2)如图实129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 图实129内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(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：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图实1111中标出)；开关S及导线若干。解析(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度的增
8、大非线性减小。(2)当控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻阻值为20 k，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 k，即选用R1，电路原理图如图所示。答案 见解析例3 某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例图实1210系数为k)，如图实1210所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、
9、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量：(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节范围尽可能大，画出这一完整的电路(包括力电转换器在内)。(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。(3)设想实验中可能出现的问题。解析(1)设计的电路图如图所示。(2)测量步骤与结果如下：闭合开关S，调节变阻器的滑片，使力电转换器的输出电压为零。将质量为m0的砝码放在力电转换器的受压面上，记上此时的输出电压U0。取下砝码，将待测物体放在力电转换器的受压面上，记下此时的输出电压U。由以上测量可求出比例系数k及待测物体的质量m。因为 U0km0g，所以有：k U0m0g又由于 Ukmg，所以待测物体的质量为：m UU0m0。(3)实验中可能出现的问题有：因电源电压太小而输出电压调不到零。待测物体的质量超过此力电转换器的量程。答案 见解析点击此图片进入“知能演练提升”