1、实验十二 传感器的简单使用 教材回扣夯实基础一、研究热敏电阻的热敏特性 二、研究光敏电阻的光敏特性 注意事项1在做热敏电阻实验时，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，并同时读出水温和电阻值2光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将光敏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误差分析1温度计读数带来的误差，可以选用精度高的温度计读数三次取平均值2欧姆表的读数带来的误差，可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值透析考点多维突破考点一 教材原型实验考向 热敏电阻传感器1 某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度
2、表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为 E，内阻不计)滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC 热敏电阻 Rt(PTC 线性热敏电阻的阻值与摄氏温度 t 的关系为 Rtakt，a0，k0)设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作(1)按电路图连接好实验器材(2)将滑动变阻器滑片 P 滑到_(填“a”或“b”)端，单刀双掷开关 S 掷于_(填“c”或“d”)端，调节滑片 P使电流表_，并在以后的操作中保持滑片 P 位置不变，设此时电路总电阻为 R，断开电路(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降 5，就将开关
3、S 置于 d 端，并记录此时的温度 t 和对应的电流表的示数 I，然后断开开关请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式 I_(用题目中给定的符号表示)ac偏满ERakt(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在_(填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？_(填“是”或“否”)右否解析：(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片 P 滑到 a 端为了设计表盘刻度，应使开关掷于 c 处，调节滑片，使电流表满偏(3)把开关置于 d 端，根据闭合电路欧姆定律
4、得 IERRt，又 Rtakt，联立得出电流与温度的关系式为 IERakt.(4)因为 R1akt(且 a0，k0)，所以温度越低，电阻越小，回路中 I 越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀考向 光敏电阻传感器2 2020郑州模拟电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻 Rx 和定值电阻 R0 接在 9 V 的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：光强 E/cd12345电阻值/18963.6“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为 E，单位坎德拉(cd)(1)当光照强度为 4 坎德拉(cd)时光敏电阻 Rx 的大小
5、为_.4.5(2)其原理是光照增强，光敏电阻 Rx 阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升若电源电压不变，R0 是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是_(填序号)C解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻 Rx 与光强 E 的乘积均为 1.8 cd 不变，则当 E4 cd 时，光敏电阻的阻值：Rx18 cd4cd4.5.(2)由题意可知，光敏电阻 Rx 与定值电阻 R0 串联连接，光照增强时光敏电阻 Rx 阻值减小，电路中的总电阻减小，由 IUR可知，电路中的电流增大，由 UIR 可知，R0 两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以 Rx 两端的电
6、压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻 Rx 阻值增大，R0 两端的电压减小Rx 两端的电压增大，则玻璃并联在 R0 两端时不符合，玻璃并联在 Rx 两瑞时符合，故 A 项错误，C 项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故 B、D 项错误练 1(多选)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，导电性能变好解析：A、B 项，由题意知，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，根据欧姆定律可知，热敏电
7、阻减小，说明热敏电阻在温度越高时，电阻越小，故 A 错误，B正确；C、D 项，热敏电阻是由半导体材料做成的，说明半导体材料温度升高时，电阻减小，导电性能变好，故 C 错误，D 正确故选 B、D.答案：BD练 2 利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其它元件串联成一个电路，其它因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变_(填“大”或“小”)小(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
8、甲)，则 25的刻度应在 20的刻度的_(填“左”或“右”)侧右(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，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路解析：(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会减小(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，故在 20 的刻度的右侧(3)如图所示练 3 为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种 U-I 图线，如图乙所示(1)根据 U-I 图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为_，强光照射时电阻为_.3 000200(2)若实验中所
9、用电压表的内阻约为 5 k，毫安表的内阻约为 100，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中_(填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用_(填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确强光照射时外接考点二 实验的拓展与创新3 2017江苏单科，11某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻 Rt、滑动变阻器 R 串联接在电源 E 两端，当继电器的电流超过 15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控继电器的电阻约20，热敏电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系如下表所示t/
10、30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源 E1(3 V，内阻不计)、电源 E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器 R1(0200)、滑动变阻器 R2(0500)、热敏电阻 Rt、继电器、电阻箱(0999.9)、开关 S、导线若干为使该装置实现对 3080 之间任一温度的控制，电源 E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器 R 应选用_(选填“R1”或“R2”)图甲图乙E2R2(2)实验发现电路不工作某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至_(选填“A”
11、“B”“C”或“D”)(3)合上开关 S，用调节好的多用电表进行排查在图乙中，若只有 b、c 间断路，则应发现表笔接入 a、b 时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入 a、c 时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)C不偏转 偏转(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为 50 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 解析：本题考查器材选择，故障检测，实验操作(1)因通过继电器的电流超过 15 mA 时加热器停止加热，为使该
12、装置实现对 3080 之间任一温度的控制，要求电路在3080 之间的任一温度下的电流能通过调节达到 15 mA.当控制到30 时，电路的最小阻值为Rmin199.5 20 219.5，要使电流达到 15 mA，则所需电源电动势至少为 EminIRmin3.29 V，故电源只能选用电动势为 6 V 的 E2.为使温度控制在 80，则在 6 V 电源下电路中的电流能达到 15 mA，故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为 RE2I(R1R继)60.015 49.1 20 330.9，故滑动变阻器应选用 R2.(2)由于是用多用电表测直流电压，且电源电动势为 6 V，故应选择直流电压 10 V 挡(3)
13、若只有 b、c 间断路，电路中无电流，a、b 间电压为 0，a、c 间电压等于电源电压，故表笔接入 a、b 时指针不偏转，接入 a、c 时指针偏转，且示数等于电源电动势(4)欲使衔铁在 50 时被吸合，则要求温度达到 50 时电路中电流达到 15 mA，而此时热敏电阻的阻值为 108.1.为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值，先将电阻箱调到 108.1 并替代热敏电阻接入电路，调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合，然后再保持滑动变阻器滑片位置不动，将热敏电阻再替换回电阻箱即可，故合理的顺序应为.练 4 2020河南洛阳联考(多选)指纹传感器为在一块半导体基板上阵列了 10 万金属颗粒，每一颗粒充当电容
14、器的一极，外表面绝缘，手指在其上构成电容器的另外一极，当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹深浅不同，对应的峪(本义：山谷)和嵴(本义：山脊)与半导体基板上的金属颗粒间形成一个个电容值不同的电容器，若金属颗粒与手指间组成的每个电容器电压保持不变，则()A指纹的嵴处与半导体上对应的金属颗粒距离近，电容小B指纹的峪处与半导体上对应的金属颗粒距离远，电容小C在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量增加D在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量减少解析：本题考查指纹传感器及其相关知识点，指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近，根据电容的决定式 Cr
15、S4kd得知，电容大，A 错误；指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远，根据电容的决定式 C rS4kd得知，电容小，B正确；在手指挤压绝缘表面时，手指与对应的金属颗粒距离减小，电容增大，而电压一定，则由 QCU 可知，各金属颗粒电极电荷量增加，C 正确，D 错误答案：BC练 5 2020衡水模拟某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，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(1)如图所示，E 为直流电源，S 为开关；R 为滑动变阻器；V 为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图(2)若将质量为 m0 的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为 U0；然后取下砝码，再将待测质量为 m 的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为 U，则待测物体的质量 m_.UU0m0解析：(1)要求力电转换传感器的输入电压可调，并且可使电压的调节范围尽可能大，所以滑动变阻器采用分压式接法，如图所示(2)由以上测量的原理可知，U0km0g，Ukmg得：m UU0m0
