1、实验12 传感器的简单使用-2-一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.了解传感器的简单使用。二、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量(力、温度、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2.工作过程 三、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、滑动变阻器、开关、导线等。-3-四、实验步骤、数据处理及结论 1.研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤 按如图所示连接好实物,将热敏电阻绝缘处理。将多用电表置于“欧姆”挡,选择适当的量程测出烧杯中在没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电
2、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。-4-(2)数据处理 根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。次数待测量 温度()电阻()在如图所示坐标系中,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。-5-2.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、灯泡、滑动变阻器按如图所示的电路连接好,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,并记录数据。接通电源,让
3、小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。用手掌(或黑纸)遮住光,观察光敏电阻的阻值,并记录。-6-(2)数据处理 把记录的结果填入下表中,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()结论:光敏电阻被光照射时阻值发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。五、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。2.在做光敏电阻实验时,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。
4、-7-考点一 考点二 考点一 热敏电阻的原理及应用 例1温度传感器广泛应用于家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲为某装置中的传感器工作原理图,已知电源的电动势E=9.0 V,内阻不计;G为灵敏电流表,其内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当R的温度等于20 时,电流表示数I1=2 mA,则当电流表的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻的温度是()A.60 B.80 C.100 D.120 答案 解析 解析 关闭由题图乙知,温度为20时,R的阻值R1=4 k。由欧姆定律可得E=I1(R1+Rg),E=I2(R2+Rg),两式联
5、立,解得R2=2 k,通过题图乙查得此时温度为120,D正确。答案 解析 关闭D-8-考点一 考点二 例2由对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连成图甲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,测量电路如图甲所示,图中电压表内阻很大。RL的测量结果如表所示。甲-9-考点一 考点二 温度 t()30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 阻值 RL(
6、)54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列问题:(1)根据图甲所示的电路,在图乙所示的实物图上连线。乙-10-考点一 考点二(2)在图丙坐标纸上作RL-t关系图线。丙-11-考点一 考点二(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示。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 。丁-12-考点一 考点二 解析：(1)根据电路图连接实物图,如图所示。-13-考点一 考点二(2)根据数据在坐标纸上描点,作出直线。(3)电流表读数I=115 mA,电压表读数U=5.00 V。RL=5.0011510-
7、3 43.5 ,对照RL-t关系图线找出相应温度约为64.0。答案：(1)见解析图甲(2)见解析图乙(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0-14-考点一 考点二 考点二 光敏电阻的理解及应用 例3(多选)如图为利用光敏电阻自动计数的示意图,图中虚线表示激光,圆柱体表示随传送带运动的货物,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是()A.当光照射R1时,信号处理系统获得高电压 B.当光照射R1时,信号处理系统获得低电压 C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次 答案 解析 解析 关闭当光照射R1时,其阻值减小,电路中电
8、流增大,电源内阻和R2两端的电压增大,R1两端的电压减小,信号处理系统获得低电压;当货物挡住光源时获得高电压,所以BD正确。答案 解析 关闭BD-15-考点一 考点二 例4(多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当入射光强度增大时()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 答案 解析 解析 关闭当入射光强度增大时,R3阻值减小,外电路总电阻随R3的减小而减小,流过R1的电流增大,R1两端电压增大,电压表的示数增大,同时由于内电压增大,故路端电压减小,A项正确、D项错误;由路端电压减小和R1两端电压增大知,R2两端电压必
9、减小,则R2中电流减小,故B项正确;由于干路电流增大和流过R2的电流减小可知,流过小灯泡的电流增大,则小灯泡的功率增大,故C项正确。答案 解析 关闭ABC-16-考点一 考点二 例5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 -17-考点一 考点二(1)根据表中数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随光的照度变化的曲
10、线,并说明阻值随照度变化的特点。甲-18-考点一 考点二(2)在如图乙所示电路中,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)乙-19-考点一 考点二 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:R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。-20-考点一 考点二 解析：(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图a
11、所示。特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。图 a图 b-21-考点一 考点二(2)当光照度降低至1.0 lx时,光敏电阻阻值为20 k,1、2两端电压为2 V,电源电动势为3 V,所以电路中还要有一个分压电阻,阻值为10 k,即选用R1,电路原理图如图b所示。答案：见解析-22-23411.(2016北京理综)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。下图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力 (选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更 (选填“敏感”或“不敏感”)。答案 解析 解析 关闭(1)由题目所给的 R-t 图象分析知热敏电阻的阻值随温度升高而明显减小,故其导电能力增强。比较两种电阻对温度变化的敏感程度,如图,当温度从 t1 变化至 t2 时,R1R1,开关掷向 2 瞬间的放电电流较小
