1、第3课时 传感器的原理及应用考纲解读 1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性.3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案基本实验要求研究热敏电阻的特性1实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水3实验步骤(1)按实验原理图甲连接好电路，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；
2、(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4数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线图15实验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6注意事项实验时，加热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，并同时读出水温基本实验要求研究光敏电阻的光敏特性1实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源3实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，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
3、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，观察多用电表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，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录4数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性5实验结论(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(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6注意事项(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，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；(2)欧姆表每次换挡后都要重新调零考点一温度传感器的应用例1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
4、内，其阻值随温度的变化是非线性的某同学将RT和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2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2所示，图中的电压表内阻很大实验中的部分实验数据测量结果如表所示.图2温度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/54.351.047.544.341.037.934.7I/mA93.397.6102.9109.7116.7125.2134.2U/V5.075.024.974.904.834.754.66回答
5、下列问题：(1)根据图2所示的电路，在图3所示的实物图上连线图3(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸(图4)上作出RLt关系图线图4(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图5、6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5图6解析(3)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等效电阻RL43.5 ，结合RLt图象可知热敏电阻所处环境的温度约为62.5 .答案(1)连线如
6、图甲所示(2)RLt关系图线如图乙所示(3)115 mA5.00 V43.5 62.5 甲乙递进题组1温度传感器的应用如图7所示，图甲为热敏电阻的Rt图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 .当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池的电动势E9.0 V，内阻不计图中的“电源”是恒温箱加热器的电源图7(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(填“A、B端”或“C、D端”)(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50 ，可变电阻R的阻值应调节为_.答案(1)A、B端(2)260解析恒温箱内的加热器应接在A、B端当线圈中的电流较小
7、时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度要使恒温箱内的温度保持在50 C，即50 C时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律I，r为继电器的电阻由题图甲可知，50 C时热敏电阻的阻值为90 ，所以R(
8、rR)260 .2温度传感器的应用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、电流表和其他元件串联成一个电路，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“大”或“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 C(如图8甲所示)，则25 C的刻度应在20 C的刻度的_(填“左”或“右”)侧图8(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
9、答案(1)小(2)右(3)见解析图解析(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 C的刻度应对应较大电流，故在20 C的刻度的右侧(3)电路如图所示考点二光电传感器的应用例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ROS在不同照度下的阻值如表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在图9给定的坐标系中描绘
10、出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明光敏电阻阻值随照度变化的特点图9(2)如图10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10提供的器材如下：光敏电阻ROS(符号，阻值见上面表格)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
11、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 k，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 k，即选用R1.此电路的原理图如图所示答案见解析变式题组3光电传感器的应用 如图11所示为光敏电阻自动计数器的示意图，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()图11A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信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每
12、获得一次高电压就计数一次答案BD解析激光是照在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D正确4光电传感器的应用如图12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()图12A电压表的示数增大BR2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ABC解析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，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误；由路端电压减小，R1两端电压增大知，
13、R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C项正确考点三传感器在实验中的应用例3利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等图13甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的UI关系图线图13(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010 )、滑动变阻器B(0100 )、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”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图(2)如果将该小灯泡接入图丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A
14、，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_ .答案(1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.660.72均可)2.33(2.002.67均可)变式题组5传感器在生产、生活中的应用图14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14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(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1107 Pa，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，取g10 m/s2.请作答：压力F/N02505007501 0001 2501 500电压R/300270240210180150120(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_A处(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.答案(1)1.6102(2)50解析(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R300 ，此时中电流I A1.6102 A.(2)当电流I20 mA2102 A时，压力传感器的电阻R 240 ，对应表格中，这个人的质量为50 kg.
