1、交变电流 传感器第十一章实验十二 传感器的简单使用主干梳理 对点激活 1按图连接好电路，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。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。1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 123456温度()电阻()2在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示。3根据实验数据和 Rt 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度
2、的升高而减小，随温度的降低而增大。1将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“欧姆”挡。2先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。1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。光照强度弱中强无光照射阻值/2根据实验数据得出结论：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。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，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。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
3、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。1在做热敏电阻实验时，加入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进行欧姆调零。考点细研 悟法培优 考点 1 热敏电阻的应用例 1 如图所示，图甲为热敏电阻的 R-t 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，继电器线圈的电阻为 150。当线圈中的电流大于或等于 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
4、 E6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。100(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(选填“A、B 端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持 100，可变电阻 R的值应调节为_。(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻 R的值应_(选填“增大”或“减小”)。答案A、B 端增大尝试解答(1)A、B端_(2)100_(3)增大。(1)当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁脱离电磁铁，AB部分接入电路，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以把恒温箱内的加热器接在A、B端。(2)当温度达到100 时，加热电路就要断开，
5、此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20 mA，根据闭合电路欧姆定律可得，IERRR0，解得R100。(3)由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则I20 mA时R变小，故可变电阻R的值应增大，从而实现目标。尝试解答变式 1 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
6、近的温度。如果刻度盘正中的温度为 20(如图甲所示)，则 25 的刻度应在 20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧。答案小右答案(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。答案 图见解析解析解析(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。考点 2 光敏电阻的应用例 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
7、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/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，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)提供的器材如下：光敏电阻 RP(符号，阻值见图表)；直
8、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。尝试解答(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图 1 所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见图 2尝试解答图 1图 2(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如尝试解答所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照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，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为 10 k，
9、即选用 R1；此电路的原理图见尝试解答。尝试解答变式 2 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 UI 图线，如图乙所示。答案(1)根据 UI 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_。(2)若实验中所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。3000 200 强光照射时 外接解析(1)
10、光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合图乙知正常光照射时 R1U1I1 2.4 V0.8103 A3000，强光照射时 R2U2I2 0.8 V4.0103 A200。(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表电阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。解析考点 3 其他传感器的应用例 3(2019宁夏银川一中高三第六次月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器 R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表 G(实质是理想电流表)。设踏板的
11、质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为 3 A，电源电动势为 12 V，内阻为 2，电阻 R 随压力变化的函数式为 R300.02F(F 和 R 的单位分别是 N 和)。下列说法正确的是()A该秤能测量的最大体重是 1400 NB该秤能测量的最大体重是 1300 NC该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表 G刻度盘 0.375 A 处D该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表 G刻度盘 0.400 A 处答案尝试解答 选AC。当电路中电流I3 A时，电子秤测量的体重最大。由欧姆定律I ERr得到REI r2，代入R300.02F得到F1400 N，故A正确，B错误。踏板空载时
12、F0，代入R300.02F得到电阻R30，由欧姆定律得I ERr0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，故C正确，D错误。尝试解答变式 3(2019河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快
13、慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是()答案A在峪处形成的电容器电容较小B充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大C在峪处形成的电容器放电较慢D湿的手指头对指纹识别绝对没有影响解析 根据平行板电容器的电容决定公式 C rS4kd可得，极板与指纹峪处(凹下部分)距离 d 较大，形成的电容器电容较小，放电较快，故 A 正确，C 错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据 QCUrSU4kd可知，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故 B 正确；湿的手与传感器之间有水填充，改变了原来平行板电容器的电容，所以会
14、影响指纹解锁，故 D 错误。解析高考模拟 随堂集训 1(2019广东汕头高三一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机等设备中应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是()答案A当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等B当电路中没有电流时，传感器一定处于平衡状态C当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大D当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动解析 当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，
15、因电容器的电压不变，根据平行板电容器的电容公式 C rS4kd，当电介质插入极板间深度不同时，即相对介电常数 r 大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故 A 错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，故 B 错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据 QCU，可知电容器的电容在增大，故 C 正确；当电路中有顺时针方向电流时，由C 项的分析可知，电容器的电容在增大，插入极板间电介质加深，但传感器可能向左运动，也可能向右运动，故 D 正确。
16、解析答案2(2016北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如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”)。增强敏感解析 由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感。解析3(2019全国卷)某小组利用图 a 所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压 U 与温度 t 的关系，图中和为理想电压表；R 为滑动变阻器，R0 为
17、定值电阻(阻值 100)；S 为开关，E 为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度 t 由温度计(图中未画出)测出。图 b 是该小组在恒定电流为 50.0 A 时得到的某硅二极管 U-t 关系曲线。回答下列问题：答案(1)实验中，为保证流过二极管的电流为 50.0 A，应调节滑动变阻器 R，使电压表的示数为 U1_ mV；根据图 b 可知，当控温炉内的温度 t 升高时，硅二极管正向电阻_(填“变大”或“变小”)，电压表示数_(填“增大”或“减小”)，此时应将 R 的滑片向_(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为 U1。(2)由图 b 可以看出 U 与 t 成线性关系。硅二极管可以作为
18、测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为Ut _103 V/(保留 2 位有效数字)。5.00 变小 增大 B2.8解析(1)、是理想电压表，则 R0 与硅二极管串联，电流相等，R0 两端电压 U1IR050.0106100 V5.00103 V5.00 mV。由 U-t 图象知，当控温炉内温度 t 升高时，U 变小，又 I50.0 A 不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向 B 端移动。(2)由 U-t 图象的斜率可知：Ut 0.440.3080
19、30 V/2.8103 V/。解析4.(2018全国卷)某实验小组利用如图 a 所示的电路探究在 25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻 RT，其标称值(25 时的阻值)为 900.0；电源 E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程 150 mV)；定值电阻 R0(阻值 20.0)，滑动变阻器R1(最大阻值为 1000)；电阻箱 R2(阻值范围 0999.9)；单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2。实验时，先按图 a 连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0。将S2 与 1 端接通，闭合 S1，调节 R1 的滑片位置，使电压表读数为某一值
20、 U0；保持 R1 的滑片位置不变，将 R2 置于最大值，将 S2与 2 端接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0；断开 S1，记下此时 R2 的读数。逐步降低温控室的温度 t，得到相应温度下 R2的阻值，直至温度降到 25.0。实验得到的 R2t 数据见下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0答案 见解析图答案回答下列问题：(1)在闭合 S1前，图 a 中 R1的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端；(2)在图 b 的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出 R2t 曲线；b(3)由图 b
21、可得到 RT在 25 80 范围内的温度特性。当 t44.0 时，可得 RT_；(4)将 RT握于手心，手心温度下 R2的相应读数如图 c 所示，该读数为_，则手心温度为_。答案450 620.0 33.0解析解析(1)图 a 的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1 前，R1 应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图 a 中的 R1 的滑片应移到 b 端。(2)将 t60 和 t70 对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R2t 图象，如图所示。(3)根据题述实验过程可知，测量的 R2 数据等于热敏电阻 RT 对应温度的电阻值。由画出的 R
22、2t 图象可知，当 t44.0 时，对应的 RT450。(4)由画出的 R2t 图象可知，RT620.0，则手心温度 t33.0。解析5(2016全国卷)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 Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为 999.9)，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 1000)，滑动变阻器 R2(最大阻值为 2000)，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，Ic 约为 10 mA；流过报警器的电流超过
23、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。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)。答案(1)连线如图所示答案R2答案(3)按照下列步骤调节此报警系统：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_；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_。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。650.0 b接通电源后，流过报警器的
24、电流会超过 20 mA，报警器可能损坏c报警器开始报警解析(1)见答案。(2)由 RUIc1810103 1800 可知，滑动变阻器应选 R2。(3)电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在 60 时的阻值，即 650.0。滑动变阻器的滑片应置于 b 端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。应将开关向 c 端闭合，然后对系统进行调节。解析6(2017江苏高考)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 1 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
25、约 20，热敏电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系如下表所示。t/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。答案为使该装置实现对 30 80 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”)。E2R2答案(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障
26、，用多用电表测量各接 点 间 的 电 压，则 应 将 如 图 2 所 示 的 选 择 开 关 旋 至 _(选 填“A”“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 1 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 偏转答案(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
27、，将阻值调至 108.1 解析(1)若实现对 30 温度的控制继电器和 Rt的电压U0.015(20199.5)V3.29 V因此符合要求的电源应选 E2。若实现对 80 温度的控制对全电路有 EI(R 继RtR)即 6 V0.015 A(20 49.1 R)解得 R330.9。因此滑动变阻器应选 R2。解析(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至 C(直流电压挡)。(3)a、b 间电压为 0，指针不偏转。接入 a、c 时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为。解析本课结束
