资源简介

实验十一　传感器的简单使用
(对应学生用书第215页)
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．了解传感器的简单应用．
实验原理
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
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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、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．
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．光敏电阻实验中，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．
研究光敏电阻的光敏特性
1．实验步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图10－3－1所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；
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图10－3－1
(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；
(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，观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；
(4)用手掌(或黑纸)遮光时光敏电阻阻值又是多少，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．
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值(Ω)
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．
研究热敏电阻的热敏特性
1．实验步骤
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图10－3－2
(1)按如图10－3－2所示连接好电路，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．
2．数据处理
(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
温度(℃)
电阻(Ω)
(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 HYPERLINK "http://www.21cnjy.com"
图10－3－3
．
(3)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．
(对应学生用书第216页)
热敏电阻的原理及应用
　(2014·武汉模拟)如图10－3－4为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．
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图10－3－4
(1)为了通过测量得到图所示I－U关系的完整曲线，在图10－3－5甲和乙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：__________________.(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
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图10－3－5
(2)在如图10－3－6所示电路中，电源 ( http: / / www.21cnjy.com )电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω.
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图10－3－6
【解析】　(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大．
(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－×103) mA＝34 mA.由图象查得34 mA对应的电压为5.0 V，R2两端电压U2＝9 V－5.0 V＝4.0 V，所以R2＝＝117.6 Ω.
【答案】　(1)甲　因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大
(2)5.0　117.6
(1)I－U图象的斜率逐渐增大，说明随电压升高，热敏电阻电流增大，温度升高，电阻减小．
(2)测定热敏电阻的I－U关系完整曲线，电路要采用“分压式”．
(3)欧姆定律、焦耳定律等都适用于热敏电阻.
光敏电阻对电路的控制作用
　(2014·济南一中模拟)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变化而发生变化的元件(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/1x 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据，请在图10－3－7甲给定的坐标系中描绘出Rp阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
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图10－3－7
(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，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．
【解析】　(1)根据给定的光敏电阻阻值随温 ( http: / / www.21cnjy.com )度变化的数据表，将各点标在所给的坐标系中，最后用光滑曲线将各点连接起来，即得到光敏电阻的阻值随光照变化的曲线．由所描绘的曲线可以看出阻值随照度的变化特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小．
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(2)因题目中给出光敏电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )RP、电源E(电动势3 V，内阻不计)和三个供选择的定值电阻．条件：①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. ②给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 1x时启动照明系统．所以电路中应该串联上一个分压电阻．由给定的光敏电阻阻值随温度变化数据表可知，此时光敏电阻阻值为20 kΩ.根据分压电路特点可求得分压电阻为R＝10 kΩ.所以选择R1作为分压电阻．依给定的方框图可设计其电路原理图如图所示．
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【答案】　(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见解析．
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小
(2)电路原理图见解析
(1)光敏电阻随光照强度的增加而阻值减小，这种变化是非线性变化．
(2)电路设计要符合实际需要，控制电路分压电阻的大小决定了光控开关的灵敏程度．
(对应学生用书第217页)
A组　双基题组
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图10－3－8
1．如图10－3－8所示是一火警报警器的部分电路示意图．其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器．值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变小 D．I变小，U变大
【解析】　半导体热敏电阻，温度越高，电 ( http: / / www.21cnjy.com )阻越小，干路电流就越大，由U＝E－I总r知U将减小；由U1＝I总R1知R1两端电压将增大，由U并＝U－U1知U并减小，由I＝知I将减小，故C选项正确．
【答案】　C
2.
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图10－3－9
在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用．热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在“用多用电表研究热敏特性”实验中，安装好如图10－3－9所示的装置．
(1)多用电表的选择开关应置于________挡．
(2)向杯内加入冷水，温度计的示数 ( http: / / www.21cnjy.com )为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入适量热水，水温均匀后温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度变大了，为了较准确地读出此温度下热敏电阻的阻值R2，多用电表的倍率应________．(填“增大”或“减小”)
【解析】　(1)实验要研究的是热敏电阻的阻值随温度变化的特性，因此应使用多用电表的欧姆挡，测出不同温度下的电阻值．
(2)指针的偏转角度较大，则说明电阻减小了许多，减小倍率时，指针的偏转角度会减小，从而使指针指在中值电阻附近．
【答案】　(1)欧姆　(2)减小
B组　高考题组
3.
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图10－3－10
(2012·浙江高考)为了测量储罐 ( http: / / www.21cnjy.com )中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示．当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期T＝2π的振荡电流．当罐中的液面上升时(　　)
A．电容器的电容减小
B．电容器的电容增大
C．LC回路的振荡频率减小
D．LC回路的振荡频率增大
【解析】　当罐中液面上升时，电容器极板间的介电常数变大，则电容器的电容C增大，根据T＝2π，可知LC回路的振荡周期T变大，又f＝，所以振荡频率变小，故选项B、C正确，选项A、D错误．
【答案】　BC
4.
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图10－3－11
(2010·大纲版全国卷)如图10－3－11所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω，现要求在降温过程中测量在95 ℃～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值．
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空：
a．依照实验原理电路图连线．
b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃
c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录__________________________________________.
e．将RT的温度降为T1(20 ℃f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝______________.
g．逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.
【解析】　(1)电阻箱的最大值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联．
(2)本实验原理是当电路的电流相等时，外电路 ( http: / / www.21cnjy.com )的总电阻相等，所以95 ℃和T1时电路的总电阻相等，有150 Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω.
【答案】　(1)实验原理电路图如图所示
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(2)d.电阻箱的读数R0
e．仍为I0　电阻箱的读数R1
f．R0－R1＋150 Ω

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