1、1实验十二 传感器的简单使用一、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)按图 1 连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；图 1(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.4.数据处理在图 2 坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.图 25.实验结论
2、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热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温.2二、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、滑动变阻器按图 3 所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；图 3(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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；(4)用手
3、掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，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照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进行欧姆调零.命题点一 温度传感器的应用例 1 (2016全国卷23)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
4、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 1 000 )，滑动变阻器 R2(最大阻值为 2 000 )，3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 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)在图 4 中完成待调节的报警系统原理电路图的连线.图 4(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“ R1”或“ R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接
5、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.答案 (1)见解析图 (2) R2(3)650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过 20 mA，报警器可能损坏 c 报警器开始报警解析 (1)先用电阻箱替代热敏电阻，连接成闭合回路进行调试.电路图连接如图所示.(2)当电路中电流 Ic10 mA 时，根据闭合电路欧姆定律有 Ic ，解得 R 总
6、1 800 UR总，此时热敏电阻的阻值为 650 ，则滑动变阻器的阻值为 1 150 ，所以滑动变阻器选R2.(3)当热敏电阻阻值小于 650 时，报警器就会报警，用电阻箱替代热敏电阻进行调节，应把电阻箱的阻值调到 650 .若接通电源后电路中的电流过大(超过 20 mA)，报警器就会损坏，电流越小越安全，所以为了电路安全，闭合开关前滑片应置于 b 端.用电阻箱替代热敏电阻进行调试，应将开关向 c 端闭合，开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警.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4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
7、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 (如图 5 甲所示)，则 25 的刻度应在 20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧.图 5(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.(请在图乙中作图)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，故电路中电流变小.(2)由(1)的分析
8、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.命题点二 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 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(1)根据表中数据，请在图 6 甲所示的坐标系描绘出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
9、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)5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： 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.图 6答案 见解析解析 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，光敏电阻的阻值随照度的增大而减小.(2)根据串联电阻的正比分压关系， E3 V，当照度降低至 1
10、.0 lx 时，1、2 两端电压升至2 V，由图线甲知，此时光敏电阻阻值 RP20 k， URP2 V，串联电阻分压 UR1 V，由 2，得 R 10 k，故选定值电阻 R1，电路原理图如图乙所示.URPUR RPR RP2命题点三 压力传感器的应用例 3 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应” ，利用这种效应可以测量压力大小.若图 7 甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中 RF， R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力 F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值 RF.请6按要求完成下列实验.图 7(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙
11、的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为 0.4102 N0.810 2 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：A.压敏电阻，无压力时阻值 R06 000 B.滑动变阻器 R，全电阻阻值约 200 C.电流表 A，量程 2.5 mA，内阻约 30 D.电压表 V，量程 3 V，内阻约 3 kE.直流电源 E，电动势 3 V，内阻很小F.开关 S，导线若干(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是 1.33 mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为_ V.(3)此时压敏电阻的阻值为_ ；结合图甲可知待测压力
12、的大小 F_ N.(计算结果均保留两位有效数字)答案 (1)见解析图 (2)2.00 (3)1.510 3 60解析 (1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示.(2)根据电压表读数规则，电压表读数为 2.00 V.7(3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为 RF RA1.510 3 ， 4，由题图甲可知，UI R0RF对应的待测压力 F60 N.变式 2 某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图 8 所示的电路研究某长薄板电阻 Rx的压阻效应，已知 Rx的阻值变化
13、范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：图 8A.电源 E(电动势 3 V，内阻约为 1 )B.电流表 A1(00.6 A，内阻 r15 )C.电流表 A2(00.6 A，内阻 r21 )D.开关 S，定值电阻 R05 (1)为了比较准确地测量电阻 Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计.(2)在电阻 Rx上加一个竖直向下的力 F(设竖直向下为正方向)，闭合开关 S，记下电表读数，A1的读数为 I1，A 2的读数为 I2，得 Rx_.(用字母表示)(3)改变力的大小，得到不同的 Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的 Rx值.最后绘成的图象如图 9 所示，除观察到电阻
14、 Rx的阻值随压力 F 的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是_.当 F 竖直向下时，可得 Fx与所受压力 F 的数值关系是 Rx_.图 9答案 (1)见解析图 (2)I1r1I2 I1(3)压力反向，阻值不变 172 F解析 (1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，另一个电流表 A2测量电流.电路图如图所示.8(2)电阻 Rx两端电压为 Ux I1r1，流经的电流为 Ix I2 I1，电阻 Rx .I1r1I2 I1(3)由题图可知，图象是一次函数图线，即 Rx kF b， k 2， b17，则 Rx F 94.5有 Rx172 F；由题图可知，由于图线对称，不管力 F 如何增加， Rx均线性减小.
