實驗十二傳感器的簡單應用(對應學生用書第208頁)一、實驗目的1．認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件．2．了解傳感器的簡單應用．二、實驗原理1．傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)．2．工作過程三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等．四、注意事項1．在做熱敏電阻實驗時,加開水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫．2．光敏電阻實驗中,如果效果不明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強度．五、實驗過程(一)研究光敏電阻的光敏特性1．實驗步驟(1)將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、學生電源按如圖實-12-1所示電路連接好,其中多用電表置于“×100”擋;圖實-12-1(2)先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數據;(3)打開電源,讓小燈泡發光,調節小燈泡的亮度使之逐漸變亮,觀察表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記錄;(4)用手掌(或黑紙)遮光時光敏電阻阻值又是多少,并記錄．2．數據處理把記錄的結果填入表中,根據記錄數據分析光敏電阻的特性．結論:光敏電阻的阻值被光照射時發生變化,光照增強電阻變小,光照減弱電阻變大．(二)研究熱敏電阻的熱敏特性1．實驗步驟(1)按如圖實-12-2所示連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理;圖實-12-2(2)把多用電表置于“歐姆”擋,并選擇適當的量程測出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數;(3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數和多用電表測量的熱敏電阻的阻值;(4)將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄．2．數據處理(1)根據記錄數據,把測量到的溫度、電阻值填入表中,分析熱敏電阻的特性．(2)在坐標系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線．(3)根據實驗數據和R-t圖線,得出結論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大．(對應學生用書第208頁)考點一|熱敏電阻的原理及應用某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性．現有器材:直流恒流電源(在正常工作狀態下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關和導線等．(1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性,請你在圖實-12-3的實物圖上連線．圖實-12-3(2)實驗的主要步驟:①正確連接電路,在保溫容器中注入適量冷水,接通電源,調節并記錄電源輸出的電流值;②在保溫容器中添加少量熱水,待溫度穩定后,閉合開關,________,________,斷開開關;③重復第②步操作若干次,測得多組數據．(3)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值,并據此繪得圖實-12-4所示的R-t關系圖線,請根據圖線寫出該熱敏電阻的R-t關系式:R＝________＋________t(Ω)．圖實-12-4[解析](3)根據R＝eq\f(U,I)就可求出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并據此繪得R-t圖線．在圖線上取兩點,當t1＝10℃時,R1＝104Ω,當t2＝60℃時,R2＝124Ω,R-t圖線的斜率為eq\f(R2－R1,t2－t1)＝0.4;將圖線延長,圖線交于原點,說明t＝0℃時的電阻為100Ω,故R-t關系式為R＝100＋0.4t(Ω)．[答案](1)如圖所示(2)②讀取溫度計示數讀取電壓表示數(3)1000.4(2016·全國Ⅰ卷)現要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統,要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時,系統報警．提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9Ω),直流電源(輸出電壓為U,內阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω),單刀雙擲開關一個,導線若干．在室溫下對系統進行調節．已知U約為18V,Ic約為10mA;流過報警器的電流超過20mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60℃時阻值為650.0Ω.(1)完成待調節的報警系統原理電路圖的連線．圖實-12-5(2)電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步驟調節此報警系統:①電路接通前,需將電阻箱調到一固定的阻值,根據實驗要求,這一阻值為________Ω;滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是_______________________________________________________________________________________________________.②將開關向________(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至______________________________________________________．(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關向另一端閉合,報警系統即可正常使用．[解析](1)電路圖連接如圖．(2)報警器開始報警時,對整個回路有U＝Ic(R滑＋R熱)代入數據可得R滑＝1150.0Ω,因此滑動變阻器應選擇R2.(3)①在調節過程中,電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用,電阻箱的阻值應為報警器報警時熱敏電阻的阻值,即為650.0Ω.滑動變阻器在電路中為限流接法,滑片應置于b端附近,若置于另一端a時,閉合開關,則電路中的電流I＝eq\f(18,650.0)A≈27.7mA,超過報警器最大電流20mA,報警器可能損壞．②開關應先向c端閉合,移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警為止．[答案](1)連線如解析圖所示(2)R2(3)①650.0b接通電源后,流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞②c報警器開始報警考點二|光敏電阻的應用為了節能和環保,一些公共場所使用光控開關控制照明系統．光控開關可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018(1)根據表中數據,請在圖實-12-6所示的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說明阻值隨照度變化的特點．圖實-12-6(2)如圖實-12-7所示,當1、2兩端所加電壓上升至2V時,控制開關自動啟動照明系統．請利用下列器材設計一個簡單電路,給1、2兩端提供電壓,要求當天色漸暗照度降低至1.0lx時啟動照明系統,在虛線框內完成電路原理圖．(不考慮控制開關對所設計電路的影響)圖實-12-7提供的器材:光敏電阻RP(符號阻值見上表);直流電源E(電動勢3V,內阻不計);定值電阻:R1＝10kΩ,R2＝20kΩ,R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標出);開關S及導線若干.【導學號:84370484】[解析](1)根據表中的數據,在坐標系中描點連線,得到如圖所示的變化曲線．由圖可知光敏電阻阻值隨照度變化的特點:光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小．(2)因天色漸暗、照度降低至1.0lx時啟動照明系統,此時光敏電阻阻值為20kΩ,兩端電壓為2V,電源電動勢為3V,故應加上一個分壓電阻,分壓電阻阻值為10kΩ,即選用R1.此電路的原理圖如圖所示．[答案]見解析為了研究光敏電阻在室內正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關系,某同學用如圖甲所示的電路進行實驗,得出兩種U-I圖線,如圖乙所示．甲乙(1)根據U-I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為________Ω,強光照射時電阻為________Ω;(2)若實驗中所用電壓表的內阻約為5kΩ,毫安表的內阻約為100Ω,考慮到電表內阻對實驗結果的影響,此實驗中________(選填“正常光照射時”或“強光照射時”)測得的電阻誤差較大．若測量這種光照下的電阻,則需將實物圖中毫安表的連接方式采用________(選填“內接”或“外接”)法進行實驗,實驗結果較為準確.[解析](1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小,結合圖乙知正常光照射時R1＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(2.4V,0.8×10－3A)＝3000Ω,強光照射時R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(0.8V,4.0×10－3A)＝200Ω;(2)實驗電路采用的是毫安表內接法,測得的結果比真實值偏大,當待測電阻遠大于毫安表電阻時實驗誤差較小,所以強光照射時誤差較大;強光照射時采用毫安表外接法實驗結果較為準確．[答案](1)3000200(2)強光照射時外接考點三|傳感器在實際中的應用利用傳感器可以探測、感受外界的信號、物理條件等．圖實-12-8甲所示為某同學用傳感器做實驗得到的小燈泡的U-I關系圖線．甲乙丙圖實-12-8(1)實驗室提供的器材有:電流傳感器、電壓傳感器、滑動變阻器A(阻值范圍0～10Ω)、滑動變阻器B(阻值范圍0～100Ω)、電動勢為6V的電源(不計內阻)、小燈泡、開關、導線若干．該同學做實驗時,滑動變阻器選用的是________(選填“A”或“B”);請在圖實-12-9乙的方框中畫出該實驗的電路圖．(2)如果將該小燈泡接入圖實-12-8丙所示的電路中,已知電流傳感器的示數為0.3A,電源電動勢為3V．則此時小燈泡的電功率為________W,電源的內阻為________Ω.[答案](1)A實驗電路圖如圖所示(2)0.69(0.66～0.72均可)2.33(2.00～2.67均可)傳感器是把非電學量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉換成電學量的變化的一種元件,在自動控制中有著相當廣泛的應用．有一種測量人的體重的電子秤,其測量部分的原理圖如圖中的虛線框所示,它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表○A(實質是理想電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1×107Pa,且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表所示．設踏板和壓桿的質量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V,g取10m/s2.請作答:壓力F/N0250500750100012501500…電阻R/Ω300270240210180150120…(1)該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應標在電流表刻度盤________A處．(2)如果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數為20mA,這個人的質量是________kg.[解析](1)由題表格知,踏板空載時,壓力傳感器的電阻R＝300Ω,此時○A中電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(4.8,300)A＝1.6×10－2A.(2)當電流I′＝20mA＝2×10－2A時,壓力傳感器的電阻R′＝eq\f(U,I′)＝eq\f(4.8,2×10－2)Ω＝240Ω,由表格可知,這個人受到的重力為500N,此人質量為50kg.[答案](1)1.6×10－2(2)50[隨堂訓練]1．某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖實-12-9所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯接在電源E兩端,當繼電器的電流超過15mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現溫控．繼電器的電阻約20Ω,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示．t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實驗器材有:電源E1(3V,內阻不計)、電源E2(6V,內阻不計)、滑動變阻器R1(0～200Ω)、滑動變阻器R2(0～500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9Ω)、開關S、導線若干．為使該裝置實現對30℃～80℃之間任一溫度的控制,電源E應選用________(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應選用________(選填“R1”或“R2”)．圖實-12-9圖實-12-10(2)實驗發現電路不工作．某同學為排查電路故障,用多用電表測量各接點間的電壓,則應將如圖實-12-10所示的選擇開關旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)．(3)合上開關S,用調節好的多用電表進行排查．在圖實-12-9中,若只有b、c間斷路,則應發現表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉”或“不偏轉”),接入a、c時指針________(選填“偏轉”或“不偏轉”)．(4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是________．(填寫各步驟前的序號)①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關,將電阻箱從電路中移除④合上開關,調節滑動變阻器的阻值⑤斷開開關,用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調至108.1Ω[解析](1)若實現對30℃溫度的控制繼電器和Rt的電壓U＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29V因此符合要求的電源應選E2.若實現對80℃溫度的控制對全電路有U＝I(R繼＋Rt＋R)即6V＝0.015A×(20Ω＋49.1Ω＋R)解得R＝330.9Ω.因此滑動變阻器應選R2.(2)用多用電表測量直流電壓時,選擇開關應旋至C(直流電壓擋)．(3)a、b間電壓為0,指針不偏轉．接入a、c時,多用電表與電源等構成回路,指針偏轉．(4)連接電路時,先用電阻箱代替熱敏電阻,調節滑動變阻器阻值,銜鐵被吸合時,調節完畢,移除電阻箱換為熱敏電阻即可,正確的順序為⑤④②③①.[答案](1)E2R2(2)C(3)不偏轉偏轉(4)⑤④②③①2．為了節能環保,一些公共場所使用光控開關控制照明系統．光控開關可采用光敏電阻來控制．光敏電阻是阻值隨著光照度的變化而發生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為lx)．(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如表中所示,根據表中已知數據,在如圖實-12-11所示坐標系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線．由圖象可求出照度為1.0lx時的電阻約為________kΩ.圖實-12-11照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ5.83.72.82.31.8(2)如圖實-12-12所示是街道路燈自動控制模擬電路,利用直流電源為電磁鐵供電,利用照明電源為路燈供電．為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果,路燈應接在________(填“AB”或“BC”)之間,請用筆畫線代替導線,正確連接電路元件．圖實-12-12(3)用多用電表“×10Ω”檔,按正確步驟測量圖中電磁鐵線圈電阻時,指針示數如圖實-12-13所示,則線圈的電阻為________Ω.已知當線圈中的電流大于或等于2mA時,繼電器的銜鐵將被吸合．圖中直流電源的電動勢E＝6V,內阻忽略不計,滑動變阻器有三種規格可供選擇:R1(0～10Ω,2A)、R2(0～200Ω,1A)、R3(0～1750Ω,1A)．要求天色漸暗照度降低至1.0lx時點亮路燈,滑動變阻器應選擇________(填“R1”“R2”或“R3”).為使天色更暗時才點亮路燈,應適當地________(填“增大”或“減小”)滑動變阻器的電阻.【導學號:84370485】圖實-12-13[解析](1)由描點繪出的圖象可以找出照度為1.0lx時光敏電阻的阻值為2.0kΩ;(2)電源與開關、滑動變阻器、光敏電阻和電磁鐵串聯起來．當受光照作用較強時,光敏電阻阻值較小,通過電磁鐵的電流較大,對銜鐵磁力增大,與觸點C接通,此時應使路燈不亮,故路燈應接在AB之間;(3)多用電表讀數為14,乘以倍率“×10”,故線圈電阻為140Ω.由閉合電路歐姆定律可知,電路總電阻達到3kΩ時,電路接通,故滑動變阻器電阻應與光敏電阻同一數量級,故滑動變阻器選擇R3.天色更暗,光敏電阻阻值增大,為使路燈此時點亮,則滑動變阻器電阻應減小．[答案](1)2.0(誤差允許范圍內均對)(2)AB接線圖如圖所示(3)140R3減小(2017