試驗十一：傳感器簡單使用1/311.試驗?zāi)繕?biāo)(1)知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻作用.(2)能夠經(jīng)過試驗探究“光敏電阻和熱敏電阻特征”.(3)了解常見各種傳感器工作原理、元件特征及設(shè)計方案.2/312.試驗原理非電學(xué)測量量

(1)傳感器：傳感器是將所感受到諸如力、熱、光、聲、化學(xué)成份等________量轉(zhuǎn)換成便于_________(普通是電壓、電流等電學(xué)量)一類元件. (2)傳感器普通應(yīng)用模式：由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件和轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，經(jīng)過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理.(如圖S11-1所示)3/31圖S11-1工作過程：敏感元件將感受到物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量量，以下所表示.4/31

(3)傳感器分類：力電傳感器、熱電傳感器、光電傳感器、聲電傳感器、電容式傳感器、磁電傳感器、超聲波傳感器、氣敏傳感器等.(4)常見傳感器元件力學(xué)電學(xué)

①力電傳感器：把________(位移、速度、加速度等)信號轉(zhuǎn)化為________(電壓、電流等)信號. ②光敏電阻：無光照時，載流子(能夠自由移動帶有電荷物質(zhì)微粒，如電子和離子)極少，阻值較大；伴隨光照增強(qiáng)，載流子增多，阻值減小.能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學(xué)量.5/31

③熱敏電阻：利用半導(dǎo)體材料制成，其電阻阻值隨溫度升高而減小，能把________這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為________這個電學(xué)量.溫度電阻溫度傳感器電阻

④金屬熱電阻：有些金屬電阻率隨溫度升高而增大，這么電阻也能夠制成________________，稱為熱電阻，能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為________這個電學(xué)量.6/31

3.試驗器材 鐵架臺、熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、燒杯、溫度計、冷水、熱水、強(qiáng)光源、學(xué)生電源、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、開關(guān)等. 4.試驗過程(1)研究熱敏電阻熱敏特征.減小增大

熱敏電阻阻值隨溫度升高而________，隨溫度降低而________.(2)研究光敏電阻光敏特征.減小光敏電阻在光照加強(qiáng)條件下，其阻值逐步________.7/315.注意事項(1)在研究電阻熱敏特征時，熱敏電阻、燒杯、溫度計易破損，忌用溫度計當(dāng)攪拌器.(2)試驗時，加熱水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水溫度相同，并同時讀出水溫.

(3)在做光敏電阻試驗中，假如效果不顯著，可將電阻部分電路放入帶蓋紙盒中，并經(jīng)過蓋上小孔改變射到光敏電阻上光多少.(4)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零.(5)當(dāng)傳感元件需要接入電路中時，要注意它電學(xué)參數(shù).8/31

【基礎(chǔ)自測】

1.觀察電阻值隨溫度改變情況示意圖如圖S11-2所表示.現(xiàn)在把杯中水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表讀數(shù)改變情況正確是()

A.若R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且改變非常顯著 B.若R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且改變不顯著 C.若R為熱敏電阻(半導(dǎo)體材料制成)，讀數(shù)改變非常顯著 D.若R為熱敏電阻(半導(dǎo)體材料制成)，圖S11-2讀數(shù)改變不顯著

答案：C9/31

2.利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作熱傳感器，普通體積很小，能夠用來測量很小范圍內(nèi)溫度改變，反應(yīng)快，而且準(zhǔn)確度高.

(1)假如將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其它元件串聯(lián)成一個電路，其它原因不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域溫度降低，電路中電流將變______(填“大”或“小”). (2)上述電路中，我們將電流表中電流刻度換成對應(yīng)溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近溫度.假如刻度盤正中溫度為20℃(如圖S11-3甲所表示)，則25℃刻度應(yīng)在20℃刻度________(填“左”或“右”)側(cè).10/31甲乙

圖

S11-3 (3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度改變，請用圖乙中器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路.

解析：(1)因為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大，故電路中電流會減小. (2)由(1)分析知，溫度越高，電流越大，25℃刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20℃刻度右側(cè). (3)電路如圖D49所表示.11/31答案：(1)小(2)右(3)如圖D49所表示. 圖D4912/31

3.如圖S11-4所表示，圖甲為熱敏電阻R-t圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器電阻為100Ω.當(dāng)線圈電流大于或等于20mA時，繼電器銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電電池電動勢E＝9.0V，內(nèi)阻不計.圖中“電源”是恒溫箱加熱器電源.甲乙圖

S11-413/31(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)加熱器接在________(填“A、B端”或“C、D端”).(2)假如要使恒溫箱內(nèi)溫度保持在50℃，可變電阻R′阻值應(yīng)調(diào)整為________Ω.

解析：恒溫箱內(nèi)加熱器應(yīng)接在A、B端.當(dāng)線圈中電流較小時，繼電器銜鐵在上方，恒溫箱加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高.伴隨恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R阻值變小，則線圈中電流變大，當(dāng)線圈電流大于或等于20mA時，繼電器銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停頓工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低.伴隨恒溫箱內(nèi)溫度降低，14/31熱敏電阻R阻值變大，則線圈中電流變小，當(dāng)線圈電流小于20mA時，繼電器銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這么就能夠使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度.要使恒溫箱內(nèi)溫度保持在50℃，即50℃時線圈內(nèi)電流為20mA.由閉合電路歐姆定律I＝

Er＋R＋R′，r為繼電器電阻.由題圖

R)＝260Ω.答案：(1)A、B端(2)26015/31考點(diǎn)1溫度傳感器應(yīng)用

【典題1】(

年江蘇卷)某同學(xué)經(jīng)過試驗制作了一個簡易溫控裝置，試驗原理電路圖如圖S11-5所表示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當(dāng)繼電器電流超出15mA時，銜鐵被吸合，加熱器停頓加熱，實現(xiàn)溫控.繼電器電阻約為20Ω，熱敏電阻阻值Rt

與溫度t關(guān)系如下表所表示：16/31t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1

(1)提供試驗器材有：電源E1(3V，內(nèi)阻不計)、電源E2(6V，內(nèi)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(guān)S、導(dǎo)線若干.

為使該裝置實現(xiàn)對30～80℃之間任一溫度控制，電源E應(yīng)選取________(填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應(yīng)選取________(填“R1”或“R2”).17/31圖S11-5

(2)試驗發(fā)覺電路不工作.某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測量各接點(diǎn)間電壓，則應(yīng)將如圖S11-6所表示選擇開關(guān)旋至________(填“A”“B”“C”或“D”).18/31

(3)合上開關(guān)S，用調(diào)整好多用電表進(jìn)行排查，在圖S11-5中，若只有b、c間斷路，則應(yīng)發(fā)覺表筆接入a、b時指針_____(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時指針_______(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”).圖S11-619/31

(4)排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合，以下操作步驟正確次序是________________.(填寫各步驟前序號)①將熱敏電阻接入電路；②觀察到繼電器銜鐵被吸合；③斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除；④合上開關(guān)，調(diào)整滑動變阻器阻值；⑤斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω.20/31

解析：(1)由表格數(shù)據(jù)知，當(dāng)溫度為30℃時，熱敏電阻阻值為199.5Ω，繼電器阻值R0＝20Ω，當(dāng)電流為15mA時，E＝I(Rt＋R0)＝3.3V，所以電源選E2，80℃時，熱敏電阻阻值Rt＝49.1Ω，則E2＝I(Rt＋R0＋R)，此時變阻器阻值R＝330.9Ω，所以變阻器選擇R2；(2)多用電表作為電壓表測量電壓，旋鈕旋至直流電壓擋C處；(3)若只有b、c間斷路，表筆接入a、b時，整個回路斷路，電表指針不偏轉(zhuǎn)，接入a、c時電流流經(jīng)電表，故指針偏轉(zhuǎn)；(4)50℃時，熱敏電阻阻值為108.1Ω，所以應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)至108.1Ω，調(diào)整變阻器，使銜鐵吸合，再將電阻箱換成熱敏電阻，故次序為⑤④②③①.答案：(1)E2R2

(2)C(3)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(4)⑤④②③①21/31照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ754028232018考點(diǎn)2光電傳感器應(yīng)用

【典題2】為了節(jié)能和環(huán)境保護(hù)，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開關(guān)可采取光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值伴隨光照度而發(fā)生改變元件(照度能夠反應(yīng)光強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx).某光敏電阻Rp

在不一樣照度下阻值以下表所表示：22/31

(1)依據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定坐標(biāo)系(圖S11-7)中描繪出阻值隨照度改變曲線，并說明阻值隨照度改變特點(diǎn).圖S11-723/31

(2)如圖S11-8所表示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動開啟照明系統(tǒng)，請利用以下器材設(shè)計一個簡單電路.給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)日色漸暗、照度降低至1.0lx時開啟照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路影響)圖S11-824/31提供器材以下：光敏電阻Rp(符號，阻值見上表)；

直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)； 開關(guān)S及導(dǎo)線若干.

審題突破：光敏電阻特點(diǎn)是當(dāng)光照增強(qiáng)時載流子增多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻變小；當(dāng)光照減弱時載流子降低，導(dǎo)電能力減弱，電阻變大.要求在天色漸暗，照度降低至1.0lx時開啟照明系統(tǒng)，此時光敏電阻較大，讓光敏電阻與控制開關(guān)并聯(lián)即可.25/31答案：(1)如圖S11-9所表示.特點(diǎn)：光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度增大而非線性減小.(2)如圖S11-10所表示.圖S11-9圖S11-1026/31

方法技巧：這類題目設(shè)問雖很新奇獨(dú)特，但所依據(jù)物理原理、試驗方法、試驗器材卻是書本上基本試驗中用過，試題設(shè)問普通不難；只要平時學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)時對書本中基本實驗(原理)能夠深刻了解，對包括基本試驗器材能夠熟練利用，注意將物理習(xí)題中結(jié)論向物理試驗遷移，分析問題時能靈活變通，不墨守成規(guī)，處理這類問題定可駕輕就熟.27/31考點(diǎn)3力電傳感器實際應(yīng)用

【典題3】某學(xué)生為了測量一個物體質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器輸出電壓正比于受壓面壓力(百分比系數(shù)為k)，如圖S11-11所表示，測量時先調(diào)整輸入端電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體質(zhì)量成正比輸出電壓U. 圖S11-1128/31請完成對該物體質(zhì)量測量：

(1)設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器輸入電壓可調(diào)，而且使調(diào)整范圍盡可能大，在虛線框中畫出完整測量電路圖.(2)簡明說明測量步驟，求出百分比系數(shù)k，并測出待測物體質(zhì)量m.29/31

審題突破：力電轉(zhuǎn)換器即使是一個全新儀器，但它與其他全部測量儀器一樣，要有一個“調(diào)零”過程.仔細(xì)審題，題目中有很多主要暗示，挖掘這些信息即是我們處理問題關(guān)鍵.“測量時先調(diào)整輸入端電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體質(zhì)量成正比輸出電壓U”“該轉(zhuǎn)換器輸出電壓正