1、【 精品教育资源文库 】 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
2、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 2 5.实验结论 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 . 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【 精品教育资源文库 】 出水温 . 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
3、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
4、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，报警器 (内阻很小，流过【 精品教育资源文库 】 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 ) ，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
5、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
6、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 Ic 10 mA 时，根据闭合电路欧姆定律有 Ic UR总，解得 R 总 1 800 ，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 2
7、0 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 . 【 精品教育资源文库 】 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
8、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，
9、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 两端所加电压上升至 2 V 时，控制开关自动启动照明系统 .请利用【 精品教育资源文库 】 下列器材设计一个简单电路，给 1、
10、 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 )； 定值电阻： R1 10 k ， R2 20 k ， R3 40 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， E 3 V，当照度 降低至 1.0 lx 时， 1、 2 两端电压升至 2
11、V，由图线甲知，此时光敏电阻阻值 RP 20 k ， URP 2 V，串联电阻分压 UR 1 V，由 URPURRPR 2，得 RRP2 10 k ，故选定值电阻 R1，电路原理图如图乙所示 . 命题点三 压力传感器的应用 【 精品教育资源文库 】 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
12、阻阻值的电路，在图乙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 0.410 2 N 0.810 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 R0 6 000 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 k E.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
13、压敏电阻的阻值为 _ ；结合图甲可知待测压力的大小 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 . 【 精品教育资源文库 】 (2)根据电压表读数规则，电压表读数为 2.00 V. (3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为 RF UI RA1.510 3 ， R0RF 4，由题图甲可知，对应的待测压力 F 60 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
14、“ 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的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材： 图 8 A.电源 E(电动势 3 V，内 阻约为 1 ) B.电流表 A1(0 0.6 A，内阻 r1 5 ) C.电流表 A2(0 0.6 A，内阻 r21 ) D.开关 S，定值电阻 R0 5 (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， A2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 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 _. 【 精品教育资源文库 】 图 9 答案 (1)见解析图 (2) I1r1I2 I1(3)压力反向，阻值不变 17 2F 解析 (1)利用伏安法测
