實驗十二傳感器的簡單使用1實驗目的(1)了解常見傳感器元件的作用。(2)探究熱敏電阻、光敏電阻的特性。2實驗原理傳感器將感受到的非電學量(力、熱、光、聲等)，轉(zhuǎn)換成便于測量的電學量。3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。4實驗過程(1)研究熱敏電阻的特性按如圖所示連接好實物。將熱水分幾次注入燒杯中，測量每次水的溫度、熱敏電阻的阻值?？偨Y：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。(2)研究光敏電阻的特性將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖所示正確連接，多用電表置于“×100”擋。先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值。打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察光敏電阻的變化情況。用黑紙遮光時，觀察光敏電阻的變化情況。總結：光照增強光敏電阻阻值變小，光照減弱光敏電阻阻值變大。 熱敏電阻的特性與應用1熱敏電阻的特性熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，隨溫度降低而增大。2熱敏電阻的作用將溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。題組訓練1利用負溫度系數(shù)熱敏電阻(溫度越高，電阻越小)制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應快，而且精確度高。(1)如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(選填“大”或“小”)。(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20 (如圖甲所示)，則25 的刻度應在20 的刻度的_(選填“左”或“右”)側(cè)。甲乙(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設計一個電路。解析(1)因為溫度降低時，負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值增大，故電路中電流會減小。(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應對應較大電流，故在20 的刻度的右側(cè)。(3)電路如圖所示答案(1)小(2)右(3)見解析2如圖所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi)；為毫安表，量程為6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3 V，內(nèi)阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9 ；S為開關。已知RT在95 時的阻值為150 ，在20 時的阻值約為550 ?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在2095 之間的多個溫度下RT的阻值。(1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖。(2)完成下列實驗步驟中的填空：a依照實驗原理電路圖連線。b調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT的溫度為95 。c將電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚?，以保證儀器安全。d閉合開關，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄_。e將RT的溫度降為T1(20 <T1<95 )；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)_，記錄_。f溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1_。g逐步降低T1的數(shù)值，直到20 為止；在每一溫度下重復步驟e、f。解析(1)電阻箱的最大阻值與熱敏電阻的最大阻值相差不大，因此電阻箱應與熱敏電阻串聯(lián)，電路圖如圖所示。(2)本實驗原理是電路對應不同狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)電阻箱，使電路中的電流相等，外電路的總電阻相等。RT的溫度為95 和降為T1時對應的電路的電阻相等，有150 R0RT1R1，即RT1R0R1150 。答案(1)見解析圖(2)d.電阻箱的讀數(shù)R0e仍為I0電阻箱的讀數(shù)R1fR0R1150 3(2016·全國卷)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過IC時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 )，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開關一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，IC約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA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650.0 。(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線(2)電路中應選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為_；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_。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(tǒng)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UIC(R滑R熱)代入數(shù)據(jù)可得R滑1 150.0 ，因此滑動變阻器應選擇R2。(3)在調(diào)節(jié)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650.0 ?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃?，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IA27.7 mA，超過報警器最大電流20 mA，報警器可能損壞。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)650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞c報警器開始報警 光敏電阻的特性與應用1光敏電阻的特性光照增強光敏電阻變小，光照減弱光敏電阻變大。2光敏電阻的作用將光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。題組訓練1(2019·鄭州模擬)電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9 V的電源上，光敏電阻阻值隨光強變化關系如表所示：光強E/cd12345電阻值/18963.6“光強”是表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位坎德拉(cd)(1)當光照強度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的大小為_。(2)其原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是_(填序號)。ABCD解析(1)由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻Rx與光強E的乘積均為1.8 ·cd不變，則當E4 cd時，光敏電阻的阻值：Rx4.5 。(2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接，光照增強時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由I可知，電路中的電流增大，由UIR可知，R0兩端的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓減小，反之，光照減弱時，光敏電阻Rx阻值增大，R0兩端的電壓減小，Rx兩端的電壓增大，則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合，玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合，故A項錯誤，C項正確；若玻璃與電源并聯(lián)，光照變化時，玻璃兩端的電壓不變，故B、D項錯誤。答案(1)4.5(2)C2為了研究光敏電阻在室內(nèi)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U­I圖線，如圖乙所示。甲乙(1)根據(jù)U­I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為_ ，強光照射時電阻為_ 。(2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為5 k，毫安表的內(nèi)阻約為100 ，考慮到電表內(nèi)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(nèi)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，結合題圖乙知正常光照射時R13 000 ，強光照射時R2200 。(2)實驗電路采用的是毫安表內(nèi)接法，測得的結果比真實值偏大，當待測電阻遠大于毫安表內(nèi)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)3 000200(2)強光照射時外接3為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。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(fā)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/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/k754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖甲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。(2)如圖乙所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)。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1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關對所設計電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一，并在圖中標出)；開關S及導線若干。甲乙解析(1)光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖1所示，光敏電阻的阻值隨照度的增大而減小。圖1(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關系，E3 V，當照度降低至1.0 lx時，1、2兩端電壓升至2 V，由圖線1知，此時光敏電阻阻值RP20 k，URP2 V，串聯(lián)電阻分壓UR1 V，由2，得R10 k，故選定值電阻R1，電路原理圖如圖2所示。圖2答案見解析 實驗拓展與創(chuàng)新實驗原理的創(chuàng)新1利用熱敏電阻來控制電路，使之成為溫度報警系統(tǒng)，在設置報警溫度時，借助于電阻箱進行電阻設置，使之達到報警的溫度。2可以設計成可調(diào)溫度的報警器。實驗器材的創(chuàng)新1把傳感器與閉合電路問題結合。2用替代法測量不同溫度下金屬的電阻，比伏安法更準確3描繪R­t的特性曲線，并由曲線推導R­t的關系式。題組訓練1(多選)霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理圖如圖所示，傳感器固定在圓盤附近，圓盤上固定4個小磁體，在a、b間輸入方向由a到b的恒定電流，圓盤轉(zhuǎn)動時，每當磁體經(jīng)過霍爾元件，傳感器c、d端輸出一個脈沖電壓，檢測單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)可得到圓盤的轉(zhuǎn)速。關于該測速傳感器，下列說法中正確的有()A在圖示位置時刻d點電勢高于c點電勢B圓盤轉(zhuǎn)動越快，輸出脈動電壓峰值越高Cc、d端輸出脈沖電壓的頻率是圓盤轉(zhuǎn)速的4倍D增加小磁體個數(shù)，傳感器轉(zhuǎn)速測量更準確CD霍爾元件有電子或空穴導電，根據(jù)左手定則，載流子向上表面偏轉(zhuǎn)，即c點，所以d點電勢不一定高于c點，故A項錯誤；最終電子或空穴在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，設霍爾元件的長、寬、厚分別為l1、l2、l3，電子或空穴定向移動的速度為v，有qqvB，所以UBvl2，輸出脈沖電壓峰值與圓盤轉(zhuǎn)動快慢無關，故B項錯誤；當小磁體靠近霍爾元件時，就是會產(chǎn)生一個脈沖電壓，因此c、d端輸出脈沖電壓的頻率是圓盤轉(zhuǎn)動頻率的4倍，即為轉(zhuǎn)速的4倍，故C項正確；當增加小磁體個數(shù)，傳感器c、d端輸出一個脈沖電壓頻率變高，那么傳感器轉(zhuǎn)速測量更準確，故D項正確。2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甲所示，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，當繼電器的電流超過15 mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20 ，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/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實驗器材有：電源E1(3 V，內(nèi)阻不計)、電源E2(6 V，內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0200 )、滑動變阻器R2(0500 )、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0999.9 )、開關S、導線若干。為使該裝置實現(xiàn)對3080 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”)。甲乙(2)實驗發(fā)現(xiàn)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，則應將如圖乙所示的選擇開關旋至_(選填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上開關S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查。在圖甲中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針_(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時指針_(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。(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)將熱敏電阻接入電路觀察到繼電器的銜鐵被吸合斷開開關，將電阻箱從電路中移除合上開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1 解析(1)若實現(xiàn)對30 溫度的控制，繼電器和Rt的電壓U10.015×(20199.5)V3.29 V，因此符合要求的電源應選E2若實現(xiàn)對80 溫度的控制，對全電路有：UI(R繼RtR)，即6 V0.015 A×(20 49.1 R)，解得R330.9 。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(zhuǎn)。接入a、c時，多用電表與電源等構成回路，指針偏轉(zhuǎn)。(4)連接電路時，先用電阻箱代替熱敏電阻，調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，銜鐵被吸合時，調(diào)節(jié)完畢，移除電阻箱換為熱敏電阻即可，正確的順序為。答案(1)E2R2(2)C(3)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(4)3材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”，利用這種效應可以測量壓力大小。若圖甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻壓力特性曲線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時壓敏電阻的阻值。為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF。請按要求完成下列實驗。甲乙(1)設計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出實驗電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4×1020.8×102 N，不考慮壓力對電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下：A壓敏電阻，無壓力時阻值R06 000 B滑動變阻器R，全電阻阻值約200 C電流表A，量程2.5 mA，內(nèi)阻約30 D電壓表V，量程3 V，內(nèi)阻約3 kE直流電源E，電動勢3 V，內(nèi)阻很小F開關S，導線若干(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33 mA，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為_ V。丙(3)此時壓敏電阻的阻值為_；結合圖甲可知待測壓力的大小F_N。(計算結果均保留兩位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)題述對實驗電路的要求，應該采用分壓式接法、電流表內(nèi)接的電路，原理圖如圖所示。(2)根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則，電壓表讀數(shù)為2.00 V。(3)由歐姆定律，此時壓敏電阻的阻值為RFRA1.5×103 ，4，由題圖甲可知，對應的待測壓力F60 N。答案(1)見解析圖(2)2.00(3)1.5×1036011