第十一章交變電流傳感器 實驗十二傳感器的簡單使用 過好雙基關 一 研究熱敏電阻的特性1 實驗原理閉合電路歐姆定律 用表進行測量和觀察 2 實驗器材半導體熱敏電阻 多用電表 鐵架臺 燒杯 涼水和熱水 3 實驗步驟 1 按圖1連接好電路 將熱敏電阻絕緣處理 歐姆 溫度計 圖1 2 把多用電表置于擋 并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值 并記下溫度計的示數(shù) 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 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 歐姆 溫度計 的示數(shù) 4 數(shù)據(jù)處理在圖2坐標系中 粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線 圖2 5 實驗結論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而 隨溫度的降低而 6 注意事項實驗時 加熱水后要等一會兒再測熱敏電阻阻值 以使電阻溫度與水的溫度相同 并同時讀出水溫 減小 增大 二 研究光敏電阻的光敏特性1 實驗原理閉合電路歐姆定律 用表進行測量和觀察 2 實驗器材光敏電阻 多用電表 滑動變阻器 導線 電源 3 實驗步驟 1 將光敏電阻 多用電表 燈泡 滑動變阻器按圖3所示電路連接好 其中多用電表置于 100 擋 2 先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值 并記錄數(shù)據(jù) 圖3 歐姆 小燈泡 3 打開電源 讓小燈泡發(fā)光 調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮 觀察多用電表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 觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況 并記錄 4 數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性 5 實驗結論 1 光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大 強光照射下電阻值 2 光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為這個電學量 很小 電阻 6 注意事項 1 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多少來達到實驗目的 2 歐姆表每次換擋后都要重新進行歐姆調(diào)零 研透命題點 例1 2016 全國卷 23 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1000 滑動變阻器R2 最大阻值為2000 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 0 命題點一溫度傳感器的應用 能力考點師生共研 1 在圖4中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線 答案 解析 圖4 答案見解析圖 解析先用電阻箱替代熱敏電阻 連接成閉合回路進行調(diào)試 電路圖連接如圖所示 2 電路中應選用滑動變阻器 填 R1 或 R2 答案 解析 R2 解析當電路中電流Ic 10mA時 根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic 解得R總 1800 此時熱敏電阻的阻值為650 則滑動變阻器的阻值為1150 所以滑動變阻器選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 滑動變阻器的滑片置于 填 a 或 b 端附近 不能置于另一端的原因是 答案 解析 650 0 b 接通電源后 流過報警器的電流會超過20mA 報警器可能損壞 解析當熱敏電阻阻值小于650 時 報警器就會報警 用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)節(jié) 應把電阻箱的阻值調(diào)到650 若接通電源后電路中的電流過大 超過20mA 報警器就會損壞 電流越小越安全 所以為了電路安全 閉合開關前滑片應置于b端 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 解析用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)試 應將開關向c端閉合 開關閉合后要減小電路中的電阻直至報警器報警 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 答案 解析 c 報警器開始報警 變式1利用負溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器 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 填 大 或 小 答案 解析 小 解析因為負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時 電阻增大 故電路中電流變小 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5甲所示 則25 的刻度應在20 的刻度的 填 左 或 右 側(cè) 右 圖5 解析由 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) 答案 解析 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 請在圖乙中作圖 答案見解析圖 答案 解析 解析如圖所示 例2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 命題點二光電傳感器的應用 能力考點師生共研 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù) 請在圖6甲所示的坐標系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 答案見解析 答案 解析 圖6 解析光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示 光敏電阻的阻值隨照度的增大而減小 2 如圖乙所示 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(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 0lx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3V 內(nèi)阻不計 定值電阻 R1 10k R2 20k R3 40k 限選其中之一 并在圖中標出 開關S及導線若干 答案 解析 答案見解析 例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7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 命題點三壓力傳感器的應用 能力考點師生共研 圖7 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 102N 0 8 102N 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R0 6000 B 滑動變阻器R 全電阻阻值約200 C 電流表A 量程2 5mA 內(nèi)阻約30 D 電壓表V 量程3V 內(nèi)阻約3k E 直流電源E 電動勢3V 內(nèi)阻很小F 開關S 導線若干 答案見解析圖 答案 解析 解析根據(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 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 33mA 電壓表的示數(shù)如圖丙所示 則電壓表的讀數(shù)為 V 答案 解析 2 00 解析根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則 電壓表讀數(shù)為2 00V 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 答案 解析 1 5 103 60 變式2某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變 其電阻率也要發(fā)生變化 這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為 壓阻效應 現(xiàn)用如圖8所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應 已知Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐 實驗室中有下列器材 A 電源E 電動勢3V 內(nèi)阻約為1 B 電流表A1 0 0 6A 內(nèi)阻r1 5 C 電流表A2 0 0 6A 內(nèi)阻r2 1 D 開關S 定值電阻R0 5 1 為了比較準確地測量電阻Rx的阻值 請完成虛線框內(nèi)電路圖的設計 答案 解析 圖8 答案見解析圖 解析利用伏安法測量電阻阻值 但所給器材缺少電壓表 可以用內(nèi)阻已知的電流表A1代替 另一個電流表A2測量電流 電路圖如圖所示 2 在電阻Rx上加一個豎直向下的力F 設豎直向下為正方向 閉合開關S 記下電表讀數(shù) A1的讀數(shù)為I1 A2的讀數(shù)為I2 得Rx 用字母表示 答案 解析 解析電阻Rx兩端電壓為Ux I1r1 流經(jīng)的電流為Ix I2 I1 電阻Rx 3 改變力的大小 得到不同的Rx值 然后讓力反向從下向上擠壓電阻 并改變力的大小 得到不同的Rx值 最后繪成的圖象如圖9所示 除觀察到電阻Rx的阻值隨壓力F的增大而均勻減小外 還可以得到的結論是 當F豎直向下時 可得Fx與所受壓力F的數(shù)值關系是Rx 答案 解析 圖9 壓力 反向 阻值不變 17 2F