1、实验12 传感器的简单使用,-2-,一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.了解传感器的简单使用。 二、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量(力、温度、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。 2.工作过程,三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。,-3-,四、实验步骤、数据处理及结论 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)实验步骤 按如图所示连接好实物,将热敏电阻绝缘处理。 将多用电表置于“欧姆”挡,选择适当的量程测出烧杯中在没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。 向烧杯中注入
2、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。 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-,(2)数据处理 根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。,在如图所示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。根据实验数据和R-t图线,得出结论: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。,-5-,2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)实验步骤将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示的电路连接好,其中多用电表置于“100”挡。 先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并 记录数据。 接
3、通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。 用手掌(或黑纸)遮住光,观察光敏电阻的阻值,并记录。,-6-,(2)数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。结论:光敏电阻被光照射时阻值发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。,五、注意事项 1.在做热敏电阻实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.在做光敏电阻实验时,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。,-7-,考点一,
4、考点二,热敏电阻的原理及应用 例1温度传感器广泛应用于家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲为某装置中的传感器工作原理图,已知电源的电动势E=9.0 V,内阻不计;G为灵敏电流表,其内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当R的温度等于20 时,电流表示数I1=2 mA,则当电流表的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻的温度是( )A.60 B.80 C.100 D.120 ,答案,解析,-8-,考点一,考点二,例2由对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当
5、的固定电阻R1、R2连成图甲虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路如图甲所示,图中电压表内阻很大。RL的测量结果如表所示。,-9-,考点一,考点二,回答下列问题: (1)根据图甲所示的电路,在图乙所示的实物图上连线。,-10-,考点一,考点二,(2)在图丙坐标纸上作RL-t关系图线。,-11-,考点一,考点二,(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示。电流表的读数为 ,电压表的读数为 。此时等效电阻RL的阻值为 ;热敏电阻所处环境的温度约为
6、 。,-12-,考点一,考点二,解析： (1)根据电路图连接实物图,如图甲所示。,-13-,考点一,考点二,(2)根据数据在坐标纸上描点,作出直线。,(3)电流表读数I=115 mA,电压表读数U=5.00 V。43.5 ,对照RL-t关系图线找出相应温度约为64.0 。 答案： (1)见解析图甲 (2)见解析图乙 (3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 ,-14-,考点一,考点二,光敏电阻的理解及应用,例3(多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当入射光强度增大时 ( )A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电
7、压增大,答案,解析,-15-,考点一,考点二,例4为了节能和环保,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:,-16-,考点一,考点二,(1)根据表中数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随光的照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。,-17-,考点一,考点二,(2)在如图乙所示电路中,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。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0
8、 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),-18-,考点一,考点二,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。,答案,解析,-19-,1,2,3,4,5,1.右图是磁报警装置中的一部分电路示意图,其中电源电动势为E,内阻为r,R1、R2是定值电阻,RB是磁敏传感器,它的电阻在磁场中减小,c、d接报警器。电路闭合后,当传感器RB所在处出现磁体时,则电流表的示数I,c、d两端的电压U的变化情况分别是(
9、)A.I变大,U变小 B.I变小,U变大 C.I变大,U变大 D.I变小,U变小,答案,解析,-20-,1,2,3,4,5,2.为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系,某同学用如图甲所示的电路进行实验,得出两种U-I图线,如图乙所示。,甲 乙,-21-,1,2,3,4,5,(1)根据U-I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为 ,强光照射时阻值为 。 (2)若实验中所用电压表的内阻约为5 k,毫安表的内阻约为100 ,考虑到电表内阻对实验结果的影响,此实验中 (选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻,则需将实物图中毫安表的连接方式
10、采用(选填“内接”或“外接”)法进行实验,实验结果较为准确。,-22-,1,2,3,4,5,(2)实验电路采用的是毫安表内接法,测得的结果比真实值偏大,当待测电阻远大于毫安表电阻时实验误差较小,所以强光照射时误差较大;强光照射时采用毫安表外接法,实验结果较为准确。,答案：(1)3 000 200 (2)强光照射时 外接,-23-,1,2,3,4,5,3.(2016全国卷)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
11、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)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。,-24-,1,2,3,4,5,(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。,(2)电路中应选用滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”)。,-25-,1,2,3,4,5,(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
12、,这一阻值为 ;滑动变阻器的滑片应置于 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。 将开关向 (选填“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,报警系统即可正常使用。,-26-,1,2,3,4,5,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。电路图连接如答案所示。 (2)当电路中电流Ic=10 mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic= ,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
13、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20 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。,-27-,1,2,3,4,5,答案： (1)连线如图所示。(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,-28-,1,2,3,4,5,4.某同学要探究一质地均匀圆柱形的热敏电阻的电阻率随温度变化的规律,其部分步骤如下: (1)用20分度的游标卡
14、尺测量其长度如图甲所示,可知其长度为mm。,(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙,可知其直径为 mm。,-29-,1,2,3,4,5,(3)该同学利用以下实验器材设计实验探究热敏电阻阻值随温度的变化规律: A.热敏电阻(常温下约300 ) B.温度计 C.电流表A1(60 mA,约10 ) D.电流表A2(3 A,约0.1 ) E.电压表V(6 V,约15 k) F.滑动变阻器R1(200 ,0.5 A) G.滑动变阻器R2(5 ,2 A) H.蓄电池(9 V,0.05 ) I.开关一个,带夹的导线若干 实验要求通过热敏电阻的电流从零开始增加,电流表应选择 ,滑动变阻器选择 。,-30-,1,2
15、,3,4,5,为精确测量该热敏电阻,请在图丙中完成实验器材连接。,答案,解析,-31-,1,2,3,4,5,5.用下列器材测量电容器的电容: 一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16 V),定值电阻R1(阻值未知),定值电阻R2=150 ,电流传感器、数据采集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干。 实验过程如下:,-32-,1,2,3,4,5,-33-,1,2,3,4,5,-34-,1,2,3,4,5,请回答下列问题: (1)由图甲可知,电阻R1的测量值为 。 (2)第1次实验中,电阻R1两端的最大电压U= V。利用计算机软件测得i-t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3 mAs,已知电容器放电时其内阻可以忽略不计,则电容器的电容为C= F。 (3)第2次实验中,电流随时间变化的i-t曲线应该是图丁中的虚线 (选填“b”“c”或“d”),判断依据是 。,答案,解析,
