1、1第 58 讲 传感器的简单使用考点一 光敏电阻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 多用电表进行测量和观察。01 2实验器材光敏电阻、多用电表、 灯泡、滑动变阻器、导线、电源。02 3实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器、电源按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；(2)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；(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
2、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；03 (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。04 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)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。2(2018济南模拟)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表：(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线。(2)光敏电
3、阻的阻值随照度变化的特点是_。(3)如图所示，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。直流电源电动势 E3 V，内阻不计；光敏电阻 RP(符号 ，阻值见表格)；定值电阻R110 k。求当天色渐暗照度降低至_lx 时启动照明系统。并将电路图补充完整。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)解析 (1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示。3(2)由第(1)问答图可以看出，光敏电阻的阻值随照度变化的特点是：光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小。(3)由题意，天色越暗，光敏电阻阻值越大，1、2 两端电压越大，故 1、2 两端之间接光敏
4、电阻，电路图如图所示。当光敏电阻两端电压为 2 V 时，定值电阻两端电压为 1 V，由串联电路的分压特点得： ，则 RP2 R1210 k20 k。RPR1 UPU1 21由表格中的数据可知，当天色渐暗照度降低至 1.0 lx 时光敏电阻阻值为 20 k，两端电压为 2 V，会启动照明系统。答案 (1)图见解析(2)光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小(3)1.0 电路图见解析方法感悟在设计光控电路时，光敏电阻是其中最核心的元件。4电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻 Rx和定值电阻 R0接在 9 V 的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：“光强”是表示光强弱程度
5、的物理量，符号为 E，单位为坎德拉(cd)(1)当光照强度为 4 坎德拉(cd)时光敏电阻 Rx的大小为_ 。(2)其原理是光照增强，光敏电阻 Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变， R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是_(填序号)。(3)现已知定值电阻 R0为 12 ，用电压表测得光敏电阻两端的电压为 3 V，则此时光照强度为_cd。答案 (1)4.5 (2)C (3)3解析 (1)由表格数据可知，光敏电阻 Rx与光强 E 的乘积均为 18 cd 不变，则当E4 cd 时，光敏电阻的阻值： Rx 4.5 。18 cd4 cd(2)
6、由题意可知，光敏电阻 Rx与定值电阻 R0串联连接，光照增强时，光敏电阻 Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由 I 可知，电路中的电流增大，由 U IR 可知， R0两端的UR5电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以 Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻 Rx阻值增大， R0两端的电压减小， Rx两端的电压增大，则玻璃并联在 R0两端时不符合，玻璃并联在 Rx两端时符合，故 A 错误，C 正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故 B、D 错误。(3)当 R012 ，光敏电阻两端的电压 Ux3 V 时，因串联电路中总电压等于各分电压之和， R0两端的电压：
7、 U0 U Ux9 V3 V6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流 I ，即 ，解得： Rx6 ，此时光照强度 EU0R0 UxRx 6 V12 3 VRx3 cd。18 cd6 考点二 热敏电阻和金属热电阻1研究热敏电阻的热敏特性(1)实验原理闭合电路欧姆定律，用 多用电表进行测量和观察。01 (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。02 (3)实验步骤按图 1 连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；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，03 并记下温度计的示数；向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记
8、下 温度计的示数和多用04 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。6(4)数据处理在 R t 坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图 2 所示。(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。05 06 (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，并同时读出水温。2金属热电阻金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝也可以制作温度传感器，称为热电阻。如图 3 所示为某金属导线的电阻温度特性曲线。3热敏电阻与金属热电阻的区别7(2018洛阳模拟)如图所示，图甲为热敏电
9、阻的 Rt 图象，图乙为用此热敏电阻 R 和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为 150 。当线圈中的电流大于或等于 20 mA 时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势 E6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(选填“ A、 B 端”或“ C、 D 端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持 100 ，可变电阻 R的值应调节为_ 。(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻 R的值应_(选填“增大”或“减小”)。解析 (1)当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与 A
10、B 部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以该把恒温箱内的加热器接在 A、 B 端。8(2)当温度达到 100 时，加热电路就要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要到达 20 mA，根据闭合电路欧姆定律可得， I ，其中 R50 ER R R0， R0150 ，解得 R100 。(3)由以上可知，为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则可变电阻 R的值应增大，会导致 R 电阻变小，从而实现目标。答案 (1) A、 B 端 (2)100 (3)增大特别提醒热敏电阻和金属热电阻都可以用来做温度传感器，但其阻值随温度变化的规律不同。(2016全国卷)现要组装一个由热敏电阻
11、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，内阻不计)，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1000 )，滑动变阻器 R2(最大阻值为 2000 )，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。(2)电路中应选用滑动变阻器_
12、(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_ ；滑动变阻器的滑片应置于_(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，报警系统即可正常使用。9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 报警器开始报警解析 (1)见答案。(2)由 R 1800 可知，滑动变阻器应选 R2。UIc 1810
13、10 3(3)电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在 60 时的阻值，即 650.0 。滑动变阻器的滑片应置于 b 端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因电流过大而损坏报警器。应将开关向 c 端闭合，然后缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。考点三 其他传感器1传感器的工作原理传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。除常用的热敏电阻、光敏电阻外，传感器还有好多种类，比如霍尔元件可以将磁信号转换成电信号；压力传感器可以将压力信号转换成电信号等。其工作过程如图：2传感器的工作步骤10(1)信息采集。(2)信息加工、放大、传输。(3)利用所获
14、得的信息执行某种操作。3传感器的应用(1)力传感器的应用电子秤。(2)温度传感器的应用电熨斗、电饭锅。(3)光传感器的应用火灾报警器。(2018衡水模拟)某兴趣小组为了研制一台“电子秤” ，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压。(1)如图所示， E 为直流电源，S 为开关； R 为滑动变阻器；V 为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图。(2)若将质量为 m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表
15、的示数为 U0；然后取下砝码，再将待测物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为 U，则待测物体的质量 m_。解析 (1)要求力电转换传感器的输入电压可调，并且可使电压的调节范围尽可能大，所以滑动变阻器采用分压式接法，如图所示。11(2)由以上测量的原理可知， U0 km0g， U kmg，得：m m0。UU0答案 (1)图见解析 (2) m0UU0方法感悟(1)不论什么传感器，都是将有关信号先转换成电信号，然后经放大后再进入显示器或控制执行机构执行命令。(2)有关传感器的题目往往同电路问题联系密切，解题时经常用到欧姆定律。“用霍尔元件测量磁场”的实验中，把载流子为带负电的电子 e 的霍
16、尔元件接入电路，如图甲所示，电流为 I，方向向右，长方体霍尔元件长、宽、高分别为 a6.00 mm、 b5.00 mm、 c0.20 mm，处于竖直向上的恒定匀强磁场中。(1)前后极板 M、 N，电势较高的是_(选填“ M 极”或“ N 极”)。(2)某同学在实验时，改变电流的大小，记录了不同电流下对应的 UH值，如表所示：12请根据表格中的数据，在坐标乙中画出 UHI 图象。已知该霍尔元件单位体积中自由载流子个数为 n6.2510 19 m3 ，则根据图象，由公式 I nebcv，可算出磁场 B_ T(保留两位有效数字)。(3)有同学认为 代表了霍尔元件的电阻，请问这种看法正确吗？请说明理由
17、：UHI_。答案 (1) M 极 (2)图象见解析图 0.016(3)不正确，电流 I 不是由 UH产生的解析 (1)因电子的运动方向与电流方向相反，依据左手定则，可知，电子受到的洛伦兹力方向偏向 N 极，那么 M 极的电势较高。(2)依据表格数据，作出 UHI 图象，如图所示：13根据 e eBv，则有： UH Bbv，而 I nebcv，可得， UH I，而依据 UHI 图象，UHb Bnec可知，其斜率为 k7.8；因此磁场 B7.86.2510 191.61019 0.2103 T0.016 T。(3)电流 I 不是由 UH产生的， UH是外电压，那么 代表了外电阻，而霍尔元件的电阻U
18、HI为内电阻，因此这种看法不正确。课后作业1(2018武汉高中毕业生 5 月训练题)如图是某温度检测和光电控制加热装置的原理图。 RT为热敏电阻(温度升高，阻值减小)，用来探测加热电阻丝 R 的温度。 RG为光敏电阻(光照强度增大，阻值减小)，接收小灯泡 L 的光照。其他电阻均为定值电阻。当 R 处温度升高后，下列说法正确的是( )A灯泡 L 将变暗B RG的电压将增大C R 的功率将增大D R 的电压变化量与 R2的电流变化量的比值不变答案 D14解析 当 R 处温度升高时， RT阻值变小，左边回路中电流增大，小灯泡 L 的功率增大，灯泡 L 将变亮，故 A 错误；L 的光照强度增大，则 R
19、G阻值变小，右侧并联电路的总电阻变小，总电流变大， E2的内电压增大，则其路端电压变小，总电流增大，则 R2两端电压增大，所以右侧电路并联部分电压减小， R 的电压减小，则 R 的功率将减小， R 的电流减小，而总电流增大，则通过 R3的电流增大， R3的电压将增大，所以 RG的电压将减小，故 B、C 错误；设 RG阻值变化前后 R 的电压分别为 U、 U， R2的电流分别为 I、 I，则 E2 I(R2 r2) U， E2 I( R2 r2) U，两式相减得 0 I(R2 r2) U，其中 I I I， U U U，所以 R 的电压变化量与 R2的电流变化量的比值( R2 r2)，保持不变，
20、故 D 正确。 U I2(2016北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值 R 随温度 t 变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力_(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更_(选填“敏感”或“不敏感”)。答案 增强 敏感解析 由题图可得出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随着阻值减小导电能力增强。在变化相同的温度时，热敏电阻阻值变化量要大于金属热电阻，故热敏电阻对温度变化的影响更敏感。3(2017江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1 所示，继电器与热敏电阻 Rt、滑动变
21、阻器 R 串联接在电源 E 两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约 20 ，热敏电阻的阻值 Rt与温度 t 的关系如下表所示。(1)提供的实验器材有：电源 E1(3 V，内阻不计)、电源 E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器 R1(0200 )、滑动变阻器 R2(0500 ) 、热敏电阻 Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关 S、导线若干。为使该装置实现对 30 80 之间任一温度的控制，电源 E 应选用_(选填“E1”或“ E2”)，滑动变阻器 R 应选用_(选填“ R1”或“ R2”)。15(2)实验发现电路不工作。某同学为排查
22、电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图 2 所示的选择开关旋至_(选填“ A”“B”“C”或“ D”)。(3)合上开关 S，用调节好的多用电表进行排查。在图 1 中，若只有 b、 c 间断路，则应发现表笔接入 a、 b 时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入 a、 c 时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为 50 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_。(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 答案 (1)
23、 E2 R2 (2) C (3)不偏转 偏转(4)解析 (1)若实现对 30 温度的控制，继电器和 Rt的电压16U0.015(20199.5) V3.29 V因此符合要求的电源应选 E2。若实现对 80 温度的控制，对全电路有 E2 I(R 继 Rt R)即 6 V0.015 A(20 49.1 R)解得 R330.9 。因此滑动变阻器应选 R2。(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至 C(直流电压挡)。(3)a、 b 间电压为 0，指针不偏转。接入 a、 c 时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕
24、，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为。4(2018福建省高三毕业质量检测)某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表，设计的电路如图 a 所示。实验器材如下：待改装电压表(量程 03 V，可视为理想电压表)，定值电阻 R0，压敏电阻 Rx，电源(4 V，内阻不计)，开关 S，导线。选用的压敏电阻阻值Rx随压力 F 变化的规律如图 b 所示。(1)实验中随着压力 F 的增大，电压表的示数_。(填“变大” “不变”或“变小”)(2)为使改装后仪表的量程为 0160 N，且压力 160 N 对应电压表 3 V 刻度，则定值电阻阻值 R0_ ，压力 0 N 对应电压表_ V 刻度。(3)他发现这
25、样改装后的仪表压力刻度分布不均匀，想进一步把(2)中的压力刻度改成均匀分布，应选用另一压敏电阻，其阻值 Rx随压力 F 变化的关系式为_。答案 (1)变大 (2)240 1.5 (3) Rx 240102400F 160解析 (1)根据闭合电路欧姆定律可知，电压表的示数 U E，由图 b 可知，压R0R0 Rx力越大 Rx越小， U 越大，故电压表的示数变大。17(2)由图 b 可知，当 F1160 N 时， Rx180 ，此时电压表的示数为 U13 V，由U1 E，得 R0 Rx1 240 ；由图 b 可知，当 F20 N 时，R0R0 Rx1 U1E U1 3804 3Rx2400 ，此时
26、电压表的示数为 U2 E V1.5 V，可见压力 0 N 对R0R0 Rx2 4240240 400应电压表 1.5 V 刻度。(3)若选用图 b 的压敏电阻，则 Rx与压力 F 的关系式为 Rx4002 F，代入U E，可得 U 与 F 的关系式为 U ，这样改装后的仪表压力刻度分布是不均R0R0 Rx 960640 2F匀的。为了使压力刻度分布均匀，应另选用压敏电阻，且仍要满足量程为 0160 N， F0 N 标在 1.5 V 刻度， F160 N 标在 3 V 刻度。由于电压表的电压刻度是均匀分布的，所以电压和压力一定要满足线性关系，设 U kF b，由 F10 N 时、 U11.5 V
27、， F2160 N 时、U23 V，可得 b1.5， k ，又 U E ，解得 Rx 240。3320 R0R0 Rx 960240 Rx 102400F 1605(2018哈尔滨三中二模)(1)某同学用如图甲所示的电路测量一个电容器的电容，图中 R 为 20 k 的电阻，电源电动势为 6.0 V，内阻可不计。实验时先将开关 S 接 1，经过一段时间后，当电流表示数为_ A 时表示电容器极板间电压最大。将开关 S 接 2，将传感器连接在计算机上，经处理后画出电容器放电的 it 图象，如图乙所示。由图象可知，图象与两坐标轴所围的面积表示电容器放出的电荷量。试根据it 图象，求该电容器所放出的电荷
28、量 Q_ C；该电容器的电容 C_ F。(计算结果保留两位有效数字)18(2)如图丙是某金属材料制成的电阻阻值 R 随摄氏温度 t 变化的图象，图中 R0表示 0 时的电阻， k 表示图线的斜率。若用该电阻与电池(电动势 E、内阻 r)、电流表 A(内阻Rg)、滑动变阻器 R串联起来，连接成如图丁所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计” 。使用“金属电阻温度计”前，先要把电流表(“0”刻线在刻度盘左侧)的刻度值改为相应的温度刻度值，若温度 t1I2，故 t1的刻度应在 t2的右侧；根据闭合电路欧姆定律，有 E Ir IR IRg
29、 IR，根据金属电阻与温度关系，得到 R R0 kt，联立得到 t 。1kEI Rg R r R0 6.如图所示，一热敏电阻 RT放在控温容器 M 内； 为毫安表，量程 6 mA，内阻为数十欧姆； E 为直流电源，电动势约为 3 V，内阻很小； R 为电阻箱，最大阻值为 999.9 ，S为开关。已知 RT在 95 时的阻值为 150 ，在 20 时的阻值约为 550 。现要求在降温过程中测量在 20 95 之间的多个温度下 RT的阻值。19(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图；(2)完成下列实验步骤中的填空：a依照实验原理电路图连接导线；b调节控温容器 M 内的温度，使得 RT的温度为 9
30、5 ；c将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全；d闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数 I0，并记录_；e将 RT的温度降为 T1(20 T195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数_，记录_；f温度为 T1时热敏电阻的电阻值 RT1_；g逐步降低 T1的数值，直到 20 为止；在每一温度下重复步骤 e、f。答案 (1)图见解析 (2)d.电阻箱的读数 R0 e.仍为 I0电阻箱的读数 R1 f R0 R1150 解析 (1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联，电路图如图所示。(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等。 RT的温度
31、为95 和降为 T1时对应的电路的电阻相等，有 150 R0 RT1 R1，即 RT1 R0 R1150 。7某同学要研究一质地均匀、圆柱形的热敏电阻电阻率随温度的变化规律，其部分步骤如下：(1)用游标尺为 20 分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其长度为20_mm。(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图可知其直径为_ mm。(3)该同学利用以下实验器材设计实验研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(060 mA，约 10 )D电流表 A2(03 A，约 0.1 )E电压表 V(06 V，约 15 k)F滑动变阻器 R1(200 ，0.
32、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_。(填器材前的字母)为精确测量该热敏电阻阻值，请在下图中完成实验器材连接。答案 (1)50.55 (2)4.800(4.7994.801 均正确) (3)C G 图见解析解析 (1)游标卡尺的读数为 50 mm110.05 mm50.55 mm。(2)螺旋测微器的读数为 4.5 mm30.00.01 mm4.800 mm。(3)估算电路中电流值 I A30 mA，电流表应选 C。实验要求电流从零开始ER 9300增加，即滑动变阻器采用分压式接法，所以滑动变阻器应选阻值小的 G。21 ，所以电流表采用外接法，电路连接如图所示。RRA1RVR22
