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1、1 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
2、 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 出水温 2 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
3、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
4、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1 000 滑动变阻器R2 最大阻值为2 000 单 3 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 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
5、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 报警系统即可正常使用 答案 1 见解析图 2 R2 3 650 0b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I c 10 mA时 根据闭合电路欧姆定律有 I c U R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
6、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 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 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 4 只要热敏电阻所处区域的温度降
7、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
8、应用 例 2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 照度 lx 0 20 40 60 81 01 2 电阻 k 754028232018 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 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 lx
9、 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 5 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 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 UR P UR RP R
10、2 得 R R P 2 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 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 6 图 7 1 设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路 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 4 10 2 N 0 8 102 N 不考 虑压力对电路其他部分的影响 要求误
11、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 5 10 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
12、表内接的电路 原理图 如图所示 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 U I RA 1 5 10 3 R0 RF 4 由题图甲可知 7 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 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r2
13、1 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 图 9 答案 1 见解析图 2 I1r1 I2 I1 3 压力反向 阻值不变17 2F 解析 1 利用伏安法测量电阻阻值 但所给器材缺少电压表 可以用内阻已知的电流表A1 代替 另一个电流表A2测量电流 电路图如图所示 8 2 电阻Rx两端电压为Ux I1r1 流经的电流为Ix I2 I1 电阻Rx I1r1 I2 I1 3 由题图可知 图象是一次函数图线 即Rx kF b k Rx F 9 4 5 2 b 17 则有 Rx 17 2F 由题图可知 由于图线对称 不管力F如何增加 Rx均线性减小
