(共25张PPT)
实验十一
传感器的简单使用
1.实验目的
(1)了解常见传感器元件的作用.
(2)探究热敏电阻、光敏电阻的特性.
2.实验原理
传感器将感受到的非电学量(力、热、光、声等),转换成便于
测量的电学量.
3.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、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.
4.实验过程
(1)研究热敏电阻的特性
①按图连接好实物;
②将热水分几次注入烧杯中,测量每次水的温度和热敏电阻的阻值;
③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.
(2)研究光敏电阻的特性
①将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示正
确连接,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;
③打开电源,让小灯泡发光,调节灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察光敏电阻的阻值变化情况;
④用黑纸遮光时,观察光敏电阻的阻值变化情况;
⑤结论:光照增强光敏电阻阻值变小,光照减弱光敏电阻阻值变大.
5.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、电压和电流值.
(2)光敏电阻实验中,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
强度.
(3)欧姆表每次换挡后都要重新调零.
考点 1 温度传感器的应用
【典题 1】(2022 年天津卷)某兴趣小组研究热敏电阻在通以
恒定电流时,其阻值随温度的变化关系.实验电路如图所示,实
验设定恒定电流为 50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源 E、
加热器、测温仪、热敏电阻 RT 、可变电阻 R1 、电流表 A、电压
表 V.
(1)用加热器调节 RT 的温度后,为使电流表的示数仍为 50.0 μA,
须调节__________(选填一种给定的实验器材).当 RT 两端未连接电
压表时,电流表示数为 50.0 μA.连接电压表后,电流表示数显著增
大,须将原电压表更换为内阻__________(填“远大于”“接近”
或“远小于”)RT 阻值的电压表.
(2)测得 RT 两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温
度从 35.0 ℃变化到 40.0 ℃的过程中,RT 的阻值随温度的平均变
化率是__________kΩ·℃-1(结果保留 2 位有效数字).
解析:(1)由题知恒压直流电源 E 的电动势不变,而用加热器
调节 RT 的温度后,导致整个回路的总电阻改变.而要确保电流表的
示数仍为 50.0 μA,则需控制整个回路的总电阻不变,故需要调节
的器材是可变电阻 R1.连接电压表后,电流表示数显著增大,则说
明电压表与 RT 并联后 R总减小,则根据并联电阻的关系有 R总=
,则要保证 R总不变需将原电压表更换为内阻远大
于 RT 阻值的电压表.
=-1.2 kΩ·℃-1,负号表示随着温度升高 RT 的阻
(2)由 U-t 图像可得温度为 35.0 ℃时电压表的电压为 1.6 V,且
实验设定恒定电流为 50.0 μA,则根据欧姆定律可知此时热敏电阻
RT1=32 kΩ.温度为 40.0 ℃时电压表的电压为 1.3 V,且实验设定恒
定电流为 50.0 μA,则根据欧姆定律可知此时热敏电阻 RT2=26 kΩ,
则温度从 35.0 ℃变化到 40.0 ℃的过程中,RT 的阻值随温度的平均
变化率是 k=
ΔRT
Δt
值减小.
答案:(1)可变电阻 R1 远大于 (2)-1.2
考点 2 光电传感器的应用
【典题 2】(2023 年江西联考)光敏电阻广泛地应用于光控制
电路中,物理探究小组设计了如图所示的电路测量不同照度下
光敏电阻的阻值,照度单位为勒克斯(lx).小组成员先将照射光敏
电阻的光调至某一照度,将电阻箱阻值调到最大,先闭合电键 S1,
再将电键 S2 与 1 连接,调节电阻箱的阻值如图乙所示时,通过电
流表 G 的电流为 I,然后将电键 S2 与 2 连接,当调节电阻箱的阻
值如图丙所示时,电流表的示数恰好也为 I.
甲
丙
丁
戊
乙
(1)图乙的读数 R1=________Ω,图丙的读数 R2=________Ω,
此照度下光敏电阻的阻值 R0=________Ω.
(2)图丁是该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系
图像,由图丁可知(1)中的光照度为___________lx(保留两位有效数
字).
(3)此光敏电阻的阻值随光照强度的减小而______(填“增大”
“减小”或“不变”).
(4)小组设计了如图戊所示的电路控制路灯,图戊中 R0 为此实
验的光敏电阻,R1 为滑动变阻器,电磁继电器的衔铁由软铁(容易
磁化和消磁)制成,R2 为电磁铁的线圈电阻,K 为单刀双掷开关.
当光照强度小到某一值时,衔铁就会被吸下,交流电路接通,当
光照强度达到某一值时,衔铁就会被弹簧拉起,交流电路就会断
开,路灯熄灭,请在图戊中原有电路的基础上用笔画线连接电路
实现这一功能.
解析:(1)根据电阻箱各旋钮的示数,可知 R1=2320 Ω,R2=
1120 Ω.根据题意可知,电键 S2 与 1 连接和与 2 连接时电流表的示
数都为 I,根据闭合电路欧姆定律可知,两种情况下电路中电阻大
小相等,所以 R0=R1-R2=2320 Ω-1120 Ω=1200 Ω.
(2)根据 R0 的阻值,结合图像可知(1)中的光照度为 1.0 lx.
(3)根据图线可知,此光敏电阻随光照强度的减小而增大.
(4)将线圈与光敏电阻并联,然后与滑动变阻器以及电源串联,
这样当光照强度减小时,光敏电阻的阻值增大,并联部分的分压
变大,线圈中的电流增大,螺线管的磁性变强,将衔铁吸下,路
灯接通.当光照强度增大时,光敏电阻阻值变小,并联部分分压变
小,线圈中的电流减小,螺线管的磁性变弱,衔铁弹起,路灯
熄灭.
答案:(1)2320 1120 1200 (2)1.0 (3)增大
(4)如图所示.
考点 3 其他传感器的应用
【典题 3】(2022 年广东卷)弹性导电绳逐步成为智能控制系统
中部分传感器的敏感元件.某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后
绳长之间的关系,实验过程如下:
(1)装置安装和电路连接.如图甲所示,导电绳的一端固定,
另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹 A、B 的导线接入
如图乙所示的电路中.
甲
乙
丙
(2)导电绳拉伸后的长度 L 及其电阻 Rx 的测量.
①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录 A、B 间的距离,
即为导电绳拉伸后的长度 L;
②将滑动变阻器 R 的滑片滑到最右端.断开开关 S2,闭合开关
S1,调节 R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置.记录两表
的示数 U 和 I1;
③闭合 S2,电压表的示数________(填“变大”或“变小”).
调节 R 使电压表的示数仍为 U,记录电流表的示数 I2,则此时导
电绳的电阻 Rx=____________(用 I1、I2 和 U 表示);
④断开 S1,增大导电绳拉伸量,测量并记录 A、B 间的距离,
重复步骤②和③.
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值______(填“有”或
“无”)影响.
(4)图丙是根据部分实验数据描绘的 Rx-L 图线.将该导电绳两
端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻
Rx 为 1.33 kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为_____cm,
即为机械臂弯曲后的长度.
I2-I1,因此导电绳的电阻 Rx=
解析:(2)闭合 S2 后,并联部分的电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,
电压表的示数变小.加在导电绳两端的电压为 U,流过导电绳的电流为
U
I2-I1
.
(3)在闭合 S2 之前,电流表的示数 I1 包括定值电阻的电流和电压表分
得的电流,闭合 S2 之后,加在电压表两端的电压保持不变,因此流过电
压表和定值电阻的总电流仍为 I1,故流过导电绳的电流是 I2-I1,与电压
表内阻无关,电压表内阻对测量没有影响.
(4)由题图丙可知,导电绳拉伸后的长度为 51.80 cm.
答案:(2)③变小
U
I2-I1
(3)无 (4)51.80