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1、實驗12傳感器的簡單使用-2-一、實驗目的認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。二、實驗原理閉合電路歐姆定律,用歐姆表進行測量和觀察。三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、滑動變阻器、開關、導線等。-3-四、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理及結論1.研究熱敏電阻的熱敏特性(1)實驗步驟按如圖所示連接好實物,將熱敏電阻絕緣處理。將多用電表置于“歐姆”擋,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)。向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值。將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏

2、電阻的阻值,并記錄。-4-(2)數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻值填入表中,分析熱敏電阻的特性。在坐標系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結論。-5-2.研究光敏電阻的光敏特性(1)實驗步驟將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖所示的電路連接好,其中多用電表置于“100”擋。先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù)。接通電源,讓小燈泡發(fā)光,調節(jié)滑動變阻器使小燈泡的亮度逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄。用手掌(或黑紙)遮住光,觀察光敏電阻的阻值,并記錄。-6-(2)數(shù)據(jù)處理把記錄的結果填入表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光

3、敏電阻的特性。-7-命題點一命題點二熱敏電阻的原理及應用熱敏電阻的原理及應用例1(2017河北保定模擬)某同學嘗試把一個靈敏電流表改裝成溫度表,他所選用的器材有:靈敏電流表(待改裝),學生電源(電動勢為E,內阻不計),滑動變阻器,單刀雙擲開關,導線若干,導熱性能良好的防水材料,標準溫度計,PTC熱敏電阻Rt(PTC線性熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關系為Rt=a+kt,a0,k0)。設計電路圖如圖所示,并按如下步驟進行操作。-8-命題點一命題點二(1)按電路圖連接好實驗器材。(2)將滑動變阻器滑片P滑到(選填“a”或“b”)端,單刀雙擲開關S擲于(選填“c”或“d”)端,調節(jié)滑片P使電流表,并在

4、以后的操作中保持滑片P位置不動,設此時電路總電阻為R,斷開電路。(3)容器中倒入適量開水,觀察標準溫度計,每當標準溫度計示數(shù)下降5,就將開關S置于d端,并記錄此時的溫度t和對應的電流表的示數(shù)I,然后斷開開關。請根據(jù)溫度表的設計原理和電路圖,寫出電流與溫度的關系式I=(用題目中給定的符號)。(4)根據(jù)對應溫度記錄的電流表示數(shù),重新刻制電流表的表盤,改裝成溫度表。根據(jù)改裝原理,此溫度表表盤刻度線的特點是:低溫刻度在(選填“左”或“右”)側,刻度線分布是否均勻?(選填“是”或“否”)。-9-命題點一命題點二解析:(2)分析電路可知滑動變阻器為限流式接法,所以閉合開關前,使它的阻值處于最大值狀態(tài),即將

5、滑片P滑到a端。為了設計表盤刻度,應使開關擲于c處,調節(jié)滑片,使電流表滿偏。(4)因為Rt=a+kt(且a0,k0),所以溫度越低,電阻越小,回路中I越大,所以低溫度刻度在右側,由(3)中關系式可知電流與溫度不是線性關系,所以刻度線分布不均勻。-10-命題點一命題點二光敏電阻的理解及應用光敏電阻的理解及應用例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:-11-命題點一命題點二(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請在圖甲的坐標系中描

6、繪出阻值隨光的照度變化的曲線,并說明阻值隨照度變化的特點。甲乙-12-命題點一命題點二(2)在如圖乙所示電路中,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。-13-命題點一命題點二答案:見解析解析:(1)光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖

7、丙所示。特點:光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。-14-命題點一命題點二丁(2)當光照度降低至1.0lx時,光敏電阻阻值為20k,1、2兩端電壓為2V,電源電動勢為3V,所以電路中還要有一個分壓電阻,阻值為10k,即選用R1,電路原理圖如圖丁所示。-15-1.(2017江蘇二模)目前的手機觸摸屏大多是電容式觸摸屏。電容式觸摸屏內有一導電層。導電層四個角引出四個電極,當手指觸摸屏幕時,人體和觸摸屏就形成了一個電容,電容具有“通高頻”的作用,從而導致有電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出,并且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過對這四個電流比例的精確計算,得出觸摸點的位置信

8、息。在開機狀態(tài)下,下列說法正確的是()A.電容式觸摸屏感測手指觸摸點的位置是因為手指對屏幕按壓產生了形變B.電容式觸摸屏感測手指觸摸點的位置是利用了電磁感應現(xiàn)象C.當手指觸摸屏幕時手指有微弱的電流流過D.當手指離開屏幕時,電容變小,對高頻電流的阻礙變大,控制器不易檢測到手指的準確位置 答案解析解析關閉電容觸摸屏只需要觸摸,由于流經四個電極的電流與手指頭到四角的距離成比例,控制器就能確定手指的位置,無需要手指有壓力,故A錯誤;電容式觸摸屏感測手指觸摸點的位置是電容器的充放電原理,不是電磁感應現(xiàn)象,故B錯誤;由題意可知,手指從手的觸點吸走一部分電荷,在電荷定向移動的過程中,會有微弱電流通過,故C正

9、確;根據(jù)電容器的工作原理可知,當手指離開屏幕時,電容變小,電容器將放電,控制器仍然能檢測到手指離開的準確位置,故D錯誤。 答案解析關閉C-16-2.(2017北京海濱模擬)某種角速度計,其結構如圖所示。當整個裝置繞軸OO轉動時,元件A相對于轉軸發(fā)生位移并通過滑動變阻器輸出電壓,電壓傳感器(傳感器內阻無限大)接收相應的電壓信號。已知A的質量為m,彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l,電源的電動勢為E、內阻不計,滑動變阻器總長也為l,電阻分布均勻,裝置靜止時滑片P在變阻器的最左端B端,當系統(tǒng)以角速度轉動時,則()A.電路中電流隨角速度的增大而增大B.電路中電流隨角速度的增大而減小 答案解析解析關閉 答

10、案解析關閉-17-3.(2016北京卷)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。右圖為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知,這種熱敏電阻在溫度上升時導電能力(選填“增強”或“減弱”);相對金屬熱電阻而言,熱敏電阻對溫度變化的響應更(選填“敏感”或“不敏感”)。 答案解析解析關閉 答案解析關閉-18-4.(2016全國卷)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,內阻不計),滑動變阻器R1(最大阻

11、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。-19-(1)完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應選用滑動變阻器(填“R1”或“R2”)。-20-(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng):電路接通前,需將電阻箱調到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為 ;滑動變阻器的滑片應置于(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是。將開關向(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片

12、,直至。(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。-21-答案:(1)連線如圖所示。(2)R2(3)650.0b接通電源后,流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞c報警器開始報警-22-解析:(1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進行調試。電路圖連接如答案所示。(2)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)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節(jié),應把電阻箱的阻值調到650。若接通電源后電

13、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。用電阻箱替代熱敏電阻進行調試,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。-23-5.(2017江蘇卷)某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖甲所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當繼電器的電流超過15mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示。-24-(1)提供的實驗器材有:電源E1(3V,內阻不計)、電源E2(6V,內阻不計)、滑動變阻器R1(0200)、滑

14、動變阻器R2(0500)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0999.9)、開關S、導線若干。為使該裝置實現(xiàn)對3080之間任一溫度的控制,電源E應選用(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應選用(選填“R1”或“R2”)。甲乙-25-(2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學為排查電路故障,用多用電表測量各接點間的電壓,則應將如圖乙所示的選擇開關旋至(選填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上開關S,用調節(jié)好的多用電表進行排查。在圖甲中,若只有b、c間斷路,則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針(選填“偏轉”或“不偏轉”),接入a、c時指針(選填“偏轉”或“不偏轉”)。(4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50時

15、被吸合,下列操作步驟的正確順序是(填寫各步驟前的序號)。將熱敏電阻接入電路觀察到繼電器的銜鐵被吸合斷開開關,將電阻箱從電路中移除合上開關,調節(jié)滑動變阻器的阻值斷開開關,用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調至108.1-26-答案:(1)E2R2(2)C(3)不偏轉偏轉(4)解析:(1)當溫度控制在30,銜鐵被吸合時,Rt兩端的電壓約為Ut=IRt=0.015200V=3V,繼電器兩端的電壓U=IR=0.01520V=0.3V,故需電源電動勢大于3V,選E2。當溫度控制在80時,電路中的總電阻R總=400,遠大于熱敏電阻、繼電器以及滑動變阻器R1的電阻的總和,故滑動變阻器選R2。(2)A擋位測量電阻值,B擋位測量交流電壓,C擋位測量直流電壓,D擋位測量電流值,故為測量各接入點的電壓,應將開關旋至C擋。-27-(3)若bc間斷路,ab只與電源正極相連通,ab間無電壓,如圖故多用電表指針不偏轉。若bc間斷路,a點與電源正極相連通,c點與電源負極相連通,a、c兩點間的電壓為電源電動勢。如圖故多用電表指針偏轉。-28-(4)要想保證溫度控制在50,由題目表中可得Rt=108.1,因此我們要用電阻箱代替熱敏電阻,把電阻箱電阻調整到108.1,閉合電路調節(jié)滑動變阻器,讓繼電器吸合(即讓電路中的電流為15mA),再將電阻箱移除,將熱敏電阻接入電路,完成實驗。