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實驗十二　傳感器的簡單使用 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 二、研究光敏電阻的光敏特性 注意事項 1.在做熱敏實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫。 2.光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。 3.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 熱點一　教材原型實驗 【例1】　利用負溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高。 (1)如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變________(填“大”或“小”)。 (2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20 ℃(如圖1甲所示)，則25 ℃的刻度應(yīng)在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)側(cè)。 圖1 (3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路。 解析　(1)因為負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大。故電路中電流會減小。 (2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25 ℃的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20 ℃的刻度的右側(cè)。 (3)如圖所示。 答案　(1)小　(2)右　(3)見解析 【變式訓(xùn)練1】　為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關(guān)系，某同學(xué)用如圖2甲所示的電路進行實驗，得出兩種U－I圖線，如圖乙所示。 圖2 (1)根據(jù)U－I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為__________ Ω，強光照射時電阻為__________Ω； (2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為5 kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為100 Ω，考慮到電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響，此實驗中__________(選填“正常光照射時”或“強光照射時”)測得的電阻誤差較大。若測量這種光照下的電阻，則需將實物圖中毫安表的連接方式采用__________(選填“內(nèi)接”或“外接”)法進行實驗，實驗結(jié)果較為準確。 解析　(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小，結(jié)合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3 000 Ω ，強光射時R2＝＝＝200 Ω。 (2)實驗電路采用的是毫安表內(nèi)接法，測得的結(jié)果比真實值偏大，當待測電阻遠大于毫安表電阻時實驗誤差較小，所以強光照射時誤差較大；強光照射時采用毫安表外接法實驗結(jié)果較為準確。 答案　(1)3 000　200　(2)強光照射時　外接 熱點二　實驗拓展創(chuàng)新 【例2】　(2016全國卷Ⅰ，23)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(nèi)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 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA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 Ω。 (1)在圖3中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 圖3 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________。 ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_____________________________________________________________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 解析　(1)電路圖如答案圖。 (2)U＝18 V，通過報警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻R＝，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動變阻器選R2。 (3)熱敏電阻為650.0 Ω時，報警器開始報警，電阻箱的阻值也應(yīng)為650.0 Ω，實驗調(diào)試時，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到報警器開始報警。為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端。 答案　(1)如圖所示 (2)R2 (3)①650.0　b　接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞 ②c　報警器開始報警 【變式訓(xùn)練2】　(2017江蘇單科，11)某同學(xué)通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖4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1 5 mA 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 Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示。 t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的實驗器材有：電源E1(3 V，內(nèi)阻不計)、電源E2(6 V，內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0～200 Ω)、滑動變阻器R2(0～500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9 Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。 為使該裝置實現(xiàn)對30～80 ℃之間任一溫度的控制，電源E應(yīng)選用________(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2”)。 圖4 (2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開關(guān)旋至________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)。 (3)合上開關(guān)S，用調(diào)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(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。 (4)排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50 ℃時被吸合，下列操作步驟的正確順序是________。(填寫各步驟前的序號) ①將熱敏電阻接入電路 ②觀察到繼電器的銜鐵被吸合 ③斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除 ④合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1 Ω 解析　(1)為保持繼電器的靈敏度，即電路中的電流易超過15 mA，應(yīng)選電動勢大的電源E2；當溫度為80 ℃時，滑動變阻器接入電路的最小電阻為R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑動變阻器應(yīng)選R2。 (2)因電路中有電源，排查電路故障應(yīng)選用多用電表的直流電壓擋，故選C。 (3)只有b、c間斷路，表筆接入a、b間時，電表與電源之間形不成閉合電路，則電表指針不偏轉(zhuǎn)，表筆接入a、c間時，能形成閉合電路，電表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 (4)欲使銜鐵在50 ℃被吸合，由表中數(shù)據(jù)可知，此時熱敏電阻的阻值為108.1 Ω，操作步驟應(yīng)是先斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1 Ω，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，觀察繼電器的銜鐵被吸合，然后斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除，再將熱敏電阻接入電路原位置，故步驟順序應(yīng)為⑤④②③① 答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉(zhuǎn)　偏轉(zhuǎn) (4)⑤④②③① 1.(2018平頂山模擬)傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖5所示是一種測定壓力的電容式傳感器，A為固定電極，B為可動電極，組成一個電容大小可變的電容器?？蓜与姌O兩端固定，當待測壓力施加在可動電極上時，可動電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容?，F(xiàn)將此電容式傳感器與零刻線在中央的靈敏電流表和電源串聯(lián)，組成閉合電路，已知電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏轉(zhuǎn)。當待測壓力增大時(　　) 圖5 A.電容器的電容將減小 B.靈敏電流表指針在正中央零刻線處 C.靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn) D.靈敏電流表指針向右偏轉(zhuǎn) 解析　當待測壓力增大時，電容器板間距離減小，由C＝知，電容器的電容增大，選項A錯誤；由于電容器與電源相連，故電壓U不變，由Q＝CU知，電容器的電荷量將增加，即電容器需充電，故電流從電流表的正接線柱流入，指針將向右偏轉(zhuǎn)，選項B、C錯誤，D正確。 答案　D 2.如圖6所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的 I－U關(guān)系曲線圖。 圖6 (1)為了通過測量得到如圖6所示I－U關(guān)系的完整曲線，如圖7所示的a和b兩個電路中應(yīng)選擇的是圖________，簡要說明理由：___________________________ _____________________________________________________________________。 (電源電動勢為9 V，內(nèi)阻不計，滑動變阻器的阻值為0～100 Ω) 圖7 (2)在圖c所示的電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω。則熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為________Ω。 解析　由于圖中要求測量多組數(shù)據(jù)，所需電壓調(diào)節(jié)范圍較大，且從零開始變化，所以應(yīng)選用分壓電路，即圖a；根據(jù)歐姆定律可以先求出R1的電流I1＝36 mA，所以熱敏電阻和R2電流為I2＝I－I1＝34 mA，由圖可讀出熱敏電阻在34 mA時的電壓為5.2 V，則R2兩端電壓為3.8 V，即可求出R2＝111.8 Ω。 答案　(1)a　電壓可從0 V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大 (2)5.2　111.8(111.6～112.0均可)