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傳感器的簡單使用 主干梳理 對點激活 1．按圖連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 2．把多用電表置于“歐姆”擋，并選擇適當?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)。 3．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。 4．將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。 1．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。 2．在坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線，如圖所示。 3．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R－t圖線，得出結論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。 1．將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于“歐姆”擋。 2．先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。 3．打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 4．用手掌(或黑紙)遮光，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 把記錄的結果填入表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 光照強度 弱 中 強 無光照射 阻值/Ω 結論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強電阻變小，光照減弱電阻變大。 1．溫度計讀數(shù)帶來的誤差，可以選用精度高的溫度計讀數(shù)三次取平均值。 2．歐姆表的讀數(shù)帶來的誤差，可以對同一溫度、同一光照強度下的電阻讀數(shù)三次取平均值。 1．在做熱敏電阻實驗時，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，并同時讀出水溫和電阻值。 2．光敏電阻實驗中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強度。 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 考點細研 悟法培優(yōu) 考點1　熱敏電阻的應用 例1　熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4～5 Ω。將熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3 V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1 Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5 kΩ)、滑動變阻器(0～20 Ω)、開關、導線若干。 (1)畫出實驗電路圖。 (2)根據(jù)電路圖，在上圖所示的實物圖上連線。 (3)簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟。 嘗試解答　(1)圖見解析__(2)如圖所示 (3)完成接線后的主要實驗步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計穩(wěn)定時讀出溫度計值；②調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復①和②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。 (1)常溫下待測熱敏電阻的阻值(約4～5 Ω)較小，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，應該選用電流表外接法。題目中要求特性曲線盡可能完整，應使熱敏電阻兩端的電壓由零逐漸增大，滑動變阻器選用分壓式。所以電路圖如圖。 (2)按電路圖，實物連線見嘗試解答。 (3)①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計穩(wěn)定時讀出溫度計值；②調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復①和②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。 [變式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 ℃(如圖甲所示)，則25 ℃的刻度應在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)側(cè)。 (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)設計一個電路。 答案　(1)小　(2)右　(3)圖見解析 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 ℃的刻度應對應較大電流，故在20 ℃的刻度的右側(cè)。 (3)如圖所示。 考點2　光敏電阻的應用 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： 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖甲給定的坐標系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。 (2)如圖乙所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V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1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)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，阻值見圖表) 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標出)；開關S及導線若干。 嘗試解答　(1)光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如下圖所示，光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。 (2)電路原理圖見下圖 (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上描點連線，得到如嘗試解答所示的變化曲線。 阻值隨照度變化的特點：光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。 (2)因天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，此時光敏電阻阻值為20 kΩ，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，故應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 kΩ，即選用R1；此電路的原理圖見嘗試解答。 [變式2]　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系，某同學用如圖甲所示的電路進行實驗，得出兩種U－I圖線，如圖乙所示。 (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)阻對實驗結果的影響，此實驗中________(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________(填“內(nèi)接”或“外接”)法進行實驗，實驗結果較為準確。 答案　(1)3000　200　(2)強光照射時　外接 解析　(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小，結合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3000 Ω，強光照射時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果較為準確。 考點3　其他傳感器的應用 例3　某學生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)。如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關及導線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。 (1)設計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出完整的測量電路圖。 (2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。 嘗試解答　(1)設計電路如圖所示 (2)測量步驟如下： ①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零； ②將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓U0； ③將待測物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓U1； ④因為U0＝km0g，U1＝kmg，所以可求出k＝，m＝。 本題是傳感器的應用問題，考查實驗與探究能力，完成簡單的實驗設計。力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個全新的儀器，但它與其他所有的測量儀器一樣，要有一個“調(diào)零”的過程。仔細審題，題目中有很多重要的暗示，挖掘這些信息即是我們解決問題的關鍵?！皽y量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U”，“該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系 數(shù)為k)”所以輸出電壓U＝kmg。題目要求“力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大”，這就暗示我們滑動變阻器必須使用分壓式，有了設計電路才可以進行測量步驟。 [變式3]　 如圖所示為一測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導電液體的深度h的變化情況為(　　) A．h正在增大 B．h正在減小 C．h不變 D．無法確定 答案　B 解析　由電源極性及電流方向可知，A、B構成的電容器上的電荷量減小，據(jù)C＝，電容C在減小，可知正對面積S減小，即h在減小，故選項B正確。 高考模擬 隨堂集訓 1．(2018全國卷Ⅰ)某實驗小組利用如圖a所示的電路探究在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標稱值(25 ℃時的阻值)為900.0 Ω；電源E(6 V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9 Ω)；單刀開關S1，單刀雙擲開關S2。 實驗時，先按圖a連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0 ℃。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 ℃。實驗得到的R2－t數(shù)據(jù)見下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： (1)在閉合S1前，圖a中R1的滑片應移動到________(填“a”或“b”)端； (2)在圖b的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2－t曲線； (3)由圖b可得到RT在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性。當t＝44.0 ℃時，可得RT＝________ Ω； (4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖c所示，該讀數(shù)為________ Ω，則手心溫度為________ ℃。 答案　(1)b　(2)見解析圖　(3)450　(4)620.0　33.0 解析　(1)圖a的電路滑動變阻器采用限流接法，在閉合S1前，R1應該調(diào)節(jié)到接入電路部分的電阻值最大，使電路中電流最小，即圖a中的R1的滑片應移到b端。 (2)將t＝60 ℃和t＝70 ℃對應的兩組數(shù)據(jù)對應畫在坐標圖上，然后用平滑曲線過盡可能多的數(shù)據(jù)點畫出R2－t圖象，如圖所示。 (3)根據(jù)題述實驗過程可知，測量的R2數(shù)據(jù)等于熱敏電阻RT對應溫度的電阻值。由畫出的R2－t圖象可知，當t＝44.0 ℃時，對應的RT＝450 Ω。 (4)由畫出的R2－t圖象可知，RT＝620.0 Ω，則手心溫度t＝33.0 ℃。 2．(2016北京高考) 熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。如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　增強　敏感 解析　由題圖可知，熱敏電阻在溫度上升時，阻值下降，故其導電能力增強；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻在溫度變化時，阻值變化明顯，故對溫度更敏感。 3．(2016全國卷Ⅰ)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1000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000 Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干。 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)完成待調(diào)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”)。 (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置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________。 ②將開關向________(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，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 答案　(1)連線如圖所示 (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 解析　(1)見答案。 (2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑動變阻器應選R2。 (3)①電阻箱的電阻值應調(diào)為熱敏電阻在60 ℃時的阻值，即650.0 Ω?；瑒幼冏杵鞯幕瑧糜赽端，使開關接通后回路中電流最小，以保護報警器，即防止因過載而損壞報警器。 ②應將開關向c端閉合，然后對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。 4. (2017江蘇高考)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1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15 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S、導線若干。 為使該裝置實現(xiàn)對30 ℃～80 ℃之間任一溫度的控制，電源E應選用________(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應選用________(選填“R1”或“R2”)。 (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2所示的選擇開關旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)。 (3)合上開關S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查。在圖1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(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，將電阻箱從電路中移除 ④合上開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1 Ω 答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉(zhuǎn)　偏轉(zhuǎn) (4)⑤④②③① 解析　(1)若實現(xiàn)對30 ℃溫度的控制 繼電器和Rt的電壓 U＝0.015(20＋199.5) V≈3.29 V 因此符合要求的電源應選E2。 若實現(xiàn)對80 ℃溫度的控制 對全電路有E＝I(R繼＋Rt＋R) 即6 V＝0.015 A(20 Ω＋49.1 Ω＋R) 解得R＝330.9 Ω。 因此滑動變阻器應選R2。 (2)用多用電表測量直流電壓時，選擇開關應旋至C(直流電壓擋)。 (3)a、b間電壓為0，指針不偏轉(zhuǎn)。 接入a、c時，多用電表與電源等構成回路，指針偏轉(zhuǎn)。 (4)連接電路時，先用電阻箱代替熱敏電阻，調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，銜鐵被吸合時，調(diào)節(jié)完畢，移除電阻箱換為熱敏電阻即可，正確的順序為⑤④②③①。 5．(2018鄭州模擬)電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9 V的電源上，光敏電阻阻值隨光強變化關系如表所示： 光強E/cd 1 2 3 4 5 電阻值/Ω 18 9 6 3.6 [“光強”表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位坎德拉(cd)] (1)當光照強度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的大小為________ Ω。 (2)其原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是________(填序號)。 (3)現(xiàn)已知定值電阻R0為12 Ω，用電壓表測得光敏電阻兩端的電壓為3 V，則此時光照強度為多少？ 答案　(1)4.5　(2)C　(3)3 cd 解析　(1)由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻Rx與光強E的乘積均為18 Ωcd不變，則當E＝4 cd時，光敏電阻的阻值：Rx＝＝4.5 Ω。 (2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接，光照增強時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由I＝可知，電路中的電流增大，由U＝IR可知，R0兩端的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓減小，反之，光照減弱時，光敏電阻Rx阻值增大，R0兩端的電壓減小，Rx兩端的電壓增大，則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合，玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合，故A項錯誤，C項正確；若玻璃與電源并聯(lián)，光照變化時，玻璃兩端的電壓不變，故B、D兩項錯誤。 (3)當R0＝12 Ω，光敏電阻兩端的電壓Ux＝3 V時，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，R0兩端的電壓：U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電路中的電流I＝＝，即＝，解得：Rx′＝6 Ω，此時光照強度E′＝＝3 cd。