第三講　實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單使用

第三講實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單使用

[把握經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案]一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)隨著溫度的升高，熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，其阻值可用歐姆表讀出。(1)安裝：按照原理裝置圖安裝實(shí)驗(yàn)儀器。(2)操作：①給熱敏電阻加熱，記錄溫度和熱敏電阻的阻值。隨著光照強(qiáng)度的變化，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，其阻值可用歐姆表讀出。②逐漸增加對(duì)光敏電阻的光照強(qiáng)度，記錄在光照強(qiáng)度弱、中、強(qiáng)及無(wú)光照射時(shí)相應(yīng)光敏電阻的阻值。③作圖：根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪圖，標(biāo)度要適中，單位要標(biāo)注，連線時(shí)要使各點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè)。續(xù)表二、核心關(guān)鍵——處理數(shù)據(jù)1．圖像法：根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。以熱敏電阻的阻值R為縱軸，溫度為橫軸，根據(jù)描點(diǎn)情況，畫(huà)出R-t圖像。2．列表法：將光敏電阻的測(cè)量值填入下表中，研究表中數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度的關(guān)系。光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無(wú)光照射阻值/Ω

[融通多彩實(shí)驗(yàn)方案]1．魯科版新教材——觀察熱敏電阻和光敏電阻的特性2．粵教版新教材——用傳感器制作自動(dòng)控制裝置觀察光敏電阻的特性[歸納共性實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵]1．不變的實(shí)驗(yàn)原理(1)傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。(2)工作過(guò)程如圖。2．必備的實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表。3．通用的數(shù)據(jù)處理方法(1)畫(huà)R-t圖像，分析熱敏電阻與溫度的關(guān)系。(2)列表法分析光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度的變化關(guān)系。4．相同的注意事項(xiàng)(1)在做熱敏電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫和電壓、電流值。(2)在做光敏電阻實(shí)驗(yàn)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(guò)蓋上的小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度。1．?dāng)?shù)碼相機(jī)的普及逐漸淘汰了傳統(tǒng)膠片相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)的主要部件是電荷耦合器(CCD)，能將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。該部件可視為一種

(

)A．力傳感器

B．溫度傳感器C．光傳感器

D．霍爾元件解析：由題意可知CCD能把光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，因而是一種光傳感器，C正確。答案：C2.

如圖所示，將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針自左向右的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏角為θ′，則可判斷

(

)A．θ′＝θ

B．θ′<θC．θ′>θ

D．不能確定解析：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，由歐姆擋的特點(diǎn)知，表針向左偏，故表針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度θ′<θ。故B正確。答案：B3．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的。如圖甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9.0V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流計(jì)，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2mA；電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是________℃。解析：根據(jù)E＝I(R＋Rg)代入I1＝2mA時(shí)R1＝4kΩ得Rg＝0.5kΩ，代入I2＝3.6mA得R2＝2kΩ，讀圖可得溫度為120℃。答案：1204．為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強(qiáng)光照射時(shí)電阻的大小關(guān)系，某同學(xué)用如圖甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shí)光敏電阻的阻值為_(kāi)_______Ω，強(qiáng)光照射時(shí)電阻為_(kāi)_______Ω。(2)若實(shí)驗(yàn)中所用電壓表的內(nèi)阻約為5kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為100Ω，考慮到電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，此實(shí)驗(yàn)中________(選填“正常光照射時(shí)”或“強(qiáng)光照射時(shí)”)測(cè)得的電阻誤差較大。若測(cè)量這種光照下的電阻，則需將實(shí)物圖中毫安表的連接方式采用________(選填“內(nèi)接”或“外接”)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確。答案：(1)3000

200

(2)強(qiáng)光照射時(shí)外接5．(2021·廣東高考)某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材。(1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢(shì)。選擇適當(dāng)倍率的歐姆擋，將兩表筆________，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0Ω”處。測(cè)量時(shí)觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而________。(2)再按圖連接好電路進(jìn)行測(cè)量。①閉合開(kāi)關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片滑到______端(選填“a”或“b”)。將溫控室的溫度設(shè)置為T(mén)，電阻箱R0調(diào)為某一阻值R01。閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置。記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)、T和R01。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。再將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，閉合開(kāi)關(guān)S。反復(fù)調(diào)節(jié)R0和R1，使電壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同。記錄此時(shí)電阻箱的阻值R02。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。②實(shí)驗(yàn)中記錄的阻值R01________R02(選填“大于”“小于”或“等于”)。此時(shí)熱敏電阻阻值RT＝________。(3)改變溫控室的溫度，測(cè)量不同溫度時(shí)的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。解析：(1)選擇倍率適當(dāng)?shù)臍W姆擋，將兩表筆短接進(jìn)行歐姆調(diào)零；歐姆表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，則阻值越小，可判斷熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。(2)①閉合開(kāi)關(guān)S前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器R1的阻值調(diào)到最大，即將滑片滑到b端。②因兩次電壓表和電流表的示數(shù)相同，因?yàn)镽01＝R02＋RT，即RT＝R01－R02，可知R01大于R02。答案：(1)短接減小(2)①b

②大于R01－R026．(2022·重慶高考)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時(shí)，

其阻值隨溫度的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定

電流為50.0μA，主要實(shí)驗(yàn)器材有：恒壓直流電源E、加熱器、

測(cè)溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V。(1)用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，為使電流表的示數(shù)仍為50.0μA，須調(diào)節(jié)________(選填一種給定的實(shí)驗(yàn)器材)。當(dāng)RT兩端未連接電壓表時(shí)，電流表示數(shù)為50.0μA；連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，須將原電壓表更換為內(nèi)阻________(選填“遠(yuǎn)大于”“接近”“遠(yuǎn)小于”)RT阻值的電壓表。(2)測(cè)得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示，由圖可得溫度從35.0℃變化到40.0℃的過(guò)程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是________kΩ·℃－1(保留2位有效數(shù)字)。答案：(1)可變電阻R1遠(yuǎn)大于(2)1.2[關(guān)鍵點(diǎn)撥]傳感器可以視為一種電學(xué)元件，對(duì)電學(xué)元件的實(shí)驗(yàn)考查，歸根結(jié)底還是對(duì)電學(xué)電路的實(shí)驗(yàn)考查，如電路的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的測(cè)量、數(shù)據(jù)的處理、誤差分析等。[例1]

(2023·安康月考)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)，光控開(kāi)關(guān)可用光敏電阻控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線，照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx。(1)如圖乙所示，電源電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)兩端電壓上升至2V時(shí)控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)。要求當(dāng)天色漸暗照度降至1.0lx時(shí)控制開(kāi)關(guān)接通照明系統(tǒng)，則R1＝________kΩ。(2)某同學(xué)為了測(cè)量光敏電阻在不同照度下的阻值，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路進(jìn)行測(cè)量，所用器材有電源(E＝3V，內(nèi)阻未知)，電阻箱R2(0～99999Ω)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將電阻箱阻值置于最大，閉合S1，將S2與1相連，減小電阻箱阻值，使靈敏電流計(jì)的示數(shù)為I，圖丁為實(shí)驗(yàn)時(shí)電阻箱的阻值，其讀數(shù)為_(kāi)_______kΩ；然后將S2與2相連，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖戊所示，此時(shí)電流計(jì)的示數(shù)恰好為I，則光敏電阻的阻值R0＝________kΩ(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。[解題指導(dǎo)]三步化“新”為“熟”分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展饪亻_(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)的原理。確定實(shí)驗(yàn)原理閉合電路的歐姆定律和對(duì)“新”圖像的認(rèn)識(shí)。制定實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是利用“等效法”對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)量。[答案]

(1)10

(2)62.5

40.0[例2]

(2021年8省聯(lián)考·湖北卷)由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻阻值是溫度的函數(shù)?；跓崦綦娮鑼?duì)溫度敏感原理制作一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，要求熱敏電阻溫度升高至50℃時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)報(bào)警。所用器材有：直流電源E(36V，內(nèi)阻不計(jì))；電流表(量程250mA，內(nèi)阻約0.1Ω)；電壓表(量程50V，內(nèi)阻約1MΩ)；熱敏電阻RT；報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過(guò)的電流超過(guò)10mA時(shí)就會(huì)報(bào)警，超過(guò)30mA時(shí)就會(huì)損傷)；滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值4000Ω)；電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)；單刀單擲開(kāi)關(guān)S1；單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2；導(dǎo)線若干。(1)用圖(a)所示電路測(cè)量熱敏電阻R1的阻值，當(dāng)溫度為27℃時(shí)，電壓表讀數(shù)為30.0V，電流表讀數(shù)為15.0mA；當(dāng)溫度為50℃時(shí)，調(diào)節(jié)R1，使電壓表讀數(shù)仍為30.0V，電流表指針位置如圖(b)所示。溫度為50℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為_(kāi)_______Ω，從實(shí)驗(yàn)原理上看，該方法測(cè)得的阻值比真實(shí)值略微________(填“偏大”或“偏小”)。如果熱敏電阻阻值隨溫度升高而變大，則其為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。基于以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該熱敏電阻RT為_(kāi)_______(填“正”或“負(fù)”)溫度系數(shù)熱敏電阻。(2)某同學(xué)搭建一套基于該熱敏電阻的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)物圖連線如圖(c)所示，其中有一個(gè)器件的導(dǎo)線連接有誤，該器件為_(kāi)___________________(填器件名稱)。正確連接后，先使用電阻箱R2進(jìn)行調(diào)試，其阻值設(shè)置為_(kāi)_______Ω，滑動(dòng)變阻器R1阻值從最大逐漸減小，直至報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，此時(shí)滑動(dòng)變阻器R1連入電路的阻值為_(kāi)_______Ω。調(diào)試完畢后，再利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2的選擇性開(kāi)關(guān)功能，把熱敏電阻RT接入電路，可方便實(shí)現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和工作系統(tǒng)的切換。[解題指導(dǎo)]三步化“新”為“熟”分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)報(bào)警電路并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。確定實(shí)驗(yàn)原理從熱敏電阻的應(yīng)用、電路分析、故障查尋等方面進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，而在儀器的選擇、滑動(dòng)變阻器的連接誤差分析等方法和其他電學(xué)實(shí)驗(yàn)一致。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路本題對(duì)電路的實(shí)線連接進(jìn)行考查，并分析電路存在的故障及對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行工作調(diào)試。[答案]

(1)600偏大負(fù)(2)滑動(dòng)變阻器R1

600

3000[例3]

(2021·山東等級(jí)考)熱敏電阻是傳感器中經(jīng)常使用的元件，某學(xué)習(xí)小組要探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律?？晒┻x擇的器材有：待測(cè)熱敏電阻RT(實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，阻值約幾百歐到幾千歐)；電源E(電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻r約為0.5Ω)；電阻箱R(阻值范圍0～9999.99Ω)；滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值20Ω)；滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值2000Ω)；微安表(量程100μA，內(nèi)阻等于2500Ω)；開(kāi)關(guān)兩個(gè)，溫控裝置一套，導(dǎo)線若干。同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲所示的測(cè)量電路，主