实验十二 传感器的简单应用\n必备知识·自主排查关键能力·分层突破\n必备知识·自主排查\n基本原理与操作装置图操作要领甲乙①测量：欧姆表每次换挡后都要重新调零，测电阻时读数存在误差．②步骤：改变水温、改变光的强度并记录．③结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小或增大，随温度的降低而增大或减小，半导体热敏电阻也可以用作温度传感器．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小．\n●注意事项1．在做热敏实验时，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．2．光敏实验中，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射到光敏电阻上的光的多少．3．欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零．●误差分析1．温度计读数带来误差．2．多用电表读数带来误差．3．热敏电阻与水温不同带来误差．4．作Rt图象时的不规范易造成误差．\n关键能力·分层突破\n考点一 教材原型实验例1.传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量，通常是电学量，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量，热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图，问：\n(1)由图甲可知，热敏电阻R1的电阻随着温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)．(2)图乙中左侧回路不通电或电流过小时，金属片与b接触；电流过大时，电磁铁吸引金属片与a接触，为了使热敏电阻R1的温度过高时报警器铃响，开关S应接在________(选填“a”或“b”)．(3)电源电动势E为18V，内阻不计，电磁铁的线圈电阻R3为80Ω，流过热敏电阻R1的电流大于或等于Ic时就会报警，Ic为10mA，热敏电阻R1达到100℃时的电阻为600Ω.若要求热敏电阻R1达到100℃时开始报警，则电阻箱R2的阻值应调为________Ω.若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R1的温度缓慢升高到报警器开始报警时，热敏电阻R1的温度________100℃(选填“大于”或“小于”)．减小a1120大于\n解析：(1)根据图甲的坐标系中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．(2)为使温度过高时发送报警信息，则热敏电阻阻值最小，开关S应该接在a处．(3)热敏电阻R1达到100℃时开始报警，此时流过热敏电阻R1的电流恰好为Ic＝10mA，根据闭合电路欧姆定律Ic＝，带入数据解得R2＝1120Ω，若电源内阻可以忽略，则Ic＝，此时温度恰好为100℃；若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R1的温度缓慢升高到100℃时，电路中的实际电流为I实＝<Ic可知，报警器此时还未报警，故报警时热敏电阻R1的温度大于100℃.\n跟进训练1.[2022·云南昆明模拟]为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光照强度的变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)．(1)如图乙所示，电源电动势为3V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2V时控制开关自动启动照明系统．要求当天色渐暗照度降至1.0(lx)时控制开关接通照明系统，则R1＝________kΩ.10\n(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图戊所示的电路进行测量，电源(E＝3V，内阻未知)，电阻箱(0～99999Ω)．实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丙为实验时电阻箱的阻值，其读数为________kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图丁所示，此时灵敏电流计的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值R0＝________kΩ(结果保留三位有效数字)．62.540.0\n解析：(1)电阻R1和R0串联，＝＝，当照度为1.0(lx)时，电阻R0＝20kΩ，则R1＝10kΩ.(2)由图可知，图丙的电阻为R2＝62.5kΩ，图丁的电阻R′2＝22.5kΩ，本题采用等效法测电阻，前后两次电路中的电流相等，则电路中的电阻相等，则有R2＝R0＋R′2，所以R0＝40.0kΩ.\n2．(1)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．①如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)．②上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20℃(如图甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧．③为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路．小右\n(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图丁所示，试根据这一特性，由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路．\n解析：(1)①因为温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值增大，故电路中电流会减小．②由①的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃的刻度的右侧．③电路如答图所示．(2)由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大，光敏电阻的阻值减小．根据题意设计一个自动光控电路，如图所示：控制过程是：当有光照时，放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，电灯开始工作．\n考点二 拓展创新实验例2.[2022·重庆市模拟]某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化，这种现象称为“压阻效应”．已知Rx的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400Ω；B．直流电源，电动势为6V，内阻不计；C．电流表A，量程为0～100mA，内阻不计；D．电压表V，量程为0～3V，内阻为3kΩ；E．定值电阻R1＝2kΩ；F．滑动变阻器R，最大电阻值约50Ω；G．开关S与导线若干．\n(1)甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙中将实物连线图补充完整．(2)某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则压敏电阻的阻值Rx＝________．\n(3)改变F的大小、测得不同的Rx值，绘成图象如图丙所示，可得其斜率k＝________Ω/N(结果保留2位有效数字)．Rx的阻值和压力F的关系式是Rx＝________(用F和k等表示)．丙(4)按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________N(结果保留3位有效数字)．－1.9kF＋400Ω184\n解析：(1)图甲中滑动变阻器采用的是分压式接法，电流表是内接法，根据电路图可得实物图如图所示．(2)由题可知Rx两端电压为U′＝(RV＋R1)＝，电流表测量流过Rx的电流，所以Rx＝＝.(3)根据题意，设Rx阻值和压力F的关系式为Rx＝kF＋b，将图丙上的特殊点(0，400Ω)和(210N，0)代入可求得k＝－1.9Ω/N，b＝400Ω.故Rx＝kF＋400Ω.(4)电压表、电流表均满偏时，Rx＝＝Ω＝50Ω，则F＝＝184N.\n跟进训练3.某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系．如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C.\n(1)逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x，作出Fx图象如图乙所示．由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k＝______N/m，弹簧原长L0＝________cm.(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)．闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数．弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为m＝ak－(a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R的长度L＝__________，电源电动势E＝__________．(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g)1004ag\n解析：(1)由弹簧的弹力与其形变量的关系可得F＝k(L－L0)，由表达式结合图象可知图象斜率表示弹簧的劲度系数，而横截距表示弹簧的原长，故弹簧的劲度系数k＝＝N/m＝100N/m；弹簧原长L0＝4cm；(2)当所称的物体质量为零时，有ak＝，此时由电路结构可得E＝2IR0，联立解得电源电动势：E＝；当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，此时有：I′＝，mg＝2kL，联立解得：L＝ag.
