选修3-2 第十章 实验十一

1、实验十一 传感器的简单使用【实验目的【实验目的】1.1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.2.了解传感器在技术上的简单应用。了解传感器在技术上的简单应用。【实验原理【实验原理】1.1.传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量( (力、热、光、声等力、热、光、声等) )转换成便转换成便于测量的量（一般是电学量）。于测量的量（一般是电学量）。2.2.工作过程如图：工作过程如图：【实验器材【实验器材】热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继

2、电器、滑动变阻器、开关、导线等。小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。 【实验过程【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性一、研究热敏电阻的热敏特性1.1.实验步骤实验步骤（1 1）按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；）按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；（2 2）把多用电表置于）把多用电表置于“欧姆欧姆”挡，并选择合适的挡位测出烧挡，并选择合适的挡位测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下此时温度计的示数；杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下此时温度计的示数；（3 3）向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，）向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数

3、和多用电表测量的热敏电阻的阻值；记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；（4 4）将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的）将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。阻值，并记录。2.2.数据处理数据处理（1 1）根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，）根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。分析热敏电阻的特性。次数次数带测量带测量温度温度/ /电阻电阻/ / （2 2）在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。线。（3 3）根据实验数据和）根据实验数据和R -t

4、R -t图线，得出结论：热敏电阻的阻值图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。二、研究光敏电阻的光敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性1.1.实验步骤实验步骤（1 1）将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所）将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，并将多用电表置于示电路连接好，并将多用电表置于“100”100”挡；挡；（2 2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；数据；（3 3）打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐）打

5、开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；（4 4）用手掌（或黑纸）遮光）用手掌（或黑纸）遮光, ,观察表盘指针显示电阻阻值的情观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。况，并记录。2.2.数据处理数据处理把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。结论：结论： 光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。变小，光照减弱电阻变大。 光照强度光照强度弱弱中中强强无光照射

6、无光照射阻值阻值/ / 【误差分析【误差分析】1.1.温度计读数带来的误差，可以选用精度高的温度计在较长时温度计读数带来的误差，可以选用精度高的温度计在较长时间内读数三次取平均值。间内读数三次取平均值。2.2.欧姆表的读数带来的误差，可以对同一温度、同一光照强度欧姆表的读数带来的误差，可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。下的电阻读数三次取平均值。【注意事项【注意事项】1.1.在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以在做热敏电阻实验时，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，并同时读出水温和电阻值。使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温和电阻值。

7、2.2.光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入光敏电阻实验中，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照射到光敏电阻上的光的带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。强度。3.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。欧姆表每次换挡后都要重新调零。热点热点 1 1 热敏电阻的实际应用热敏电阻的实际应用【典例【典例1 1】用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R RT T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将将R RT T和两个适

8、当的固定电阻和两个适当的固定电阻R R1 1、R R2 2连成如图甲虚线框内所示的连成如图甲虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻电路，以使电路的等效电阻R RL L的阻值随的阻值随R RT T所处环境温度的变化所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下他采用伏安法测量在不同温度下R RL L的阻值，测量电路如图乙所的阻值，测量电路如图乙所示，图中的电压表内阻很大。示，图中的电压表内阻很大。R RL L的测量结果如表所示。的测量结果如表所示。 温度温度t/t/ 30.030.040.

9、040.050.050.060.060.070.070.080.080.090.090.0R RL L阻值阻值/ /54.354.351.551.548.348.344.744.741.441.437.937.934.734.7回答下列问题：回答下列问题：(1)(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线。根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线。(2)(2)为了检验为了检验R RL L与与t t之间近似为线性关系，在坐标纸上作之间近似为线性关系，在坐标纸上作R RL L-t-t关关系图线。系图线。(3)(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙、丁在某一温度下，电路中的

10、电流表、电压表的示数如图丙、丁所示。电流表的读数为所示。电流表的读数为_，电压表的读数为，电压表的读数为_。此。此时等效电阻时等效电阻R RL L的阻值为的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约；热敏电阻所处环境的温度约为为_。 【标准解答【标准解答】（1 1）根据电路图连接实物图，）根据电路图连接实物图，R R1 1与与R RT T并联，再与并联，再与R R2 2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路。制整个电路。（2 2）根据表中数据，在）根据表中数据，在R RL L-t-t图像中描点，作图像中描点，作R RL L-t

11、-t图像为一条直图像为一条直线。线。(3)(3)读出电压读出电压U U5.00 V5.00 V，电流，电流I I115 mA115 mA。再由再由R RL L-t-t关系图线找出关系图线找出R RL L43.5 43.5 对应的温度对应的温度t t64.0 64.0 。LUR43.5 I，答案：答案：(1)(1)连线如图所示连线如图所示(2)R(2)RL L-t-t关系图线如图所示关系图线如图所示(3)115 mA(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 (62 5.00 V 43.5 64.0 (6266 66 均均正确正确) ) 热点热点 2 2 光敏电阻传感器的应用光敏电阻传

12、感器的应用【典例【典例2 2】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件随着光的照度而发生变化的元件( (照度可以反映光的强弱，光照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为越强照度越大，照度单位为lx)lx)。某光敏电阻。某光敏电阻R RP P在不同照度下在不同照度下的阻值如表：的阻值如表：照度照度/lx/lx0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2电阻电阻/k/k 75754

13、0402828232320201818(1)(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)(2)如图乙所示，当如图乙所示，当1 1、2 2两端所加电压两端所加电压上升至上升至2 V2 V时，控制开关自动启动照明时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给电路。给1 1、2 2两端提供电压，要求当两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至天色渐暗照度降低至1.0 lx1.0 lx时启动

14、照时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。明系统，在虚线框内完成电路原理图。( (不考虑控制开关对所设计电路的影响不考虑控制开关对所设计电路的影响) )提供的器材如下：提供的器材如下：光敏电阻光敏电阻R RP P( (符号符号 ，阻值见图表，阻值见图表) )直流电源直流电源E(E(电动势电动势3 V3 V，内阻不计，内阻不计) )；定值电阻：定值电阻：R R1 110 k10 k，R R2 220 k20 k，R R3 340 k40 k( (限选其中限选其中之一并在图中标出之一并在图中标出) )；开关；开关S S及导线若干。及导线若干。【标准解答【标准解答】 (1)(1)根据表中的数据，在

15、坐标纸上描点连线，得根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线。到如图所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。线性减小。(2)(2)因天色渐暗照度降低至因天色渐暗照度降低至1.0 lx1.0 lx时时启动照明系统，此时光敏电阻阻值启动照明系统，此时光敏电阻阻值为为20 k20 k，两端电压为，两端电压为2 V2 V，电源电，电源电动势为动势为3 V3 V，故应加上一个分压电，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为阻，分压电阻阻值为10 k10 k，即选，即选用用R R1 1；此电路的原理

16、图如图所示。；此电路的原理图如图所示。答案答案: :(1)(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见标准解答光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见标准解答光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)(2)电路原理图见标准解答图电路原理图见标准解答图1.“1.“嫦娥二号嫦娥二号”卫星上携带卫星上携带7 7件探测仪器，其中可能有件探测仪器，其中可能有( )( )A.A.味觉传感器味觉传感器 B.B.气体传感器气体传感器C.C.听觉传感器听觉传感器 D.D.视觉传感器视觉传感器【解析【解析】选选D D。“嫦娥二号嫦娥二号”卫星是为探测月球而发射的在轨卫星是为探测月球而

17、发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器，但需要的是为月球当然也用不到味觉传感器，但需要的是为月球“照相照相”的视觉的视觉传感器传感器CCDCCD立体相机。立体相机。2.2.（20122012浙江高考改编）为了测量储罐浙江高考改编）为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器的两块平行金属板构成的电容器C C置于储置于储罐中，电容器可通过开关罐中，电容器可通过开关S S与线圈与线圈L L或电源或电源相连，如图所示。当开关从相

18、连，如图所示。当开关从a a拨到拨到b b时，由时，由L L与与C C构成的回路中产生周期构成的回路中产生周期 的的振荡电流。当罐中的液面上升时振荡电流。当罐中的液面上升时( )( )T2LC A.A.电容器的电容减小电容器的电容减小B.B.电容器的电容增大电容器的电容增大C.LCC.LC回路的振荡周期减小回路的振荡周期减小D.LCD.LC回路的振荡频率增大回路的振荡频率增大【解析【解析】选选B B。液面上升时，两板间的电介质变多，根据电容。液面上升时，两板间的电介质变多，根据电容的决定式的决定式 知，电容器的电容知，电容器的电容C C增大，选项增大，选项B B正确、正确、A A错错误；根据振

19、荡电流的周期误；根据振荡电流的周期 可知，周期变大，由可知，周期变大，由 可知，频率变小，选项可知，频率变小，选项C C、D D错误。错误。rSC4 kdT2LC 1fT3.3.美国科学家美国科学家Willard S.BoyleWillard S.Boyle与与George E.SmithGeorge E.Smith因电荷耦合因电荷耦合器件（器件（CCDCCD）的重要发明荣获）的重要发明荣获20092009年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。CCDCCD是是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有 ( )( )A.A.发光

20、二极管发光二极管 B.B.滑动变阻器滑动变阻器C.C.霍尔元件霍尔元件 D.D.干电池干电池【解析【解析】选选C C。霍尔元件可以把磁场的磁感应强度转化为电学。霍尔元件可以把磁场的磁感应强度转化为电学量，所以霍尔元件可以作为传感器，量，所以霍尔元件可以作为传感器，C C正确；发光二极管具有正确；发光二极管具有单向导电性，单向导电性，A A错；滑动变阻器可以改变接入电路的电阻，错；滑动变阻器可以改变接入电路的电阻，B B错；错；干电池可作为电源，干电池可作为电源，D D错。错。 4.4.如图所示，一热敏电阻如图所示，一热敏电阻R RT T放在控放在控温容器温容器M M内；内； 为毫安表，量程为毫

21、安表，量程6 mA6 mA，内阻为数十欧姆；，内阻为数十欧姆；E E为直流为直流电源，电动势约为电源，电动势约为3 V3 V，内阻很小；，内阻很小；R R为电阻箱，最大阻值为为电阻箱，最大阻值为999.9 999.9 ；S S为开关。已知为开关。已知R RT T在在95 95 时的阻值为时的阻值为150 150 ，在，在20 20 时的阻值约为时的阻值约为550 550 ，现要求在降温过程中，现要求在降温过程中测量在测量在95 95 20 20 之间的多个温度下之间的多个温度下R RT T的阻值。的阻值。(1)(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。在图中画出连线，完成实验原理电路图。(2)

22、(2)完成下列实验步骤中的填空：完成下列实验步骤中的填空：a a依照实验原理电路图连线。依照实验原理电路图连线。b b调节控温容器调节控温容器M M内的温度，使得内的温度，使得R RT T的温度为的温度为95 95 。c c把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。d d闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I I0 0，并记录，并记录_。e e将将R RT T的温度降为的温度降为T T1 1(20 T(20 T1 195 )95 )；调节电阻箱，使得电；调节电阻箱，使得电流表的读数流表的读数_，记录，记录_。f f温

23、度为温度为T T1 1时热敏电阻的电阻值时热敏电阻的电阻值R RT1T1_。g g逐步降低逐步降低T T1 1的数值，直至的数值，直至20 20 为止；在每一温度下重复步为止；在每一温度下重复步骤骤e e、f f。【解析【解析】(1)(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联。大，因此电阻箱应与热敏电阻串联。(2)(2)本实验原理是当电路的电流相等时，外电路的总电阻相等，本实验原理是当电路的电流相等时，外电路的总电阻相等，所以所以95 95 和和T T1 1时电路的总电阻相等，有时电路的总电阻相等，有150 150

24、R R0 0R RT1T1R R1 1，即即R RT1T1R R0 0R R1 1150 150 。答案：答案：(1)(1)实验原理电路图如图所示实验原理电路图如图所示(2)d.(2)d.电阻箱的读数电阻箱的读数R R0 0 e e仍为仍为I I0 0 电阻箱的读数电阻箱的读数R R1 1f fR R0 0R R1 1150 150 5.(20145.(2014福州模拟福州模拟) )某实验小组进行某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特探究热敏电阻的温度特性性”实验实验, ,实验室提供如下器材实验室提供如下器材: :热敏电阻热敏电阻R Rt t( (常温下约常温下约8k)8k)、温度计、电流表、温

25、度计、电流表mAmA( (量程量程1 mA1 mA, ,内内阻约阻约200)200)、电压表、电压表V(V(量程量程3 V,3 V,内阻约内阻约10 k10 k) )、电池组、电池组E(4.5V,E(4.5V,内阻约内阻约1)1)、滑动变阻器、滑动变阻器R(R(最大阻值为最大阻值为20)20)、开关、开关S S、导线若干、烧杯和水。导线若干、烧杯和水。(1)(1)根据提供器材的参数将图甲所示的实物图中所缺的导线补根据提供器材的参数将图甲所示的实物图中所缺的导线补接完整。接完整。(2)(2)实验开始前滑动变阻器的滑动触头实验开始前滑动变阻器的滑动触头P P应置于应置于( (选填选填“a”a”或或

26、“b”)b”)端。端。(3)(3)利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值, ,画出画出该热敏电阻该热敏电阻R Rt t-t-t图像如图乙中的实测曲线图像如图乙中的实测曲线, ,与图中理论曲线相与图中理论曲线相比二者有一定的差异。除了偶然误差外比二者有一定的差异。除了偶然误差外, ,下列关于产生系统误下列关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法叙述正确的是差的原因或减小系统误差的方法叙述正确的是。( (填选填选项前的字母项前的字母) )A.A.电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大B.B.电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小C.C.温度升高到一定值后温度升高到一定值后, ,电流表应改为内接法电流表应改为内接法(4)(4)将本实验所用的热敏