04 实验十三　利用传感器制作简单的自动控制装置 【正文】听课手册

实验十三利用传感器制作简单的自动控制装置热敏电阻的理解及应用一、实验器材与步骤1.按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.2.把多用电表置于“电阻”挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数.3.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值.4.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.二、数据处理1.根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性.次数123456温度(℃)电阻(Ω)2.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线,如图所示.3.根据实验数据和R⁃t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.例1[2024·贵州卷]某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律,探测温度控制室内的温度.选用的器材有:热敏电阻RT;电流表G(内阻Rg为240Ω,满偏电流为Ig);定值电阻R(阻值为48Ω);电阻箱R0(阻值0~999.9Ω);电源E(电动势恒定,内阻不计);单刀双掷开关S1、单刀单掷开关S2;导线若干.请完成下列步骤:(1)该小组设计了如图甲所示的电路图.根据图甲,完成图乙中的实物图连线.(2)开关S1、S2断开,将电阻箱的阻值调到(选填“最大”或“最小”).开关S1接1,调节电阻箱,当电阻箱读数为60.0Ω时,电流表示数为Ig.再将S1改接2,电流表示数为Ig2,断开S1.得到此时热敏电阻RT的阻值为(3)该热敏电阻RT阻值随温度t变化的RT⁃t曲线如图丙所示,结合(2)中的结果得到温度控制室内此时的温度约为℃.(结果取整数)

(4)开关S1接1,闭合S2,调节电阻箱,使电流表示数为Ig.再将S1改接2,如果电流表示数为Igk(k>0),则此时热敏电阻RT=Ω(用k表示),根据图丙即可[反思感悟]

光敏电阻传感器的应用一、实验器材与步骤1.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器等按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“电阻”挡.2.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.3.打开电源,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.4.用手掌(或黑纸)遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.二、数据处理1.把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性.光照强度弱中强无光照射阻值/Ω2.根据实验数据得出结论:光敏电阻在被光照射时阻值发生变化,光照增强则电阻变小,光照减弱则电阻变大.例2[2024·河北卷]某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤.某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农.该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0~20V)、数字电流表(0~20mA)、滑动变阻器R(最大阻值50Ω,1.5A)、白炽灯、可调电阻R1(0~50kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等.(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10k”电阻挡测量二极管的电阻.如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙).由此判断M端为二极管的(选填“正极”或“负极”).

(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成.要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始.导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的、、接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”).

②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强.由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而(选填“增大”或“减小”).

(3)组装光强报警器电路并测试其功能图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路.组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光.

工作模式传感器种类压敏电阻压力电学量气敏电阻气体浓度电学量磁敏电阻磁感应强度电学量考向一压敏电阻例3[2024·重庆八中模拟]高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅.如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图,其中R是压敏电阻,质量m0=500kg的秤台平放在压敏电阻上,被称汽车停放在秤台上.已知电路中电源电动势为26V、内阻r=10Ω,电流表量程为0~0.3A、内阻RA=10Ω,滑动变阻器R'的最大阻值为500Ω.如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线.某设计人员对电流表上刻度重新赋值,使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量,他先后进行了以下操作.重力加速度g取10m/s2.甲(1)断开开关S,撤去秤台上的汽车,把多用电表的旋钮旋到电阻挡“×10挡”,通过正确调零后,用红、黑表笔接在压敏电阻两端,多用电表的表针指到如图丙所示位置,则压敏电阻R此时的电阻值为Ω.

(2)闭合开关S,设计人员通过调节滑动变阻器,使电流表读数为0.10A,并在此处标注为0kg,则此时滑动变阻器R'接入电路的电阻值为Ω;2500kg处应标注在A处.

(3)设计人员按上述操作逐个刻度赋值后,经长时间使用,发现电池的电动势略有减小、内阻有所增大.他重新调节滑动变阻器,使秤台空载时电流表读数仍为0.10A,然后再去测量汽车的重量.你认为现在的测量值相比汽车真实重量(选填“偏大”“偏小”或“不变”).

[反思感悟]考向二气敏电阻例4[2024·全国甲卷]电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化.在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下,通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压,建立电压与氧气含量之间的对应关系,这一过程称为定标.一同学用图甲所示电路对他制作的一个氧气传感器定标.实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%).(1)将图甲中的实验器材间的连线补充完整,使其能对传感器定标;(2)连接好实验器材,把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口;(3)把滑动变阻器的滑片滑到端(选填“a”或“b”),闭合开关;

(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为1mA,记录电压表的示数U;(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和(4);(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图乙中;氧气含量为20%时电压表的示数如图丙,该示数为V(结果保留2位小数).现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA,此时电压表的示数为1.50V,则此瓶气体的氧气含量为%(结果保留整数).

考向三磁敏电阻例5磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁场中电阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系.所用器材:电源E,开关S,滑动变阻器R(最大阻值为20Ω),电压表(内阻约为3000Ω)和毫安表(可视为理想电表).(1)在图甲所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图.(2)实验时,将磁敏电阻置于待测磁场中,记录不同磁感应强度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为6.2V和2.8mA,则此时磁敏电阻的阻值为kΩ(保留两位有效数字).实验中得到的该磁敏电阻阻值R磁随磁感应强度B变化的曲线如图乙所示.

(3)某次测量中,测得磁敏电阻的阻值为10.0kΩ,此时磁感应强度为T(保留两位有效数字).

(4)太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流,当太阳风激烈爆发时,可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难.某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的探测磁感应强度的报警器,其电路的一部分如图丙所示.图中E为直流电源(