79　第十二章　第70课时　利用传感器制作简单的自动控制装置(实验课)

第十二章交变电流电磁波传感器第70课时利用传感器制作简单的自动控制装置(实验课)[学习目标]

1．掌握制作传感器的常用元件，了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。2．能利用传感器制作简单的自动控制装置。一、五种敏感元件的作用和特点敏感元件作用特点热敏电阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下，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金属热电阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，随温度的降低而减小敏感元件作用特点光敏电阻将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，随光照强度的减弱而增大霍尔元件将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量压敏电阻将压力这个力学量转换为电阻这个电学量压敏电阻的阻值随压力的变化而变化二、实验过程1．观察光敏电阻的特性(1)将光敏电阻与电阻表按图连成电路。(2)将光敏电阻受光面置于有光线照射的地方，观察电阻表的读数，记录光敏电阻的阻值。(3)用黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，移动黑纸片，使光敏电阻接收到的光线出现稍暗、较暗、最暗几种情况，观察这几种情况下光敏电阻阻值的变化，并把相应的阻值记录下来，如下表。结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω

2．研究热敏电阻的热敏特性(1)如图所示，将NTC热敏电阻及温度计放入盛有热水的烧杯中。用多用电表测量热敏电阻的阻值，同时用温度计测出水温。倒入少许冷水，改变烧杯中水的温度，再次测量电阻值与水温。(2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。(3)把记录的数据画在R-T图中，得到图像如图乙所示。次数待测量123456温度/℃

电阻/Ω

三、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．作R-T图像时的不规范易造成误差。四、注意事项1．在做热敏电阻的热敏特性实验时，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，可将光敏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．电阻表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。类型1

教材原型实验[典例1]

(2025·江西卷)热敏电阻的阻值随温度的变化而改变，通过建立温度与热敏电阻两端电压的关系，可制作一简易的温度传感器，进而实现温度测量。如图(a)所示，RT为热敏电阻，R0为匹配电阻，电源电动势为E(内阻不计)，数字电压表V(内阻视为无穷大)用于测量热敏电阻两端的电压Uout。(1)由图(a)可得Uout的表达式为______________。(2)已知某热敏电阻从20℃升温到100℃时，其阻值从10kΩ单调减小到0.5kΩ。为了合理配置R0的阻值，用电阻箱R1代替该热敏电阻RT进行实验。经数据处理得到不同R0值对应的Uout-R1关系图线，如图(b)所示，分析可知应选图线____对应的R0作为匹配电阻，可使Uout在更宽范围内对RT变化的响应更灵敏。(3)选定匹配电阻R0后，按图(a)连接电路，改变热敏电阻的温度T，测量其两端的电压Uout，并尝试用二次多项式进行数据拟合，得到温度T(℃)与Uout(V)的关系。

乙

(4)用已标定的温度传感器进行实验，记录数据，如下表所示，其中T为测量温度，Tb为标准温度，ΔT＝T－Tb。表中绝对误差最大和最小的测量温度值T分别为________℃和________℃。除元器件的精度和稳定性之外，分析该温度传感器测量误差的主要来源：_________________________________________________________。T(℃)29.634.038.042.247.051.655.066.170.2Tb(℃)31.436.440.544.548.752.555.865.770.0ΔT(℃)－1.8－2.4－2.5－2.3－1.7－0.9－0.80.40.238.0

70.2

匹配电阻R0的阻值不太合适或选用二次多项式进行数据拟合不够精确

[典例2]

(2024·广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路，所用器材有：电源E(电动势3V)、电压表

和

(量程均有3V和15V，内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干。图乙是实物图，图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。(1)电路连接。图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表

间的实物图连线。(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的滑片置于_____端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。

的示数如图丙所示，读数U1为______V，U2的示数为1.17V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(选填“较大”或“较小”)。③断开S。见解析图b

1.60

较大(3)光源跟踪测试。①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2，图乙中的电动机带动电池板________(选填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至_________时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。逆时针U1＝U2[解析]

(1)电路连线如图。(2)①将题图甲中R的滑片置于b端。②电压表

量程为3

V，最小刻度为0.1

V，则U1的读数为1.60

V；由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大，说明表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。(3)由于两电压表的示数U1<U2，可知RG1光照强度较大，则电动机带动电池板逆时针转动，直至U1＝U2时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。类型2

探索创新实验[典例3]智能手机大都配有气压传感器，当传感器所处环境气压变化时，其电阻也随之发生变化。某实验小组在室温下用伏安法探究某气压传感器阻值Rx随气压p变化的规律，如下表所示。实验使用了如下器材中的一部分：A．气压传感器B．直流电源，电动势9V，内阻不计C．电流表A1，量程为0～60mA，内阻不计D．电流表A2，量程为0～600mA，内阻不计E．电压表V，量程为0～3V，内阻为3kΩF．定值电阻R1＝6kΩG．滑动变阻器R，最大电阻值约为20ΩH．开关S与导线若干p/(×105Pa)0.850.900.951.001.051.10Rx/(Ω)482420361300238180(1)实验小组使用了图甲实验电路原理图，某次测量时，电压表示数如图乙所示，电压表示数为________V。(2)根据表格的数据，实验小组所选的电流表为________(选填“A1”或“A2”)。(3)当气压传感器所处环境气压为p时，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则气压传感器的阻值Rx＝________(用U和I表示)。(4)若电压表的实际内阻小于3kΩ，则测得的气压传感器的阻值与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。2.50

A1

偏小

【创新点解读】

智能手机大都配有气压传感器，当传感器所处环境气压变化时，其电阻也随之发生变化。[典例4]

(2025·南京一模)酒驾严重危害交通安全，“喝酒不开车”已经成为准则。酒精检测仪核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图甲所示。某同学想利用该酒精气体传感器及实验室如下器材设计一款酒精检测仪。A．干电池组(电动势E＝3.0V，内阻r＝1.3Ω)B．电压表V(满偏电压0.6V，内阻未知)C．电阻箱R1(最大阻值9999.9Ω)D．电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)E．多用电表F．开关及导线若干(1)该同学用选择开关指向电阻挡“×100”挡位，且已经欧姆调零的多用电表测量电压表的内阻大小时，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成电阻挡的________(选填“×1k”或“×10”)挡位，然后进行欧姆调零，再次测量电压表的内阻值，其表盘及指针所指位置如图乙所示，则测量的电压表的内阻为________Ω(结果保留两位有效数字)。该同学进一步用其他方法测得其准确值与多用电表测得的电压表内阻值相等。(2)该同学设计的测量电路如图丙所示，他首先将电压表与电阻箱R1串联改装成量程为0～3V的电压表，则应将电阻箱R1的阻值调为________Ω。×10

80

320

(3)该同学想将酒精气体浓度为0的位置标注在电压表上0.4V处，则应将电阻箱R2的阻值调为________Ω。(4)完成步骤(3)后，某次在实验室中测试酒精浓度时，电压表指针如图丁所示。已知酒精气体浓度在0.2～0.8mg/mL之间属于饮酒驾驶；酒精气体浓度达到或超过0.8mg/mL属于醉酒驾驶，则该次测试的酒精气体浓度在________(选填“酒驾”或“醉驾”)范围内。32

醉驾

【创新点解读】

本实验利用酒精气体传感器，将酒精气体浓度转化为容易测量的电阻。课时作业(七十)利用传感器制作简单的自动控制装置(实验课)1．某同学利用热敏电阻自制了一个简易温度计，其内部电路装置如图甲所示，使用的器材有：直流电源(E＝4.5V，内阻不计)、毫安表(量程未知)、电阻箱R(最大阻值为999.9Ω)、热敏电阻一个、开关S1和S2、导线若干。题号1324

题号1324840.0

10

60

(2)将开关S2接至b端，闭合开关S1，该温度计开始工作，为了得到摄氏温度与电流之间的关系，该同学通过查阅资料，发现自己使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其阻值在测量范围(包括0℃)内随摄氏温度的降低而线性增加，比例系数为k(k<0)，已知该电阻在0℃时的阻值为R0，则该简易温度计所测摄氏温度t与电流I之间满足t＝___________(用E、k、R0、Rg、I表示)。

题号1324

题号13242．(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、开关和导线若干。题号1324(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1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2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(选填“正极”或“负极”)。题号1324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3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”)。题号1324A

A

C(或D)

②图4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”)。题号1324减小(3)组装光强报警器电路并测试其功能，图5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。题号1324增大[解析]

(1)使用多用电表时，通过多用电表的电流流遵循“红进黑出”，使用多用电表的电阻挡时，当黑表笔与M端接触、红表笔与N端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2可知此时多用电表指针位于a位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M端为二极管的负极。题号1324(2)①由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应接A接线柱，L3另一端应接C(或D)接线柱。②I-U图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻值，由题图4可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。题号13243．(2025·贵州贵阳模拟)电子秤能够准确地测量物体的质量，其中半导体薄膜压力传感器是其关键的电学元件。半导体薄膜压力传感器在压力作用下会发生微小形变，其阻值RF随压力F变化的图线如图甲所示。某学习小组利用该元件和电流表等器材设计了如图乙所示的电路，尝试用该装置测量物体的质量。已知图乙中电源电动势为3.6V(内阻未知)，电流表的量程为0～30mA，内阻为9.0Ω，重力加速度g取10m/s2。请回答以下问题：题号1324(1)实验时发现电流表量程偏小，需要将其量程扩大为0～0.3A，应该给电流表________(选填“串联”或“并联”)一个阻值为________Ω的电阻。(2)用改装后的电流表按图乙所示的电路图进行实验，压力传感器上先不放物体，闭合开关S，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表指针满偏。保持滑片P位置不变，然后在压力传感器上放一物体，电流表的示数为0.2A，此时压力传感器的阻值为____________Ω，则所放物体的质量m＝________kg。(3)写出放到传感器上的物体的质量m与电流表的示数I满足的函数关系式m＝_____________(表达式中除m、I外，其余物理量均代入数值)。题号1324并联1

11

0.6

题号13244．(2025·浙江杭州模拟)磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系。所用器材：电源E(6V)、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、电压表(量程为0～3V，内阻为2kΩ)、毫安表(量程为0～3mA，内阻不计)、定值电阻R0＝1kΩ、开关、导线若干。题号1324(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，实验小组设计了电路如图甲所示，请用笔画线代替导线在图乙中将实物连线补充完整。(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V，电流表读数为0.5mA，则此时磁敏电阻的阻值为________Ω。(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示，某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0V，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过2.0V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2T，则图中________(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留两位有效数字)。题号1324见解析图1.30

3900

R2

2.8

题号1324章末巩固(十二)交变电流电磁波传感器一、单选题1．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特点之一为具有超高速的数据传播速率，5G信号一般采用3.3×109～6×109Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G采用的是1.88×109～2.64×109Hz频段的无线电波，则下列说法正确的是(

)A．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象B．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快C．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站D．5G信号比4G信号波长更长√题号13524687C

[空间中的5G信号和4G信号的频率不同，不会产生干涉现象，故A错误；5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播速度一样，均等于光速，故B错误；5G信号相比于4G信号的频率高，波长短，更不容易发生衍射，所以5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故C正确，D错误。]题号135246872．(2025·海南卷)某同学设计了如图所示的光控照明电路，电源电动势为3V(内阻不计)，R1、R2为光敏电阻或定值电阻，光敏电阻阻值随光照强度变化如表所示，当光照强度低至1.0lx时，1、2两端电压升至2V，此时照明设备启动，不考虑控制开关对电路的影响，则(

)A．R1是光敏电阻，R2是10kΩ定值电阻B．R1是光敏电阻，R2是40kΩ定值电阻C．R2是光敏电阻，R1是10kΩ定值电阻D．R2是光敏电阻，R1是40kΩ定值电阻√题号13524687光照强度(lx)0.60.81.01.2…阻值(kΩ)28232018…

题号135246873．(2025·云南昆明模拟)如图甲所示，在LC振荡电路实验中，多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T，如图乙所示，以C为横坐标、T2为纵坐标，将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据，则(

)A．电路中的磁场能最大时，电容器板间电场能最大B．电容器板间电场强度增大时，电路中电流正在增大C．电容器带电荷量最大时，电路中电流最大D．可由T2-C图像计算线圈的自感系数√题号13524687

题号13524687

√题号13524687

题号13524687二、多选题5．如图甲所示，理想变压器的原线圈匝数为n1，连接一个理想交流电流表，副线圈接入电路的匝数n2可以通过滑动触头P调节，副线圈接有定值电阻R0和力敏电阻R，力敏电阻的阻值R与所受压力大小F的对应关系如图乙所示。物块m置于力敏电阻上，保持原线圈输入的交流电压不变。下列说法正确的是(

)A．只减小物块对R的压力，电流表的示数增大B．只增大物块对R的压力，R0两端的电压增大C．只将滑动触头P向左滑动，电流表的示数增大D．只将滑动触头P向右滑动，R0两端的电压增大√√题号13524687AD

[根据题图乙，压力减小，力敏电阻阻值减小，副线圈中电流增大，则原线圈中电流也增大，即电流表的示数增大，A正确；压力增大，力敏电阻阻值增大，副线圈中电流减小，则R0两端的电压减小，B错误；滑动触头P向左滑动，副线圈匝数减小，由于原线圈输入电压不变，因此副线圈输出电压减小，则副线圈中电流减小，原线圈中电流也减小，即电流表的示数减小，C错误；滑动触头P向右滑动，副线圈匝数增大，副线圈输出电压增大，电阻R0分得的电压增大，D正确。]题号135246876．(2024·海南卷)电动汽车充电站变压器输入电压为10kV