1、实验十一：传感器的简单使用,1.实验目的,(1)知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.(2)能够通过实验探究“光敏电阻和热敏电阻的特性”.(3)了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计,方案.,2.实验原理,非电学,测量的量,(1)传感器：传感器是将所感受到的诸如力、热、光、声、化学成分等_ 量转换成便于_( 一般是电压、电流等电学量)的一类元件.(2)传感器的一般应用模式：由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理.(如图 S11-1所示),图 S11-1,工作过程：敏感元件将感受到的物理量按一定
2、规律转换成,便于测量的量，如下所示.,(3)传感器的分类：力电传感器、热电传感器、光电传感器、声电传感器、电容式传感器、磁电传感器、超声波传感器、气敏传感器等.,(4)常见传感器元件,力学,电学,力电传感器：把_(位移、速度、加速度等)信号转化为_(电压、电流等)信号.光敏电阻：无光照时，载流子(可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子)极少，阻值较大；随着光照的增强，载流子增多，阻值减小.能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量.,热敏电阻：利用半导体材料制成，其电阻阻值随温度的升高而减小，能把_这个热学量转换为_这个电,学量.,温度,电阻,温度传感器,电阻,金属热电阻：有些金属的
3、电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制成_，称为热电阻，能把温度这个热学量转换为_这个电学量.,3.实验器材铁架台、热敏电阻、光敏电阻、多用电表、烧杯、温度计、冷水、热水、强光源、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、导线、开关等.,4.实验过程,减小,增大,减小,(1)研究热敏电阻的热敏特性.热敏电阻的阻值随温度的升高而_，随温度的降低而_.(2)研究光敏电阻的光敏特性.光敏电阻在光照加强的条件下，其阻值逐渐_.,5.注意事项,(1)在研究电阻的热敏特性时，热敏电阻、烧杯、温度计易,破损，忌用温度计当搅拌器.,(2)实验时，加热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
4、水温.,(3)在做光敏电阻实验中，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射到光敏电阻上的光的多少.,(4)欧姆表每次换挡后都要重新调零.,(5)当传感元件需要接入电路中时，要注意它的电学参数.,【基础自测】,1.关于光敏电阻，下列说法正确的是(,),A.受到光照越强，电阻越小B.受到光照越弱，电阻越小C.它的电阻与光照强弱无关D.以上说法都不正确解析：光照增强时，光敏电阻中载流体增多，所以导电能力增强，电阻越小.答案：A,2.关于霍尔元件，下列说法正确的是(,),A.把温度这个热学量转化为电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量C.把力这个力学
5、量转化为电压这个电学量D.把光照这个光学量转化为电阻这个电学量答案：B,3.街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了,),自动控制.这是利用半导体的(A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用答案：B,4.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图 S11-2 所示装置.向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值 R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为 60 ，发现多用电表的指,),针偏转角度较大，则下列说法正确的是(图 S11-2,A.应选用电流挡，温度升高换用大量程测
6、量B.应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡,解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源故不能用电流表，A、B 均错误，当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C 错误，D 正确.,答案：D,考点 1,温度传感器的应用,【典题 1】(2018 年新课标卷)某实验小组利用如图S11-3甲所示的电路探究在 25 80 范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻 RT，其标称值(25 时的阻值)为 900.0 ；电源 E(6 V，内阻可
7、忽略)；,电压表,(量程 150 mV)；定值电阻 R0(阻值 20.0 )，滑动变阻,器 R1(最大阻值为 1000 )；电阻箱 R2(阻值范围 0999.9 )；单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2.,实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0C，实验得到的R2t数据见下表.,甲,乙,丙,图 S11-3回答下列
8、问题：(1)在闭合 S1 前，图甲中 R1 的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端.,(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做 出,R2-t 曲线.,(3)由图乙可得到 RT 在 25 80C 范围内的温度特性，当,t44.0 时，可得 RT_.,(4)将 RT 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图丙所示，,该读数为_，则手心温度为_.,解析：(1)题图甲的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1 前，R1 应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即题图甲中的 R1 的滑片应移到 b 端.,(2)将 t60 和 t70 对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线
9、过尽可能多的数据点画出 R2-t 图象.(3)根据题述实验过程可知，测量的 R2 数据等于对应的热敏电阻 RT 的电阻值.由画出的 R2-t 图象可知，当 t44.0 时，对应的 RT450 .,(4)由画出的 R2-t 图象可知，当 RT620.0 ，则手心温度,t33.0 .,答案：(1)b (2)如图 D68 所示.图 D68,(3)450(440.0460.0),(4)620.0,33.0,考点 2,光电传感器的应用,【典题 2】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，光越强照
10、度越大，照度单位为 lx).某光敏电阻 Rp 在不同照度下的阻值如下表所示：,(1)根据表中数据，请在给定的坐标系(图 S11-7)中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点.,图 S11-4,(2)如图 S11-5 所示，当 1、2 两端所加的电压上升至 2 V 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电路.给 1、2 两端提供电压，要求当天色渐暗、照度降低至 1.0 lx时启动照明系统，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),图 S11-5,提供的器材如下：,光敏电阻 Rp(符号,，阻值见上表)；,直流电源 E(电动势 3 V，内阻不计
11、)；定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关 S 及导线若干.,审题突破：光敏电阻的特点是当光照增强时载流子增多，导电能力增强，电阻变小；当光照减弱时载流子减少，导电能力减弱，电阻变大.要求在天色渐暗，照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，此时光敏电阻较大，让光敏电阻与控制开关并联即可.,答案：(1)如图 S11-6 所示.特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而非线性减小.(2)如图 S11-7 所示.,图 S11-6,图 S11-7,方法技巧：这类题目设问虽很新颖独特，但所依据的物理原理、实验方法、实验器材却是课本上的基本实验中用过的，试题设问一
12、般不难；只要平时学习或复习时对课本中的基本实验(原理)能够深刻理解，对涉及的基本实验器材能够熟练运用，注意将物理习题中的结论向物理实验迁移，分析问题时能灵活变通，不墨守成规，解决此类问题定可驾轻就熟.,考点 3,力电传感器的实际应用,【典题 3】某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为 k)，如图 S11-8 所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为 0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U.图 S11-8,请完成对该物体质量的测量：,(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且
13、使调节范围尽可能大，在虚线框中画出完整的测量电路图.,(2)简要说明测量步骤，求出比例系数 k，并测出待测物体,的质量 m.,审题突破：力电转换器虽然是一个全新的仪器，但它与其他所有的测量仪器一样，要有一个“调零”的过程.仔细审题，题目中有很多重要的暗示，挖掘这些信息即是我们解决问题的关键.“测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U”“该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)”，所以输出电压Ukmg.题目要求“力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大”，这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式连接，有了设计电路才可以进行测量步骤.,答案：(1)如图 D69 所示.,图 D69,(2)测量步骤如下：,调节滑动变阻器，使转换器空载时的输出电压为零. 将质量为 m0 的砝码放在转换器的受压面上，记下输出电,
