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实验十一传感器的简单使用实验目的和器材实验目的1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.了解传感器在技术上的简单应用。实验器材热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。实验原理1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2.用闭合电路欧姆定律分析电学量的变化情况。3.工作过程如图：【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性1.实验步骤：(1)按图示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。(2)将热水和冷水分n次注入烧杯中,记录每一次温度值和两电表读数。(3)利用R=计算出每一次热敏电阻的阻值。UI2.数据处理：(1)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。次数待测量温度/℃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。(3)根据R-t图线,得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)。二、研究光敏电阻的光敏特性1.实验步骤：(1)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“×100”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。2.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。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω结论：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。【注意事项】1.在做热敏电阻实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温和电压、电流值。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。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。【实验改进】对于热敏电阻的特性,可用以下实验进行：如图所示,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针指在某一刻度,观察下述操作下的指针偏转情况：情况1：往RT上擦一些酒精。情况2：用吹风机将热风吹向电阻RT。根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性。实验分析：“情况1”中指针左偏,说明RT的阻值增大。酒精蒸发吸热,温度降低,所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。“情况2”中指针右偏,说明RT的阻值减小。电阻RT温度升高,故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。优点：改进后的实验简单易操作,能很快得出结论。热点1热敏电阻的实际应用【例证1】如图,一热敏电阻RT放在控温容器M内;为毫安表,量程6mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9Ω;S为开关。已知RT在95℃时的阻值为150Ω,在20℃时的阻值约为550Ω。现要求在降温过程中测量在95～20℃之间的多个温度下RT的阻值。(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。(2)完成下列实验步骤中的填空。①依照实验原理电路图连线。②调节控温容器M内的温度,使得RT温度为95℃。③将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全。④闭合开关。调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录。⑤将RT的温度降为T1(20℃T195℃);调节电阻箱,使得电流表的读数,记录。⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1=。⑦逐步降低T1的数值,直至20℃为止;在每一温度下重复步骤⑤⑥。【解题探究】实验只有一个可以用来测量或观察的电流表,如何根据题目给出的条件和器材测出不同温度下RT的阻值?提示：可以用“替代法”,用电流表观察。将RT、R和电流表串联形成测量电路,因为95℃和20℃时的阻值是已知的,如果实验初始温度是95℃或20℃,那么在任意温度下,通过调节R均可使该温度下的电流和初始电路的电流相同,说明两个状态下电路总电阻相同,那么可以根据初始电路的总电阻和该状态下R的阻值求出RT的阻值。【解析】(1)根据所给器材,要测量在不同温度下RT的阻值,只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路,如图所示。(2)依照实验原理电路图连线;调节控温容器M内的温度,使得RT温度为95℃,此时RT阻值为150Ω,将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全;闭合开关,调节电阻箱,记录毫安表的示数I0,并记录电阻箱的读数R0,根据欧姆定律有：I0=将RT的温度降为T1(20℃T195℃);调节电阻箱,使得毫安表的读数仍为I0,记录电阻箱的读数为R1,根据欧姆定律：解得：RT1=R0-R1+150Ω。A0ERR150；0A1T1A0A1T1EEEIRRRRR150RRR，则：，答案：(1)见解析(2)④电阻箱的读数R0⑤仍为I0电阻箱的读数为R1⑥R0-R1+150Ω热点2光敏电阻传感器的应用【例证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：照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018(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阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。甲(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2V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1.0lx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)乙提供的器材如下：光敏电阻RP(符号,阻值见图表)直流电源E(电动势3V,内阻不计);定值电阻：R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。【解题探究】(1)当照度降低至1.0lx时,光敏电阻的阻值如何确定?阻值为多少?提示：由题干中表格数据可得阻值为20kΩ。(2)如何使光敏电阻两端的电压达到2V?提示：依据串联电路的分压原理,串联一个合适的分压电阻。【解析】(1)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。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。(2)因天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,此时光敏电阻阻值为20kΩ,两端电压为2V,电源电动势为3V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10kΩ,即选用R1;此电路的原理图如图所示。答案：(1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线见解析光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见解析图