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11．3实验：传感器的简单使用知识清单考点整合集中记忆一、实验目的了解常见传感器元件的作用．探究热敏电阻、光敏电阻的特性．二、实验原理传感器将感受到的非电学量(力、热、光、声等)，转换成便于测量的电学量．三、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、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．四、实验过程研究热敏电阻的特性(1)按如图所示连接好实物．(2)将热水分几次注入烧杯中，测量每次水的温度和热敏电阻的阻值．(3)总结：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．研究光敏电阻的特性(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图连接，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．(3)打开电源，让小灯泡发光，调节灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察光敏电阻的变化情况．(4)用黑纸遮光时，观察光敏电阻的变化情况．(5)总结：光照增强光敏电阻变小，光照减弱光敏电阻变大．考点讲练考点突破针对训练考点一热敏电阻的特性与应用1．热敏电阻的特性：热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大．2．热敏电阻的作用：将温度这个热学量转换为电阻这个电学量．如图甲所示是某同学探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律时设计的电路图．(1)根据电路图，在图乙的实物上连线．(2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________．(3)他将这个热敏电阻接入如图所示的电路中，已知电源电压为9V，R1＝30Ω，内阻不计的电流表读数为0.5A，则R2的阻值为________．【答案】(1)连接实物图如图所示(2)减小(3)25Ω【解析】(2)由热敏电阻伏安特性曲线可知：随电流、电压的增大，电功率增大，温度升高，曲线上的点与原点连线的斜率也增大，因此热敏电阻的阻值减小．(3)电流表内阻不计，则通过R1的电流I1＝ER1＝930A＝0.3A.通过R2和R的电流为I2＝IA－I1＝0.5A－0.3A＝0.2A，由R的伏安特性曲线可以读出，当I2＝0.2A时，R两端的电压为U＝4V，则R2两端的电压U2＝E－U＝5V，所以R2＝U2I2＝50.2Ω＝25Ω.(2017·江苏)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示：t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干．为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)．(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)．(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)．(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是________．(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω【答案】(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①【解析】(1)由表格数据知，当温度为30℃时，热敏电阻阻值为199.5Ω，继电器的阻值R0＝20Ω，当电流为15mA时，E＝I(Rt＋R0)＝3.3V，所以电源选E2，80℃时，热敏电阻阻值Rt＝49.1Ω，则E2＝I(Rt＋R0＋R)，此时变阻器阻值R＝330.9Ω，所以变阻器选择R2；(2)多用电表做电压表测量电压，旋钮旋至直流电压挡C处；(3)若只有b、c间断路，表笔接入a、b时，整个回路断路，电表指针不偏转，接入a、c时电流流经电表，故指针偏转；(4)50℃时，热敏电阻阻值为108.1Ω，所以应将电阻箱阻值调至108.1Ω，调节变阻器，使衔铁吸合，再将电阻箱换成热敏电阻，故顺序为⑤④②③①.(2016·课标全国Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节．已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．(2)电路中应选用滑动变阻器______(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________________________________________．②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_______________________________________．(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．【答案】(1)连线如解析图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警【解析】(1)电路如图所示．(2)在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围是1820×10－3Ω＝900Ω≤R≤1810×10－3Ω＝1800Ω.报警器的电阻是650.0Ω，所以滑动变阻器阻值的取值范围在250Ω到1150Ω之间，所以滑动变阻器应该选R2.(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻，阻值应为650.0Ω，滑动变阻器刚开始应置于b端，若置于另一端，接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏；实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警．考点二光敏电阻的特性与应用1．光敏电阻的特性：光照增强光敏电阻变小，光照减弱光敏电阻变大．2．光敏电阻的作用：将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．(2018·河南模拟)某光敏电阻阻值随光强变化的关系如下表所示：“光强(E)”表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)]光强E/cd123456光敏电阻R/Ω36181297.26小明为此设计了一个路灯自动控制电路如图1所示，光敏电阻R、电阻箱R1和继电器组成了一个简单光控电路，继电器线圈的电阻为r＝200Ω.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝8V，内阻可以不计，图中的“电源”接入照明电路(1)为了达到日出灯熄，日落灯亮的效果，应该把路灯接________端(选填“AB”或“CD”)．(2)如果要使外界光强达到3cd时路灯自动熄灭，电阻箱R1接入电路的电阻值应为________Ω.(3)电路连接好后，小明用手挡住光敏电阻，发现电路不工作．为排查电路故障，他用多用电表测量各接点间的电压，则应将图2所示的选择开关旋至________(选填“A”、“B”、“C”或“D”)处．小明测得光敏电阻R两端的电压为0，电阻箱R1两端的电压为8V．由此可知，该电路的故障为________．(4)小明排除故障后，电路能顺利工作了．只是发现路灯亮的有点早，为此，他应该将电阻箱R1的阻值适当调________(选填“大”或“小”)一点．【答案】(1)AB(2)188(3)C(4)电阻箱R1断路(5)小【解析】(1)当光线变暗，光强变小时，光敏电阻阻值变大，控制电路的电流会减小，电磁继电器对衔铁的吸引力变小，在弹簧的拉力作用下，衔铁将向上运动，与上面触点接触，要让路灯工作，应该将路灯接在AB端；(2)当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．由闭合电路欧姆定律得：R1＝EI－r－R，由表格可知，当光强达到3cd时光敏电阻R的阻值为12Ω，将E＝8V，I＝20mA，r＝200Ω代入得，R1＝188Ω；(3)由于控制电路用的是8V的直流电源，所以多用电表应选用10V直流电压挡，即将选择开关旋至C；电阻箱R1两端的电压为电源的电压8V，说明其接线或内部某处断路；(4)为了使路灯稍晚点才亮，即光敏电阻阻值变得大点，而继电器的工作电流还是20mA不变，所以应将电阻箱接入电路的阻值调小点．一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ，当供电电压等于24V时能正常工作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100Ω、黑暗时为1000Ω、允许通过的最大电流为3mA；电源E的电压为36V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0Ω～100Ω、允许通过的最大电流为0.4A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如上图所示，设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号．【解析】滑动变阻器阻值远小于P的电阻，为了能控制臭氧发生器，应该使用滑动变阻器的分压式连接，有光照时P能正常工作，无光照时P不工作．电路如下：考点三传感器实验拓展除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：1．压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)．2．气敏电阻：将气体浓度转换电学量(电阻)．3．光电管：将所收到的光信号转换成电信号．4．电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)．5．霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压)．6．弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)．(多选)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示，传感器固定在圆盘附近，圆盘上固定4个小磁体．在a、b间输入方向由a到b的恒定电流，圆盘转动时，每当磁体经过霍尔元件，传感器c、d端输出一个脉冲电压，检测单位时间内的脉冲数可得到圆盘的转速．关于该测速传感器，下列说法中正确的有()A．在图示位置时刻d点电势高于c点电势B．圆盘转动越快，输出脉动电压峰值越高C．c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍D．增加小磁体个数，传感器转速测量更准确【答案】CD【解析】A项，霍尔元件有电子或空穴导电，根据左手定则，载流子向上表面偏转，即c点，所以c点电势不一定高于d点，故A项错误；B项，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽厚分别为a、b、c，有qUb＝qvB，所以U＝Bbv，输出脉动电压峰与圆盘转动快慢无关．故B项错误；C项，当小磁体靠近霍尔元件时，就是会产生一个脉冲电压，因此c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转动频率的4倍，即为转速的4倍，故C项正确；D项，当增加小磁体个数，传感器c、d端输出一个脉冲电压频率变高，那么传感器转速测量更准确，故D项正确．图1是某同学设计的电容式位移传感器原理图，其中右板为固定极板，左板为可动极板，待测物体固定在可动极板上．若两极板所带电量Q恒定，极板两端电压U将随待