2017届高三物理一轮复习(word版)：第十章交变电流传感器(8)

传感器的简单应用

一、实验目的

1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。 2．了解传感器的简单应用。 二、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。

考点一 热敏电阻的原理及应用

[典例1] 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图实-11-1虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路器材如图实-11-2所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如表所示。

图实-11-1

温度t/℃ RL阻值/Ω

回答下列问题：

(1)根据图实-11-1所示的电路，在图实-11-2所示的实物图上连线。

30.0 54.3 40.0 51.5 50.0 48.3 60.0 44.7 70.0 41.4 80.0 37.9 90.0 34.7

图实-11-2

(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RL-t关 系图线。

图实-11-3

(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实-11-4甲、乙所示。电流表的读数为________，电压表的读数为________。此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________。

图实-11-4

[答案] (1)连线如图所示

(2)RL-t关系图线如图所示

(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 64.0 ℃(62～66 ℃均正确)

[由题引知·要点谨记]

1.实验原理及连线[对应第?1?题] 根据电路图连接实物图，R1与RT并联，再与R2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路。 2.描点、连线、作图[对应第?2?题]根据表中数据在坐标纸上描点作图。 3.电表的读数及数据的处理方法[对应第(3)题] (1)电流表、电压表读数时应注意有 效数字的位数。 U(2)根据RL＝计算RL的阻值。 I(3)再由RL-t关系图线找出RL 对应的温度。 [题组突破]

1．(2015·长春模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图实-11-5甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )

图实-11-5

A．60 ℃

B．80 ℃

C．100 ℃ D．120 ℃

解析：选D 由题中图乙知，温度为20 ℃时，R的阻值R1＝4 kΩ。由欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，两式联立，解得R2＝2 kΩ，由图乙中查得此时温度为120 ℃，D正确。

2．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5 Ω。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干。

图实-11-6

(1)画出实验电路图。

(2)根据电路图，在图实-11-6所示的实物图上连线。 (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤。

解析：常温下待测热敏电阻的阻值(约4～5 Ω)较小，应该选用电流表外接法。热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式。

(1)实验电路如图实所示。

(2)根据电路图，连接实物图如图实所示。

(3)完成接线后的主要实验步骤：①往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；③重复①和②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。

答案：见解析

考点二 光敏电阻传感器的应用

[典例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(lx) 电阻(kΩ)

(1)根据表中数据，请在图实-11-7所示的坐标系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。

0.2 75 0.4 40 0.6 28 0.8 23 1.0 20 1.2 18

图实-11-7

(2)如图实-11-8所示，当1、2两端所加电压上升至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)

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)；

定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)； 开关S及导线若干。

图实-11-8

[答案] (1)如图(a)所示 由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。

(2)如图(b)所示

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