实验十五　传感器的简单应用

5/5实验十五传感器的简单应用考情调研命题特征分析近几年的高考试卷，可知高考试卷中对敏感电阻及传感器的应用进行了频繁地考查，如2021年广东卷中的热敏电阻的研究、2022年河北卷中的利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲、2022年广东卷中的测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系、2023年湖南卷中利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置。试题命题特点是试题的创新度高，注重创新能力和知识的迁移能力的考查，体现了实验探究能力的核心素养1.探规律：分析热（光）敏电阻与温度（光强）的关系。2.画图像：描绘电阻值随温度（光强）变化的图像。3.得结论：热敏电阻的阻值随温度的升高（降低）而减小（增大），光敏电阻的阻值随光照的增强而减小某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图（a）所示的电路。所用器材有：置于暗箱（图中虚线区域）中的光敏电阻RG；小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。实验时，先按图（a）连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如表中所示。d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.0018.5020.0022.0023.5025.00U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.094.889.578.672.565.0回答下列问题：【实验原理】（1）光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝（用E、r、R、U表示）。【数据处理】（2）在图（b）所示的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U-d的非线性曲线。（3）依据实验结果可推断，光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而（选填“增大”或“减小”）。【实验设计】（4）该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图（c）所示电路，则电路中（选填“R1”或“R2”）为光敏电阻，另一个为定值电阻。（5）若用该光敏电阻和电磁继电器设计自动光控照明电路，电磁继电器的构造示意图如图（d）所示。a.其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将（选填“A、B”或“C、D”）接照明电路。b.请用笔画线代替导线连接图（d）中的实物图。c.已知控制电路电源电动势为3V，内阻很小可忽略，电磁铁线圈电阻R'＝20Ω，电流超过50mA时可吸合衔铁。如果要求光照使得光敏电阻阻值为18Ω时，照明电路恰好接通，则图（d）中定值电阻R＝Ω。听课记录五种敏感元件的作用和特点1.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。2.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。3.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。4.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，对于某个确定的霍尔元件，它的厚度d、霍尔系数k为定值，如果保持电流I恒定，则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比UH5.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。（2024·山东威海模拟）在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：（1）图（a）为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图（b）所示。当a、b两点电势φa＜φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为℃，恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为。（2）有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图（c）所示。该加热器向周围散热的功率为PQ＝k（t－t0），其中t为加热器的温度，t0为室温（本题中取20℃），k＝0.1W/℃。①当PR＝PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为℃；②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是。（填选项前的字母序号）A.20℃～24℃ B.32℃～36℃C.48℃～52℃ D.60℃～64℃【典例】（2023·湖南高考12题）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器（内阻无穷大）。（1）先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是Ω；（2）适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为（用R1、R2、R3表示）；（3）依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280根据表中数据在图（c）上描点，绘制U-m关系图线；（4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200mV，则F0大小是N（重力加速度取9.8m/s2，保留2位有效数字）；（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时非理想毫伏表示数为200mV，则F1（选填“＞”“＝”或“＜”）F0。三步稳解题（1）分析实验目的：利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置。（2）确定实验原理：实验采用电桥法测量压力传感器的电阻；确定传感器受到的压力与对应电压的关系。（3）制定数据处理方案：当电压传感器示数为0时，根据电桥中各电阻间的比例关系确定压力传感器的电阻。听课记录（2022·广东高考12题）弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：（1）装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。（2）导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。③闭合S2，电压表的示数（选填“变大”或“变小”）。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝（用I1、I2和U表示）。④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复