高考物理复习实验十一传感器的简单使用

试验十一：传感器简单使用1/311.试验目标(1)知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻作用.(2)能够经过试验探究“光敏电阻和热敏电阻特征”.(3)了解常见各种传感器工作原理、元件特征及设计方案.2/312.试验原理非电学测量量

(1)传感器：传感器是将所感受到诸如力、热、光、声、化学成份等________量转换成便于_________(普通是电压、电流等电学量)一类元件. (2)传感器普通应用模式：由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成，经过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，经过输出部分输出，然后经控制器分析处理.(如图S11-1所示)3/31图S11-1工作过程：敏感元件将感受到物理量按一定规律转换成便于测量量，以下所表示.4/31

(3)传感器分类：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

①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. ②光敏电阻：无光照时，载流子(能够自由移动带有电荷物质微粒，如电子和离子)极少，阻值较大；伴随光照增强，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.5/31

③热敏电阻：利用半导体材料制成，其电阻阻值随温度升高而减小，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

④金属热电阻：有些金属电阻率随温度升高而增大，这么电阻也能够制成________________，称为热电阻，能把温度这个热学量转换为________这个电学量.6/31

3.试验器材 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.试验过程(1)研究热敏电阻热敏特征.减小增大

热敏电阻阻值随温度升高而________，随温度降低而________.(2)研究光敏电阻光敏特征.减小光敏电阻在光照加强条件下，其阻值逐步________.7/315.注意事项(1)在研究电阻热敏特征时，热敏电阻、烧杯、温度计易破损，忌用温度计当搅拌器.(2)试验时，加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水温度相同，并同时读出水温.

(3)在做光敏电阻试验中，假如效果不显著，可将电阻部分电路放入带盖纸盒中，并经过盖上小孔改变射到光敏电阻上光多少.(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，要注意它电学参数.8/31

【基础自测】

1.观察电阻值随温度改变情况示意图如图S11-2所表示.现在把杯中水由冷水变为热水，关于欧姆表读数改变情况正确是()

A.若R为金属热电阻，读数变大，且改变非常显著 B.若R为金属热电阻，读数变小，且改变不显著 C.若R为热敏电阻(半导体材料制成)，读数改变非常显著 D.若R为热敏电阻(半导体材料制成)，图S11-2读数改变不显著

答案：C9/31

2.利用负温度系数热敏电阻制作热传感器，普通体积很小，能够用来测量很小范围内温度改变，反应快，而且准确度高.

(1)假如将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其它元件串联成一个电路，其它原因不变，只要热敏电阻所处区域温度降低，电路中电流将变______(填“大”或“小”). (2)上述电路中，我们将电流表中电流刻度换成对应温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近温度.假如刻度盘正中温度为20℃(如图S11-3甲所表示)，则25℃刻度应在20℃刻度________(填“左”或“右”)侧.10/31甲乙

图

S11-3 (3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度改变，请用图乙中器材(可增加元器件)设计一个电路.

解析：(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小. (2)由(1)分析知，温度越高，电流越大，25℃刻度应对应较大电流，故在20℃刻度右侧. (3)电路如图D49所表示.11/31答案：(1)小(2)右(3)如图D49所表示. 图D4912/31

3.如图S11-4所表示，图甲为热敏电阻R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成一个简单恒温箱温控电路，继电器电阻为100Ω.当线圈电流大于或等于20mA时，继电器衔铁被吸合.为继电器线圈供电电池电动势E＝9.0V，内阻不计.图中“电源”是恒温箱加热器电源.甲乙图

S11-413/31(1)应该把恒温箱内加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”).(2)假如要使恒温箱内温度保持在50℃，可变电阻R′阻值应调整为________Ω.

解析：恒温箱内加热器应接在A、B端.当线圈中电流较小时，继电器衔铁在上方，恒温箱加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高.伴随恒温箱内温度升高，热敏电阻R阻值变小，则线圈中电流变大，当线圈电流大于或等于20mA时，继电器衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停顿工作，恒温箱内温度降低.伴随恒温箱内温度降低，14/31热敏电阻R阻值变大，则线圈中电流变小，当线圈电流小于20mA时，继电器衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这么就能够使恒温箱内保持在某一温度.要使恒温箱内温度保持在50℃，即50℃时线圈内电流为20mA.由闭合电路欧姆定律I＝

Er＋R＋R′，r为继电器电阻.由题图

R)＝260Ω.答案：(1)A、B端(2)26015/31考点1温度传感器应用

【典题1】(

年江苏卷)某同学经过试验制作了一个简易温控装置，试验原理电路图如图S11-5所表示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器电流超出15mA时，衔铁被吸合，加热器停顿加热，实现温控.继电器电阻约为20Ω，热敏电阻阻值Rt

与温度t关系如下表所表示：16/31t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1

(1)提供试验器材有：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℃之间任一温度控制，电源E应选取________(填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选取________(填“R1”或“R2”).17/31图S11-5

(2)试验发觉电路不工作.某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间电压，则应将如图S11-6所表示选择开关旋至________(填“A”“B”“C”或“D”).18/31

(3)合上开关S，用调整好多用电表进行排查，在图S11-5中，若只有b、c间断路，则应发觉表笔接入a、b时指针_____(填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_______(填“偏转”或“不偏转”).图S11-619/31

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，以下操作步骤正确次序是________________.(填写各步骤前序号)①将热敏电阻接入电路；②观察到继电器衔铁被吸合；③断开开关，将电阻箱从电路中移除；④合上开关，调整滑动变阻器阻值；⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω.20/31

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)多用电表作为电压表测量电压，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，调整变阻器，使衔铁吸合，再将电阻箱换成热敏电阻，故次序为⑤④②③①.答案：(1)E2R2

(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①21/31照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018考点2光电传感器应用

【典题2】为了节能和环境保护，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采取光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值伴随光照度而发生改变元件(照度能够反应光强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻Rp

在不一样照度下阻值以下表所表示：22/31

(1)依据表中数据，请在给定坐标系(图S11-7)中描绘出阻值随照度改变曲线，并说明阻值随照度改变特点.图S11-723/31

(2)如图S11-8所表示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动开启照明系统，请利用以下器材设计一个简单电路.给1、2两端提供电压，要求当日色渐暗、照度降低至1.0lx时开启照明系统，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影响)图S11-824/31提供器材以下：光敏电阻Rp(符号，阻值见上表)；

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.

审题突破：光敏电阻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降低，导电能力减弱，电阻变大.要求在天色渐暗，照度降低至1.0lx时开启照明系统，此时光敏电阻较大，让光敏电阻与控制开关并联即可.25/31答案：(1)如图S11-9所表示.特点：光敏电阻阻值随光照强度增大而非线性减小.(2)如图S11-10所表示.图S11-9图S11-1026/31

方法技巧：这类题目设问虽很新奇独特，但所依据物理原理、试验方法、试验器材却是书本上基本试验中用过，试题设问普通不难；只要平时学习或复习时对书本中基本实验(原理)能够深刻了解，对包括基本试验器材能够熟练利用，注意将物理习题中结论向物理试验迁移，分析问题时能灵活变通，不墨守成规，处理这类问题定可驾轻就熟.27/31考点3力电传感器实际应用

【典题3】某学生为了测量一个物体质量，找到一个力电转换器，该转换器输出电压正比于受压面压力(百分比系数为k)，如图S11-11所表示，测量时先调整输入端电压，使转换器空载时输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比输出电压U. 图S11-1128/31请完成对该物体质量测量：

(1)设计一个电路，要求力电转换器输入电压可调，而且使调整范围尽可能大，在虚线框中画出完整测量电路图.(2)简明说明测量步骤，求出百分比系数k，并测出待测物体质量m.29/31

审题突破：力电转换器即使是一个全新仪器，但它与其他全部测量仪器一样，要有一个“调零”过程.仔细审题，题目中有很多主要暗示，挖掘这些信息即是我们处理问题关键.“测量时先调整输入端电压，使转换器空载时输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比输出电压U”“该转换器输出电压正