_实验：传感器的简单使用

必考部分选修3-2 第十章
第3单元实验：传感器的简单使用
1．如图10－3－14所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数
的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高
而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时()
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱
解析：温度降低时R2的阻值增大，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强．只有C项正确．
答案：C
2．(2008·江苏高考)2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是() A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误．
答案：D
3．如图10－3－15所示的实验电路中，电源两端的电压恒定，
L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，
发出的光越强)，且R与D相距很近，下列说法正确的是
()
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变
解析：触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．A项正确．
答案：A
4．传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变
化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中
有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子
秤，其测量部分的原理图如图10－3－16中的虚线
框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受
压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的
仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请回答：
(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则这个人的体重是
________ kg.
解析：(1)由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300 Ω，此时A中电流I＝U R ＝
4.8
300
A＝1.6×10－2 A.
(2)当电流I＝20 mA＝20×10－3 A时，压力传感器的电阻R＝U
I
＝
4.8
20×10－3
Ω＝240
Ω，对应表格中，这个人的质量为50 kg.
答案：(1)1.6×10－2(2)50
5．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的．如图10－3－17甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流计，内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图10－3－17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 10－3－17
解析：从图乙查得t ＝20℃时，R 的阻值为4 kΩ
由E ＝I 1(R ＋R g )得：
R g ＝E I 1－R ＝92
kΩ－4 kΩ＝0.5 kΩ 当I 2＝3.6 mA 时，设热敏电阻的阻值为R ′，则
R ′＝E I 2－R g ＝93.6
kΩ－0.5 kΩ＝2 kΩ 从图乙查得此时对应的温度t 2＝120℃.
答案：120
6．(2009·宁夏高考)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电 能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较 强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电 阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭、黑天打开．电磁开 关的内部结构如图10－3－18所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分 别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA 时，电磁铁吸合铁片，弹簧 片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA 时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的 最大电流为100 mA.
图10－3－18
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．
光敏电阻R 1，符号
灯泡L ，额定功率40 W ，额定电压36 V ，符号
保护电阻R 2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围是________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答：____________________________________________________________________.
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
答：____________________________________________________________________. 解析：(2)①U m＝I m R＝100×10－3×200 V＝20 V；E＝I(R2＋R)，其中50 mA＜I≤100 mA，故R2在160 Ω～520 Ω之间．
答案：(1)电路原理如图所示．
(2)①20160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开
③电磁起重机
7．(2008·广东高考)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图10－3－19所示的实物图上连线．
图10－3－19
(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的 电流值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________， 断开开关；
③重复第②步操作若干次，测得多组数据．
(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得R －t 关系图线如图 10－3－20所示，请根据图线写出该热敏电阻的R －t 关系式：R ＝______＋ ______t (Ω)(保留3位有效数字)．
图10－3－20
解析：每次加热水后，都需要重新读出温度计和电压表的示数．根据绘得的R －t 图 线可以看出，电阻值R 与温度t 之间是线性关系，故可写成数学表达式R ＝a ＋bt (Ω)， 其中b 为直线斜率，据图线可求
b ＝128－10470－10
＝0.400. 当t ＝0时，a ＝100 Ω，所以上式可写为
R ＝100＋(0.400±0.005)t .
答案：(1)如图
(2)记录电压表的示数 记录温度计的示数
(3)100 (0.400±0.005)。