实验十二 传感器的简单使用

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答案 (1)如图所示
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(2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
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拓展训练1 某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，实验室提供如下器 材： 热敏电阻Rt(常温下约8 kΩ)、温度计、电流表A(量程1 mA，内阻约200 Ω)、电压 表V(量程3 V，内阻约10 kΩ)、电池组E(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)、滑动变阻 器R(最大阻值为20 Ω)、开关S、导线若干、烧杯和水。
甲
乙
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(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁 线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为 ________Ω。 已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将 被吸合。图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计， 滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0 ～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，1 A)。要求天色渐暗照度 降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择__________(选 填“R1”“R2”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当 地________(选填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 5.8 3.7 2.8 2.3
1.8
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(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利 用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在 ________(选填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件。
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在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超 过20 mA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650.0 Ω。 (1)在图1中完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
图1
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图2
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(1)根据实验所提供的器材，设计实验电路，画在图2甲所示的方框中。 (2)图乙是实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，请根据你所设计的实验 电路，补充完成实物间的连线。 (3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头P应置于______ (填“a”或“b”)端。 (4)实验小组利用正确连接的实验装置测量出不同温度下的电阻值，画出该热敏 电阻的R t－t图象如图3中的实测曲线，与图中理论曲线相比二者有一定的差异 。除了偶然误差外，关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法，下列说 法中正确的是( )
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数据处理 (1)研究热敏电阻的热敏特性 ①在RT－t坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 ②结论：半导体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)研究光敏电阻的光敏特性 ①根据记录数据分析光敏电阻的特性。 ②结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱 电阻变大。
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(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。
图4
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(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。 (2) 如 果 要 使 恒 温 箱 内 的 温 度 保 持 在 50 ℃ ， 可 变 电 阻 R′ 的 阻 值 应 调 节 为 ________Ω。
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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999.9 Ω)， 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1 000 Ω)，滑动 变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
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(2)根据电路图连接实物图，如图乙所示。 (3)因当滑动触头置于a端时待测电路电压或电流为零，从而保护电流表，故答案为 a。 (4)由于电流表内接，电流表的分压使电压表读数大于热敏电阻两端的电压，故A 正确；当温度升高到一定值后，电阻变小，则电流表应选用外接法，故C正确。 答案 (1)见解析图甲 (2)见解析图乙 (3)a (4)AC
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命题角度 光电传感器的应用 【例2】 小明同学为了测定某太阳能硅光电池组的电动势和内阻，设计了如图5所
示的电路，在一定光照条件下进行实验：
图5
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(1)请根据图5完成图6中实物的连线。
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图6 (2)将测量出来的数据记录在下表中，其中第4组数据的电压如图7所示，则此时 电压为__________ V。
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图3 A.电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大 B.电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小 C.温度升高到一定值后，电流表宜采用外接法 D.温度升高到一定值后，电流表宜采用内接法
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解析 (1)本实验中要探究热敏电阻的温度特性曲线，故滑动变阻器采用分压接 法，同时热敏电阻阻值较大，故应采用电流表内接法；实验电路图如图甲所示
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1
2
345
6
7
8
U/V 1.77 1.75 1.70
1.54 1.27 1.00 0.50
I/μA 12 30 48 60 68 76 80 86
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(3)将这些数据在图8中描点，第4组数据还未描出。 a.请在图8中描出第4组数据的点，作出该硅光电池组的U－I图线。 b.由U－I图线知，该硅光电池组的电动势E＝______V，电池组的内阻随其输出 电流的变化而改变，在电流为80 μA 时，该电池组的内阻r＝__________ kΩ(保 留3位有效数字)。
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解析 (1)电路图如答案图。 (2)U＝18 V，通过报警器的电流 10 mA≤Ic≤20 mA，故电路中总电阻 R＝UIc， 即 900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑动变阻器选 R2。
(3)热敏电阻为650.0 Ω时，报警器开始报警，电阻箱的阻值也应为650.0 Ω，实验 调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警。为防止 通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。
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b.由图线可知，该硅光电池组的电动势 E＝1.80 V 在电流为 80 μA 时，由表格数据得到路端电压为 1.00 V，根据闭合电路欧姆定 律 E＝U＋Ir，解得 r＝E－I U＝18.800×－110.－060 Ω＝1.0×104 Ω＝10.0 kΩ。 答案 (1)所连的实物图见解析图甲 (2)1.65 (3)a.该硅光电池组的U－I图线如 图乙 b.1.80 10.0
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丙 图9
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解析 (1)由描点绘出的图象可以找出照度为1.0 lx时光敏电阻的阻值为2.0 kΩ。 (2)电源与开关、滑动变阻器、光敏电阻和电磁铁串联起来。当受光照作用较强 时，光敏电阻阻值较小，通过电磁铁的电流较大，对衔铁磁力增大，与下触点 接通，此时应使路灯不亮，故路灯应接在AB之间。 (3)多用电表读数为14，乘以倍率“×10”，故线圈电阻为140 Ω。由闭合电路欧 姆定律可知，电路总电阻达到3 kΩ时，电路接通，故滑动变阻器接入电路的电 阻应为R滑入＝3 000 Ω－2 000 Ω－140 Ω＝860 Ω，故滑动变阻器选择R3。天色更 暗，光敏电阻阻值增大，为使路灯此时点亮，则滑动变阻器电阻应减小。
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误差分析 (1)温度计读数带来误差。 (2)多用电表读数带来误差。 (3)热敏电阻与水温不同带来误差。 (4)作RT－t图象时的不规范易造成误差。
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教材原型实验 命题角度 温度传感器的应用 【例1】 (2016·全国Ⅰ卷，23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当
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解析 恒温箱内的加热器应接在 A、B 端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在 上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升高， 热敏电阻 R 的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于 20 mA 时， 继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱 内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻 R 的阻值变大，则线圈中的电流变小， 当线圈的电流小于 20 mA 时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始 工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持在 50 ℃， 即 50 ℃时线圈内的电流为 20 mA。 由闭合电路欧姆定律 I＝r＋RE＋R′，r 为继电器 的电阻。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为 90 Ω，所以 R′＝EI －(r＋R)＝260 Ω。 答案 (1)A、B端 (2)260
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拓展训练2 如图4所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电 器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于 或等于20 mA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＝ 9.0 V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
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解析 (1)根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图甲所示。 (2)由表中实验数据可知电压表最大测量值为1.77 V，则电压表量程为3 V，由图7所 示电压表可知，其分度值为0.1 V，示数为1.65 V。 (3)a.把第四组数据标在坐标系内，根据坐标系内描出的点作出图象如图乙所示：
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拓展训练3 为了节能环保，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照度的变化而发生变化的元件(照 度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。 (1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表中所示，根据表中已知数据，在如图9 甲所示坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图象可求出照度为1.0 lx时 的电阻约为________kΩ。
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实验十二 传感器的简单使用
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1.研究热敏电阻的热敏特性
装置及器材
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操作要领
(1)绝缘：热敏电阻要绝缘处理。
(2)适当：“欧姆”挡要选择适当的倍率。
(3)调零：要先进行欧姆调零再测量。
(4)等待：加开水后要等一会儿再测阻值，以使电阻温度
与水的温度相同。
(5)重新调零：欧姆表每次换挡后都要重新调零。
(6)记录：记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻
的阻值。
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2.研究光敏电阻的光敏特性 装置及器材
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操作要领 (1)连接：按图示电路连接好。 (2)选挡：多用电表置于“×100”挡。 (3)调零：要先进行欧姆调零再测量。 (4)遮光：用手掌(或黑纸)遮光，改变照射到光敏 电阻上的光的多少。 (5)重新调零：欧姆表每次换挡后都要重新调零。 (6)记录：记下不同光照强度下光敏电阻的阻值。