高中物理专题-实验十一：传感器的简单应用

高中物理专题-实验十一：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。

三、实验步骤

1.热敏特性实验

按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的.

2.光敏特性实验

按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生

怎样的变化.

3.光电计数的基本原理

下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是光电传感器——光敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变高,这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能.

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R T，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R T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R L的阻值随R T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R L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。R L的测量结果如表所示。

图实-11-1

温度t/℃30.040.050.060.070.080.090.0

R L阻值/Ω54.351.548.344.741.437.934.7

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。

图实-11-2

(2)为了检验R L与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作R L-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R L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)R L-t关系图线如图所示

(3)115 mA 5.00 V43.5 Ω64.0 ℃(62～66 ℃均正确)

[考点总结·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R T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。

(2)根据R L＝U

I计算R L的阻值。

(3)再由R L-t关系图线找出R L

对应的温度。

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R P在不同照度下的阻值如下表：

照度(lx)0.20.40.60.8 1.0 1.2

电阻(kΩ)754028232018

(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。

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R P(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

(a)(b)

[考点总结·要点谨记]

1.考查描点作图的方法及分析图像的能力[对应第(1)题]

(1)描绘图像时，各点应均匀分布在图线两侧，且图线应是平滑的曲线，而不

应成为连接各点的折线。

(2)根据所描绘图像，会分析电阻阻值如何随光照强度的变化而变化。

2.设计电路的能力[对应第(2)题]

(1)要结合题目所给条件及所给图像的数据进行分析设计。

(2)通过分析可确定R P应接在1、2之间。

(3)选择定值电阻，根据图线读出光照强度在1.0 lx时的光敏电阻的阻值，光

敏电阻分压为2 V，则串连定值电阻R分压1 V。

考点三传感器在实验中的应用

[典例3](·湖北省部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图实-11-11甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。