实验十二 传感器的简单使用

实验十二传感器的简单使用主干梳理对点激活1．按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。

2．把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。

3．向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。

4．将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。

1．根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。

次数12345 6待测量温度(℃)电阻(Ω)23．根据实验数据和R－t图线，得出结论：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。

1．将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“欧姆”挡。

2．先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。

3．打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。

4．用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。

1．把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。

光照强度弱中强无光照射阻值/Ω电阻变小，光照减弱电阻变大。

1．温度计读数带来的误差：可以选用精度高的温度计读数三次取平均值。

2．欧姆表的读数带来的误差：可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。

1．在做热敏电阻实验时，加入水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温和电阻值。

2．光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。

3．欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。

考点细研悟法培优考点1热敏电阻的应用例1如图所示，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，继电器线圈的电阻为150 Ω。

当线圈中的电流大于或等于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＝6 V，内阻可以不计。

图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)。

(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，可变电阻R′的值应调节为________ Ω。

(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R′的值应________(选填“增大”或“减小”)。

尝试解答(1)A、B端(2)100 (3)增大。

(1)当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁脱离电磁铁，AB部分接入电路，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以把恒温箱内的加热器接在A、B端。

(2)当温度达到100 ℃时，加热电路就要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20 mA，根据闭合电路欧姆定律可得，I＝E，R＋R′＋R0解得R′＝100 Ω。

(3)由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则I＝20 mA 时R变小，故可变电阻R′的值应增大，从而实现目标。

[变式1]利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。

(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)。

(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。

如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。

(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。

答案(1)小(2)右(3)图见解析解析(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)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。

(3)如图所示。

考点2光敏电阻的应用例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 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ754028232018的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。

(2)如图乙所示，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，阻值见图表)；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。

尝试解答(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图1所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见图2图1 图2(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如尝试解答所示的变化曲线。

阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。

(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V ，电源电动势为3 V ，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R 1；此电路的原理图见尝试解答。

[变式2] 为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U －I 图线，如图乙所示。

(1)根据U －I 图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为________ Ω，强光照射时电阻为________Ω。

(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中________(填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。

若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用________(填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确。

答案 (1)3000 200 (2)强光照射时 外接解析 (1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合图乙知正常光照射时R 1＝U 1I 1＝ 2.4 V 0.8×10－3 A ＝3000 Ω，强光照射时R 2＝U 2I 2＝0.8 V 4.0×10－3 A＝200 Ω。

(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表电阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。

考点3 其他传感器的应用例3 (2019·宁夏银川一中高三第六次月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R (是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。

设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A ，电源电动势为12 V ，内阻为2 Ω，电阻R 随压力变化的函数式为R ＝30－0.02F (F 和R 的单位分别是N 和Ω)。

下列说法正确的是( )A ．该秤能测量的最大体重是1400 NB ．该秤能测量的最大体重是1300 NC ．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘0.375 A 处D ．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘0.400 A 处 尝试解答 选AC 。

当电路中电流I ＝3 A 时，电子秤测量的体重最大。

由欧姆定律I ＝ER ＋r 得到R ＝E I －r ＝2 Ω，代入R ＝30－0.02F 得到F ＝1400 N ，故A 正确，B 错误。

踏板空载时F ＝0，代入R ＝30－0.02F 得到电阻R ＝30 Ω，由欧姆定律得I ＝E R ＋r＝0.375 A ，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘0.375 A 处，故C 正确，D 错误。

[变式3] (2019·河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。

传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。

此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。

根据文中信息，下列说法正确的是()A．在峪处形成的电容器电容较小B．充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大C．在峪处形成的电容器放电较慢D．湿的手指头对指纹识别绝对没有影响答案AB解析根据平行板电容器的电容决定公式C＝εr S4πkd可得，极板与指纹峪处(凹下部分)距离d较大，形成的电容器电容较小，放电较快，故A正确，C错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据Q＝CU＝εr SU4πkd可知，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B 正确；湿的手与传感器之间有水填充，改变了原来平行板电容器的电容，所以会影响指纹解锁，故D错误。

高考模拟随堂集训1．(2019·广东汕头高三一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。

电容式加速度传感器在安全气囊、手机等设备中应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。

下列关于该传感器的说法正确的是()A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等B．当电路中没有电流时，传感器一定处于平衡状态C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动答案CD解析当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不，当电介质插入极板间深度不同时，变，根据平行板电容器的电容公式C＝εr S4πkd即相对介电常数εr大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知电容器的电容在增大，故C正确；当电路中有顺时针方向电流时，由C项的分析可知，电容器的电容在增大，插入极板间电介质加深，但传感器可能向左运动，也可能向右运动，故D正确。