高中物理实验12传感器的简单使用.doc

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高中物理实验十二、传感器的简单使用

江苏省特级教师戴儒京

一、实验

光敏电阻

（课程标准教科书人教版选修3－2第57页）

实验原理：

当光辐射到光敏电阻的表面，使载流子浓度增加，从而降低了材料的电阻。

两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可以加直流电压，也可以加交流电压。

图1

将的感光面朝上，然后按图1连接电路，分别用2个电压传感器测量和两端的电压，假设两电压传感器测到的电压分别为，，那么，只要预先知道的大小就能计算出光敏电阻的阻值来。

为了定量地观测光敏电阻的电阻值随光照强度的变化，实验中还需要使用光强传感器同时测量光照的强度。

实验目的：

观察光敏电阻

实验装置：

计算机，数据采集器，光强传感器，两个电压传感器，电阻箱，光敏电阻，学生直流电源，导线若干。

实验步骤：

1．调节电阻箱的阻值，选择合适的电阻（例如），将两个电压传感器与数据采集器的1，2通道连接，把光强传感器连接到3或4通道，然后将数据采集器与计算机连接，进入“TriEiLab”数字化信息系统；

2．把两个电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接，对电压传感器进行校零，然后把连接1通道的电压传感器接到两端，把连接2通道的电压传感器接到两端。

3．将光敏电阻的感应面朝上，将光强传感器与光敏电阻放置在一起，打开实验模板“光敏电阻”，在采集间隔和采集时间窗口输入合适的数值，在“公式编辑”中建立物理量电流;光敏电阻；

4．点击“开始”按钮，用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢慢挡住，然后再慢慢把挡光物撤掉，观察实验数据曲线，最后结束实验。

实验数据记录与分析：

1．光敏电阻的阻值随时间的变化

2．光敏电阻的阻值与光照强度的关系

此次实验选择，通过上面的数据曲线可以看出，光照变强以后，电阻的确变小了。

二、例题和习题

1.探究热敏电阻的温度特性

某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：

置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0Ω：

电源E（6V，内阻可忽略）：

电压表（量程150mV）：

定值电阻R0（阻值20.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω）：

电阻箱R2（阻值范围0-999.9Ω）：

单刀开关S1，单刀双掷开关S2。

实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0：

保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0：

断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0°C，实验得到的R2-t数据见下表。

t/℃

25.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

R2/Ω

900.0

680.0

500.0

390.0

320.0

270.0

240.0

回答下列问题：

（1）在闭合S1前，图（a）中R1的滑片应移动到（填“a”或“b”）端；

（2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2-t曲线：

（3）由图（b）可得到R1，在25℃-80°C范围内的温度特性，当t=44.0℃时，可得R1=Ω；

（4）将Rt握于手心，手心温度下R2的相应读数如图（c）所示，该读数为Ω，则手心温度为℃。

【答案】23．（10分）

（1）b

（2）如图所示（3）450（4）620.033.0

【解析】本题探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性，实际上是用比较法测量电阻（不是通常的伏安法），通过热敏电阻与电阻箱的比较（电路中固定电阻的电压相等），来确定热敏电阻的阻值，并且用图象把电阻阻值与温度对应起来，从而已知温度求电阻，或已知电阻求温度。

所以说，本题具有开放性和探究性。

2.某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图11-1图所示，继电器与热敏电阻R1、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。

继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示

（1）提供的实验器材有：

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℃之间任一温度的控制，电源E应选用（选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用（选填“R1”或“R2”）。

（2）实验发现电路不工作。

某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图11-2图所示的选择开关旋至（选填“A”、“B”、“C”或“D”）

（3）合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在题11-1图中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针（选填“偏转”或“不偏转”），接入a、c时指针（选填“偏转”或“不偏转”）。

（4）排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是。

（填写各步骤前的序号）

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω

【解析】

（1）根据，若，取最大值，则约3.3V，大于3V，所以电源选E2，当取最小值，R滑约330，所以R滑选R2.

（2）直流10V挡（因大于6V）

（3）a、b短路，所以不偏转，a、c断路，接电压表后偏转。

（4）先用滑动变阻器调试，后换上热敏电阻。

【答案】

11．

（1）E2R2

（2）C

（3）不偏转偏转

（4）⑤④②③①

3.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过时，系统报警。

提供的器材有：

热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过时就会报警），电阻箱（最大阻值为），直流电源（输出电压为，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为），滑动变阻器（最大阻值为），单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节。

已知约为，约为；流过报警器的电流超过时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在时阻值为。

（1） 在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

（2） 电路中应选用滑动变阻器_____________（填“”或“”）。

（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______；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。

【答案】

（1）如下图

（2）

（3）①650.0，b，

接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏

②c，报警器开始报警

【解析】①热敏电阻工作温度达到时，报警器报警。

故需通过调节电阻箱使其电阻为时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0Ω，光使报警器能正常报警，电路图如上图

②，当通过报警器的电流，故电路中总电阻，

，故滑动变阻器选。

③热敏电阻为时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻器阻值也应为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．

4.热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。

图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。

由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力__________（选填“增强”或“减弱”）；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更__________（选填“敏感”或“不敏感”）。

【解析】

（1）由于温度越高，热敏电阻越小，即对电流的阻碍作用越小，则导电能力越强，根据图像可知热敏电阻在相同的温度范围变化时，阻值变大，则越敏感。