【备战2023高考】物理总复习——12.3《实验十三：传感器的简单应用》讲义（全国通用）

第十二章 交变电流和传感器

【网络构建】

专题12.3实验十三：传感器的简单应用

【网络构建】

考点一  基本要求

一、实验目的

1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性．

2．学会传感器的简单使用．

二、实验原理

闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．

三、实验器材

热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、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．

四、实验步骤

1．研究热敏电阻的热敏特性

(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如实验原理图甲所示)．

(2)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中．

2．研究光敏电阻的光敏特性

(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好(如实验原理图乙所示)，其中多用电表置于“×100”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)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．

考点二 方法规律

一、数据处理

1．热敏电阻的热敏特性

(1)画图象

在右图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．

(2)得结论

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．

2．光敏电阻的光敏特性

(1)探规律

根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系．

(2)得结论

①光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；

②光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．

二、误差分析

本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．

三、注意事项

1．在做热敏实验时，加开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．

2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少．

3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．

高频考点一 基本要求【变式训练】学习了传感器之后，某物理兴趣小组找到了一个热敏电阻R，想利用热敏电阻的阻值随温度升高而减小的特点来制作一个简易的温度计。兴趣小组查到了该热敏电阻的阻值随温度变化的一些信息如图甲所示。他们准备的实验器材如下：干电池（电动势为1.5V，内阻不计），毫安表（量程为10mA、内阻RA为40Ω），滑动变阻器R1，开关、导线若干。

（1）若直接将干电池、开关、毫安表、热敏电阻R串接成一个电路作为测温装置，则该电路能测得的最高温度为___________℃。

（2）现在该兴趣小组想让测温范围大一些，使该电路能测得的最高温度为100℃，他们又设计了如图乙所示的电路图，并进行了如下操作：

a.将该热敏电阻R做防水处理后放入100℃的沸水中，一段时间后闭合开关，调节滑动变阻器R1，使毫安表指针满偏；

b.保持滑动变阻器R1接入电路的电阻不变，他们在实验室中找来了一瓶水，把热敏电阻R放入水中，一段时间后闭合开关，发现毫安表的示数为8.0mA，则测得水的温度为___________℃。（结果保留两位有效数字）

c.毫安表的电流值I（单位：A）和温度t（单位：℃）的关系式为___________。

d.根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值。

【变式训练】小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中控制电路电源输出的电压，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻阻值为。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响，图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。

（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为___________Ω。

（2）由图乙可知，当环境温度升高时，继电器电磁铁的磁性将___________。（选填“增大”“减小”或“不变”）

（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱___________相连。（选填“A”或“B”）

（4）请计算说明，环境温度在___________范围内时，警铃报警。

【变式训练】在新冠肺炎疫情防控时期，我们经常需要测量体温，某同学利用老师提供的一热敏电阻（阻值随温度的升高线性增加）设计了一个简易电子测温装置，他进行了如下操作∶

（1）由于该同学不知热敏电阻的详细参数，为了测量热敏电阻R阻值随温度变化的关系，该同学设计了如图1所示的电路，他们的实验步骤如下。

①先将单刀双掷开关S掷向1，调节热敏电阻的温度t1，记下电流表的相应示数I1；

②然后将单刀双掷开关S掷向2，调节电阻箱使电流表的读数为__________，记下电阻箱相应的示数R1；

③逐步升高温度的数值，每一温度下重复步骤①②；

④根据实验测得的数据，作出了R随温度t变化的图像如图2所示。

（2）设计电子测温装置，实验室提供了如下器材：

A．干电池，电动势为1.5V，内阻不计；

B．灵敏毫安表，量程10mA，内阻RA为10Ω；

C．滑动变阻器R1；

开关、导线若干。

该同学计划设计测温范围为0C~50C，设计了如图3所示的电路图，并进行了如下操作∶

①调节热敏电阻的温度为0C，调节滑动变阻器R，使毫安表指针满偏后保持滑动变阻器R1阻值不变；

②写出毫安表的电流值I（A）和温度t（C）的关系式_____________；

③根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值；

④若干电池用久了其电源电动势不变，而其内阻变大，无法忽略不计，保持R1不变。测量结果将会_________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

高频考点二 方法规律

【变式训练】热敏电阻在各种自动化装置中有很多应用。西大附中物理实验队正在自主研发一自动调温装置，如图所示为该装置的模拟电路，K为电磁继电器，M为电动机（图中未画）。其中R为正温度系数的热敏电阻，阻值随温度变化的曲线可简化为如图所示。请在答卷上完成电路连接，达到温度升高吹风降温、温度降低到特定值时停止吹风的效果。

（1）由图变化曲线可知，当环境温度时，热敏电阻R随温度升高而______；

（2）电动机M应接入______端（“”或者“”）；

（3）请正确连接装置图，在适当位置画上电动机M______。

【变式训练】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，光敏电阻是阻值随光照强度增大而减小。

（1）如图甲，是街道路灯自动控制设计电路，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______（填“”或“”）之间。

（2）下列选项可以延长路灯工作时间的是______。

A．增大滑动变阻器的阻值        B．并联更多的路灯        C．减小电源电动势

（3）用多用电表“”挡，按正确步骤测量图甲中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图乙，则线圈的电阻为______；已知当线圈中的电流大于或等于时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：、。要求天色渐暗照度降低至时（此时光敏电阻阻值约为）点亮路灯，滑动变阻器应选择______（填“”或“”）。