實(shí)驗(yàn)十七利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻等敏感元件的特性和

應(yīng)用。2.學(xué)會傳感器的簡單使用并會制作簡單的自動控制裝置。

■夯實(shí)必備知識

一、五種敏感元件的作用和特點(diǎn)

敏感

作用特點(diǎn)

元件

熱敏將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電一般情況下，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高

電阻阻這個電學(xué)量而減小，隨溫度的降低而增大

金屬

將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電一般情況下，金屬熱電阻的阻值隨溫度的升

熱電

阻這個電學(xué)量高而增大，隨溫度的降低而減小

阻

光敏將光照強(qiáng)度這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換一般情況下，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的

電阻為電阻這個電學(xué)量增強(qiáng)而減小，隨光照強(qiáng)度的減弱而增大

對于某個確定的霍爾元件，它的厚度d、霍

霍爾將磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)爾系數(shù)左為定值，如果保持電流/恒定，則

元件換為電壓這個電學(xué)量霍爾電壓UH就與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比（UH

=啰

壓敏將壓力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電

壓敏電阻的阻值隨壓力的變化而變化

電阻阻這個電學(xué)量

二,實(shí)驗(yàn)過程

1.研究熱敏電阻的熱敏特性

（1）將熱敏電阻放入燒杯中的水中，測量水溫和熱敏電阻的阻值（如圖1甲所示）。

多用電表歐姆擋

@I

r分若干次加開

水來改變水溫

熱敏電阻

O

甲乙

圖1

(2)準(zhǔn)備好記錄電阻與溫度關(guān)系的表格(如下表)。

數(shù)

123456

待測量

溫度/℃

電阻/C

(3)改變水的溫度，多次測量水的溫度和熱敏電阻的阻值，記錄在表格中，把記錄

的數(shù)據(jù)畫在R—/圖中，得圖像如圖乙所示。

2.研究光敏電阻的光敏特性

⑴將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖2所示電路連接好，其中

多用電表置于“X100”擋。

圖2

(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。

(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯

示電阻阻值的變化情況，并記錄。

(4)用手掌(或黑紙)遮光時電阻值又是多少，并記錄。

把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。

光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射

阻值/C

結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強(qiáng)時電阻變小，光照減弱時

電阻變大。

三'誤差分析

1.溫度計讀數(shù)帶來誤差。

2.多用電表讀數(shù)帶來誤差。

3.作R-t圖像時的不規(guī)范易造成誤差。

四'注意事項

1.在做熱敏實(shí)驗(yàn)時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度

相同，并同時讀出水溫。

2.光敏實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并

通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。

3.歐姆表每次換擋后都要重新歐姆調(diào)零。

核心考點(diǎn)

考點(diǎn)一用溫度傳感器設(shè)計控制電路

例1現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超

過60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電

流超過7c時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9C）,直流電源（輸出電壓為U,

內(nèi)阻不計），滑動變阻器R（最大阻值為1000Q）,滑動變阻器&（最大阻值為2000

Q）,單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知。約為18V,

L約為10mA；流過報警器的電流超過20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻

的阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度為60。。時阻值為650.0Qo

（1）完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

電阻箱開關(guān)

滑動變阻器

^7^

熱敏也阻

圖3

（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器（選填"R”或

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為

O;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于（選填?”或?"）端附近，不能置于

另一端的原因是_______________________________________________________

_____________________________________________________________________O

②將開關(guān)向（選填"C"或""）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至

(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使

用。

答案(1)見解析圖(2)&(3)①650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超

過20mA,報警器可能損壞②c報警器開始報警

解析(1)電路圖連線如圖所示。

TT1O

(2)由sQ=1800Q可知，滑動變阻器應(yīng)選及。

1c1UA-

⑶①電阻箱的電阻值應(yīng)調(diào)為熱敏電阻在60℃時的阻值，即650.0C。滑動變阻器

的滑片應(yīng)置于人端，使開關(guān)接通后回路中電流最小，以保護(hù)報警器，即防止因過

載而損壞報警器。

②應(yīng)將開關(guān)向c端閉合，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警。

|跟蹤訓(xùn)練

1.某同學(xué)利用熱敏電阻設(shè)計了一個“過熱自動報警電路”，如圖4甲所示。將熱

敏電阻R安裝在需要探測溫度的地方，當(dāng)環(huán)境溫度正常時，繼電器的上觸點(diǎn)接觸，

下觸點(diǎn)分離，指示燈亮；當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器的下觸點(diǎn)接觸，上觸

點(diǎn)分離，警鈴響。圖甲中給繼電器供電的電源電壓Ui=4V,內(nèi)阻不計，繼電器

線圈用漆包線繞成，其電阻Ro為30Q。當(dāng)線圈中的電流大于等于40mA時，繼

電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。

甲

乙

圖4

(1)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱相連，指示燈的接線柱D應(yīng)與接

線柱相連(均選填“A”或"3”)。

⑵當(dāng)環(huán)境溫度升高時，繼電器的磁性將(選填“增大”“減小”或“不

變”)，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到℃時，警鈴報警。

(3)如果要使報警電路在更高的溫度報警，下列方案可行的是。

A.適當(dāng)減小UiB.適當(dāng)增大Ui

C.適當(dāng)減小U2D.適當(dāng)增大U2

答案(1)BA⑵增大40(3)A

解析(1)由于3接通時警鈴響，A接通時指示燈亮，因此C接9。接A。

(2)由于該熱敏電阻隨溫度升高，阻值減小，回路的電流增大，因此繼電器的磁性

增強(qiáng)。

當(dāng)電流等于40mA時，回路的總電阻

U4V

7?=7=40^A=100Q

而繼電器電阻Ro為30C,因此當(dāng)熱敏電阻等于70c時，由題圖乙可知對應(yīng)溫度

為40℃時，警鈴報警。

(3)溫度更高時，熱敏電阻值更小，而報警電流為40mA不變，因此應(yīng)適當(dāng)降低

Ui值，因此A正確。

考點(diǎn)二用光傳感器設(shè)計控制電路

例2為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用

光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值R隨光的照度/變化而發(fā)生變化的元件（照度可

以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)，照度越大，照度單位為lx）。

（1）某光敏電阻在不同照度下的阻值R如下表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，請在圖5甲

的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并判斷光敏電阻的阻值R與照度/是

否成反比關(guān)系。

答:（填"是”或“否”）□

照度//1X0.20.40.60.81.01.2

阻值R!kC5.83.72.72.32.01.8

d照明電源卜

乙

圖5

⑵圖乙為街道路燈自動控制電路，利用直流電源E為電磁鐵供電，利用照明電源

為路燈供電。為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在_______（填“A3”

或“CD"）之間》

（3）已知線圈的電阻為140Q,直流電源E的電動勢E=36V,內(nèi)阻忽略不計。當(dāng)

線圈中的電流大于10mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，滑動變阻器R的阻值應(yīng)調(diào)

為C時，才能使天色漸暗照度低于1.0lx時點(diǎn)亮路燈。

（4）使用一段時間后發(fā)現(xiàn)，路燈在天色更亮?xí)r就已點(diǎn)亮了，為了使路燈能按設(shè)計要

求點(diǎn)亮和熄滅，變阻器R的阻值應(yīng)適當(dāng)調(diào)_______些（選填“大”或“小”）。

答案（1）見解析圖否（2）43（3）1460（4）小

解析(1)如圖所示

R/kQ

6|,|||[||||||

5三三室三三三三三三三三三

4===§========

3||||=|=|||||

2||||||||||||

%0.20.40.60.81.01.2//lx

若光敏電阻的阻值R與照度/成反比關(guān)系，則有四為定值，由圖像中的點(diǎn)的數(shù)據(jù)

可得

5.8X0.2<3.7X0.4<2.7X0.6<2.3X0.8<2.0X1.0<1.8X1.2

可知光敏電阻的阻值R與照度/不是反比關(guān)系。

(2)由于天亮?xí)r照度較大，光敏電阻的阻值較小，電路中的電流較大，銜鐵被吸下，

A3間斷開，CD間接通，故路燈應(yīng)接在A3間。

(3)由題意可知，當(dāng)照度降到1.0lx時，電路電流降低到10mA,此時電路中的總

電阻為

E36

R總=7=]()x](廣③Q=3600Q

此時光敏電阻的阻值為R=2000C,則滑動變阻器R的阻值應(yīng)調(diào)為

R'=R總一R—R線=36000—20000—1400=14600。

(4)使用一段時間后發(fā)現(xiàn)，路燈在天色更亮?xí)r就已點(diǎn)亮了，說明在天色更亮?xí)r電路

電流就降到了10mA,為了使路燈能按設(shè)計要求點(diǎn)亮和熄滅，應(yīng)使天色更亮?xí)r電

路電流大于10mA,應(yīng)使電路的總電阻適當(dāng)減小，故應(yīng)將變阻器R的阻值應(yīng)適當(dāng)

調(diào)小些。

■跟蹤訓(xùn)練

2.(2024.安徽亳州模擬)光敏電阻廣泛的應(yīng)用于光控制電路中，物理探究小組設(shè)計

了圖6甲所示的電路測量不同照度下的光敏電阻的阻值，照度單位為(lx)。小組成

員先將照射光敏電阻的光調(diào)至某一照度，將電阻箱阻值調(diào)到最大，先閉合開關(guān)Si,

再將開關(guān)S2與1連接，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖乙所示時，此時通過電流表@的電

流為/,然后將開關(guān)S2與2連接，當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖丙所示時，電流表的

示數(shù)恰好也為I。

1

00.20.40.60.81.()1.2照度/lx

圖6

⑴圖乙的讀數(shù)Q,圖丙的讀數(shù)Q,此照度下光敏電阻的阻值R)

=Qo

(2)圖丁是該小組描繪出的光敏電阻的阻值隨照度變化的關(guān)系圖像，由圖丁可知(1)

中的光照度為1x(保留2位有效數(shù)字)。

(3)此光敏電阻隨光照強(qiáng)度的減小而(填“增大”“不變”或“減小”)。

(4)小組設(shè)計了如圖戊所示的電路控制路燈，圖戊中品)為此實(shí)驗(yàn)的光敏電阻，拈

為滑動變阻器，電磁繼電器的銜鐵由軟鐵(容易磁化和消磁)制成，及為電磁鐵的

線圈電阻，K為單刀雙擲開關(guān)。當(dāng)光照強(qiáng)度小到某一值時，銜鐵就會被吸下，交

流電路接通，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到某一值時，銜鐵就會被彈簧拉起，交流電路就會斷

開，路燈熄滅，請在圖戊中原有電路的基礎(chǔ)上用筆畫線連接電路實(shí)現(xiàn)這一功能。

答案(1)232011201200(2)1.0(3)增大

(4)圖見解析

解析(1)根據(jù)圖乙、丙電阻箱各旋鈕的示數(shù)，可知讀數(shù)為R=2320。，&=1120

Q；

根據(jù)題意可知，開關(guān)與1連接和與2連接時電流表的示數(shù)都為I,根據(jù)閉合電路

歐姆定律可知兩種情況下電路中電阻大小相等，所以

7?O=7?I-7?2=232OQ-1120Q=1200C。

(2)根據(jù)Ro的阻值，結(jié)合圖像可知(1)中的光照度為1.0lx。

(3)根據(jù)圖線可知，此光敏電阻隨光照強(qiáng)度的減小而增大。

(4)將線圈與光敏電阻并聯(lián)，然后與滑動變阻器以及電源串聯(lián)，這樣當(dāng)光照強(qiáng)度減

小時，光敏電阻的阻值增大，并聯(lián)部分的分壓變大，線圈中的電流增大，螺線管

的磁性變強(qiáng)，將銜鐵吸下，路燈接通；當(dāng)光照強(qiáng)度增大時，光敏電阻阻值變小，

并聯(lián)部分分壓變小，線圈中的電流減小，螺線管的磁性變?nèi)?，銜鐵彈起，路燈熄

滅。

■提升素養(yǎng)能力(限時：40分鐘)

1.在如圖1所示的電路中，當(dāng)用半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻浸泡到熱水中時，電

流表示數(shù)增大，則說明()

圖1

A.在溫度越高時，熱敏電阻阻值越小

B.在溫度越高時，熱敏電阻阻值越大

C.半導(dǎo)體材料溫度升高時，導(dǎo)電性能變差

D.半導(dǎo)體材料溫度升高時，導(dǎo)電性能不變

答案A

解析由電流表的變化判斷半導(dǎo)體的電阻的變化，溫度升高時，電路中總電流增

大，由閉合電路歐姆定律可知，總電阻減小，則溫度升高，熱敏電阻阻值減小，

半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能變好，故A正確。

2.霍爾元件的示意圖如圖2所示，一塊通電的銅板放在磁場中，銅板的前、后板

面垂直于磁場，板內(nèi)通有如圖方向的電流，是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn)，則（）

圖2

A.電勢（pa=（pb

B.電勢9》＞夕。

C.電流增大時，皿一夕從增大

D.其他條件不變，將銅板改為NaCl溶液時，電勢結(jié)果仍然一樣

答案C

解析銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動的方向與電流的方向相反，由左

手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向6側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以9。＞”，故A、B錯誤;

電流增大時，I的一涸增大，故C正確；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、

負(fù)離子均向匕側(cè)偏轉(zhuǎn)，I夕a—涸=0,即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，故D錯誤。

3.如圖3是利用太陽能給LED路燈供電的自動控制電路的示意圖是光敏電阻，

R）是保護(hù)定值電阻，日光充足時，電磁繼電器把銜鐵吸下，GH接入電路，太陽

能電池板給蓄電池充電，光線不足時，銜鐵被彈簧拉起，與所接入電路，蓄電

池給LED路燈供電，路燈亮起，下列關(guān)于該電路分析正確的是（）

圖3

A.該光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度增大而增大

B.增加電源電動勢可以增加路燈照明時間

C.增大保護(hù)電阻Ro阻值可延長每天路燈照明時間

D.并聯(lián)更多的LED路燈可延長每天路燈照明時間

答案C

解析日光充足時，電磁繼電器把銜鐵吸下，根據(jù)閉合電路歐姆定律，控制電路

中電阻變小，電流變大，銜鐵被吸下，則當(dāng)日光充足時光敏電阻R阻值減小，故

A錯誤；電動勢增大，電阻不變情況下，電流增大，電磁繼電器把銜鐵吸下，減

少了路燈照明時間，故B錯誤；增大保護(hù)電阻R）,電流減小，延長了照明時間，

故C正確；LED燈的盞數(shù)不影響控制電路，考慮蓄電池容量一定，可能減少照明

時間，故D錯誤。

4.某同學(xué)用熱敏電阻制作高溫報警器。實(shí)驗(yàn)器材如下，熱敏電阻品、電磁繼電器、

蜂鳴器、小燈泡（額定電壓2.5V）、保護(hù)電阻r（阻值5。）、變阻箱R（0?9999.9。）、

電池組兩組（內(nèi)阻不計）、多用電表（有溫度擋）、鐵架臺、燒杯、開關(guān)及導(dǎo)線若干。

圖4

（1）如圖4所示是該熱敏電阻的品一/曲線，由圖像可以得到熱敏電阻的阻值隨溫

度的升高而（選填“減小”“不變”或“增大”）。

（2）如圖5是某同學(xué)設(shè)計的高溫報警器電路圖，左邊部分是控制電路，右邊部分是

報警裝置，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)控制電路不工作，合上開關(guān)S,用多用電表排查電路故障，

則應(yīng)將如圖6所示的選擇開關(guān)旋至_______（選填“4"皮“?！被蛉小保糁挥欣^電

器線圈斷路，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入繼電器線圈兩端時多用電表的指針（選填

“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”），接入熱敏電阻兩端時多用電表的指針（選填

“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”）。

蜂

鳴

器

圖5

圖6

應(yīng)自

繼電器

，電磁

度時

定溫

到設(shè)

品達(dá)

電阻

熱敏

據(jù)，當(dāng)

術(shù)數(shù)

的技

電器

磁繼

據(jù)電

⑶根

器正

磁繼電

實(shí)測電

V,

勢為6

電動

池組

路電

制電

知控

。已

報警

裝置

報警

合，

動吸

警溫度

設(shè)置報

,如果

.0C

為61

內(nèi)阻

電器

A,繼

0.2m

A?4

7.6m

流為3

的電

合時

常吸

報

在高溫

敏電阻

要讓熱

C。想

調(diào)節(jié)到

阻R

的電

阻箱

將變

少應(yīng)

。。,至

為55

小”

”“減

“增大

（選填

要

），需

就報警

是太高

溫度不

”（即

“敏感

更加

警中

。

電阻

箱的

）變阻

變”

或“不

小

.3減

（3）56

偏轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)不

）C偏

小（2

⑴減

答案

。

減小

高而

的升

溫度