實驗-利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

實驗基礎(chǔ)'記熟背牢必備知識明原理

______

一、研究熱敏電阻的熱敏特性

二、研究光敏電阻的光敏特性

｛實驗?zāi)康模﹡［認識光敏電阻的特性，了解傳感器在技術(shù)上的簡單應(yīng)用）

（實驗原理）_（閉合電路的歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀為

（實驗器材）~（光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、電源）

⑴將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器等按如

圖所示連接好電路，其中多用電表置于“xlOO”擋

⑵先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并

T實驗步驟卜一

記錄數(shù)據(jù)

⑶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情況，并記錄

（4）測出用手掌（或黑紙）遮光時的電阻值，并記錄

⑴根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性

｛數(shù)據(jù)處理卜一⑵光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強電

阻變小，光照減弱電阻變大

?注意事項

1.在做熱敏實驗時，加熱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.在光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋

上小孔改變照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調(diào)零.

原型實驗創(chuàng)新改進試題調(diào)研?提能力

考點占教材原型實驗

典例1（2021?廣東卷）某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律.根據(jù)實驗需要已選

用了規(guī)格和量程合適的器材.

（1）先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢.選擇適當倍率的歐姆擋，將兩

表筆，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0?！碧?測量時觀察到熱敏電阻溫度

越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升

局而?

（2）再按圖連接好電路進行測量.

①閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器/?,的滑片滑到（填“”或9”）端.將溫控室的

溫度設(shè)置為7,電阻箱心調(diào)為某一阻值島1.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器刈，使電壓表和

電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置.記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)、T和島1.斷開開關(guān)S.再將

電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到。端，閉合開關(guān)S.反復(fù)調(diào)節(jié)島和心,使電壓表和

電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同.記錄此時電阻箱的阻值及02.斷開開關(guān)S.

②實驗中記錄的阻值即（填“大于”“小于”或“等于"）麗.此時熱敏電阻阻值RT

（3）改變溫控室的溫度，測量不同溫度時的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫

度的變化規(guī)律.

變式1（2024?湖北高三專題練習(xí)）傳感器擔負著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著

重要作用，能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量）,

傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段.回答下面?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用實驗中的

兩個問題：

（1）光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，如圖甲所示為光敏電阻

自動計數(shù)器的示意圖，其中S為發(fā)光儀器，小圓柱是傳送帶上的物品，肥為光敏電阻，其

阻值在有光照時比沒有光照時要小得多，馬為定值電阻.當有光照射火i時，信號處理系統(tǒng)

獲得（填“高”或"低”）電壓，信號處理系統(tǒng)每獲得一次（填“高”或"低”）電壓

就記數(shù)一次.

信號處

理系統(tǒng)

(2)熱敏傳感器利用由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量.熱敏電阻的

阻值隨溫度變化的圖像如圖乙所示，圖丙是由熱敏電阻以作為傳感器的簡單自動報警器的

線路圖.為了使溫度過高時報警器報警，c應(yīng)接在(填“”或濘”)處.若要使啟動報

警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向(填“左”或“右”)移動.

實驗的創(chuàng)新與改進

典例2(2023?湖南卷節(jié)選)某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個

測量微小壓力的裝置，其電路如圖(a)所示，Ri、電、用為電阻箱，RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳

感器，C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮太).

302015

(1)先用歐姆表“xlOO”擋粗測AF的阻值，示數(shù)如圖(b)所示，對應(yīng)的讀數(shù)是C.

（2）適當調(diào)節(jié)Ri、Rz、R3,使電壓傳感瞿示數(shù)為J，此時，AF的阻值為（用后、

出、尺3表示）.

（3）依次將0.5g的標準祛碼加載到壓力傳感器上（壓力傳感器上所受壓力大小等于祛碼

重力大?。x出電壓傳感器示數(shù)U,所測數(shù)據(jù)如下表所示：

次數(shù)123

祛碼質(zhì)量膽/g0.00.51.0

電壓U/mV057115

次數(shù)456

祛碼質(zhì)量m/g1.52.02.5

電壓U/mV168220280

根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（c）上描點，繪制t/一”,關(guān)系圖線.

（4）完成前面三步的實驗工作后，該測量微小壓力的裝置即可投入使用.在半導(dǎo)體薄膜

壓力傳感器上施加微小壓力Fo,電壓傳感器示數(shù)為200mV,則E,大小是N（重力

加速度取g=9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字）.

變式2利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制等領(lǐng)域.某同學(xué)

想設(shè)計一個研究霍爾電壓與通過某霍爾元件電流關(guān)系的實驗，查閱資料得知該霍爾元件（導(dǎo)

電微粒帶負電）的工作電流在0?500mA之間，C、D間產(chǎn)生的霍爾電壓在0?5V之間.可

供選擇的器材如下：

A.電流表Ai（量程0.6A,內(nèi)阻約為0.15。）

B.電流表A2（量程20mA,內(nèi)阻約為40。）

C.電壓表VI（量程6.0V,內(nèi)阻約為20kC）

D.電壓表V2（量程15V,內(nèi)阻約為20k。）

E.保護電阻

F.滑動變阻器（最大阻值為50Q,允許通過的最大電流為1.5A）

G.電源、單刀單擲開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干

實驗時將該霍爾元件放在磁鐵S極的正上方，要求多測量幾組數(shù)據(jù)，且霍爾電壓從零

開始變化.

甲

(1)為了完成實驗，電流表應(yīng)選用(填“A1”或“A2”)，電壓表應(yīng)選用(填

“V1”或“V2”).

(2)請結(jié)合(1)中所選的器材和實驗要求將圖甲中的實物圖連線補充完整.

(3)該同學(xué)將記錄的實驗數(shù)據(jù)描繪在UJ坐標系中，如圖乙所示，請將圖像補充完整，

結(jié)合所作圖像可得，在誤差允許范圍內(nèi)霍爾電壓。與電流大小/的關(guān)系為(填“。=

U=kl2”或“U=周吟.

答案及解析

考點教材原型實驗

典例1(2021?廣東卷)某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律.根據(jù)實驗需要已選

用了規(guī)格和量程合適的器材.

(1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢.選擇適當倍率的歐姆擋，將兩

表筆,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0?！碧?測量時觀察到熱敏電阻溫度

越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升

高而?

(2)再按圖連接好電路進行測量.

①閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器拈的滑片滑到（填“”或"”）端.將溫控室的

溫度設(shè)置為T,電阻箱用調(diào)為某一阻值島1.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器刈，使電壓表和

電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置.記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)、T和品H.斷開開關(guān)S.再將

電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到。端，閉合開關(guān)S.反復(fù)調(diào)節(jié)島和使電壓表和

電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同.記錄此時電阻箱的阻值A(chǔ)02.斷開開關(guān)S.

②實驗中記錄的阻值即（填“大于”“小于”或“等于"）島2.此時熱敏電阻阻值RT

（3）改變溫控室的溫度，測量不同溫度時的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫

度的變化規(guī)律.

解析：（1）使用多用電表的歐姆擋前應(yīng)先歐姆調(diào)零，即將兩表筆短接.溫度越高，相同

倍率下多用電表的指針向右偏轉(zhuǎn)的角度越大，則電阻阻值越小，故熱敏電阻的阻值隨溫度

的升高而減小.

（2）①閉合開關(guān)前,為了保護電路,應(yīng)該將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，即b端.②

將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到。端，調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱，使電壓表和電

流表的示數(shù)與改接前一致，貝!］即=而+如，所以島1＞島2,RT=ROLR）2.

答案：⑴短接減?。?）①b②大于外1一島2

變式1（2024?湖北高三專題練習(xí)）傳感器擔負著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著

重要作用，能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量）,

傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段.回答下面?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用實驗中的

兩個問題：

（1）光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，如圖甲所示為光敏電阻

自動計數(shù)器的示意圖，其中S為發(fā)光儀器，小圓柱是傳送帶上的物品，用為光敏電阻，其

阻值在有光照時比沒有光照時要小得多，4為定值電阻.當有光照射R時，信號處理系統(tǒng)

獲得（填“高”或"低”）電壓，信號處理系統(tǒng)每獲得一次（填“高”或"低”）電壓

就記數(shù)一次.

信號處

'理系統(tǒng)

（2）熱敏傳感器利用由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量.熱敏電阻的

阻值隨溫度變化的圖像如圖乙所示，圖丙是由熱敏電阻用作為傳感器的簡單自動報警器的

線路圖.為了使溫度過高時報警器報警，c應(yīng)接在（填％"或處.若要使啟動報

警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向（填“左”或“右”）移動.

解析：（1）當有光照射以時，R的電阻減小，整個電路總電阻減小，電動勢不變，則電

流增大，m兩端的電壓增大，即信號處理系統(tǒng)獲得高電壓；當照射M的光被傳送帶上的物

品擋住時，拈的電阻增大，整個電路總電阻增大，電動勢不變，則電流減小，及兩端的電

壓減小，即信號處理系統(tǒng)獲得低電壓.則信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次.

（2）溫度升高時熱敏電阻的阻值變小，左邊電路中電流變大，電磁鐵磁性變強，開關(guān)接

觸。點，要使溫度過高時報警器報警，c應(yīng)接在。處.滑片P向左移動時，滑動變阻器接入

電路的阻值變大，在溫度更高時左邊電路才能有足夠大電流，使磁鐵有足夠大的引力吸引

開關(guān)，因此滑片向左移動可以提高報警器報警的溫度.

答案：⑴高低（2）a左

實驗的創(chuàng)新與改進

典例2（2023?湖南卷節(jié)選）某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個

測量微小壓力的裝置，其電路如圖（a）所示，Ri、&、島為電阻箱，AF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳

感器，C、D間連接電壓傳感器（內(nèi)阻無窮太）.

圖a

(1)先用歐姆表“xlOO”擋粗測AF的阻值，示數(shù)如圖(b)所示，對應(yīng)的讀數(shù)是C.

(2)適當調(diào)節(jié)R、&、%，使電壓技感器丞數(shù)為2,此時，心的阻值為(用M、

&3表示).

(3)依次將0.5g的標準祛碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于祛碼

重力大小)，讀出電壓傳感器示數(shù)。，所測數(shù)據(jù)如下表所示：

次數(shù)123

硅碼質(zhì)量膽/g0.00.51.0

電壓U/mV057115

次數(shù)456

祛碼質(zhì)量m/g1.52.02.5

電壓U/mV168220280

根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點，繪制。一盟關(guān)系圖線.

(4)完成前面三步的實驗工作后，該測量微小壓力的裝置即可投入使用.在半導(dǎo)體薄膜

壓力傳感器上施加微小壓力且，電壓傳感器示數(shù)為200mV,則E,大小是N(重力

加速度取g=9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字).

解析：(1)歐姆表讀數(shù)為10xl00Q=loooQ.

(2)當電壓傳感器示數(shù)為零時,C、。兩點電勢相等,即UCB^U,即

DBRi+RfR2+R3

解得出=*也

出

(3)繪出U-m圖像如圖所示.

U/mV

（4）由圖像可知，當電壓傳感器的讀數(shù)為200mV時，所放物體質(zhì)量為1.75g,則戶o=

1.75x10-3x9.8N=1.7xl0-2N.

答案：（1）1000（2聲學(xué)（3）見解析圖（4）1.7x10-2

Ri

變式2利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，被廣泛應(yīng)用于測量、自動控制等領(lǐng)域.某同學(xué)

想設(shè)計一個研究霍爾電壓與通過某霍爾元件電流關(guān)系的實驗，查閱資料得知該霍爾元件（導(dǎo)

電微粒帶負電）的工作電流在0?500mA之間，C、0間產(chǎn)生的霍爾電壓在0?5V之間.可

供選擇的器材如下：

A.電流表Ai（量程0.6A,內(nèi)阻約為0.15Q）

B.電流表A2（量程20mA,內(nèi)阻約為40。）

C.電壓表Vi（量程6.0V,內(nèi)阻約為20k￡2）

D.電