第4講傳感器實驗16：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第十三章交變電流電磁波傳感器目標(biāo)要求1.掌握制作傳感器的常用元件：熱敏電阻、光敏電阻、金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片、霍爾元件的基本特性及工作原理。2.了解傳感器的工作原理及傳感器應(yīng)用的一般模式。3.能利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。考點1常見的傳感器考點2實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置內(nèi)容索引溫馨提示:點擊標(biāo)題鏈接相關(guān)內(nèi)容常見的傳感器贏在微點物理大一輪考點1必|備|知|識1.傳感器。(1)傳感器指這樣一類器件或裝置：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。(2)傳感器應(yīng)用的一般模式。(3)傳感器的組成。傳感器的基本部分一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。它們分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件。2.常見敏感元件。(1)光敏電阻。①光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。②光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小。③光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。(2)熱敏電阻和金屬熱電阻。①熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度變化明顯。熱敏電阻的用途：利用溫度特性來測量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補(bǔ)償；利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開關(guān)、過流保護(hù)作用；利用不同媒質(zhì)中熱耗散特性的差異測量流量、流速、液面等。②金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為金屬熱電阻。相比而言，金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好。(3)霍爾元件。

(4)電容器。①原理：電容器的電容C決定于極板正對面積S、極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。②用途。例如：圖甲是用來測定角度θ的電容式傳感器，圖乙是測定液面高度h的電容式傳感器，圖丙是測定壓力F的電容式傳感器，圖丁是測定位移x的電容式傳感器。(5)電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。應(yīng)變片測力的原理是橫梁上下表面各貼一個應(yīng)變片，橫梁受力發(fā)生彎曲，拉伸一側(cè)的電阻變大，壓縮一側(cè)的電阻變小，形變量越大，應(yīng)變片的電阻變化越大，上下表面應(yīng)變片的電壓差值越大。(1)傳感器是一類把力、光、聲、溫度等信號轉(zhuǎn)化為電信號的元件或裝置(

)(2)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而增大(

)(3)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小(

)關(guān)|鍵|能|力【典例1】

(多選)(2025·寶雞模擬)傳感器在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，它的種類多種多樣，其性能也各不相同。下列有關(guān)傳感器的說法正確的是(

)A.非觸摸式自動水龍頭(自動感應(yīng)水龍頭)應(yīng)用的傳感器是壓力傳感器B.辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開或關(guān)，是光傳感器的應(yīng)用C.空調(diào)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，是溫度傳感器的應(yīng)用D.電熨斗能自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，能控制電路的通斷利用紅外線的熱效應(yīng)可以制成多種開關(guān)，本題所涉及的水龍頭和智能門就是這一應(yīng)用的體現(xiàn)，是利用光傳感器而制成的，A項錯誤；辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開和關(guān)，是由于人體會發(fā)出紅外線，當(dāng)傳感器探測到人體發(fā)出的紅外線后，門會自動打開，是光傳感器的應(yīng)用，B項正確；空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，這是因為空調(diào)機(jī)使用溫度傳感器，C項正確；電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器作用是控制電路的通斷，原理是不同的金屬膨脹系數(shù)不同，D項正確。解析【典例2】

(多選)(2025·唐山模擬)如圖是某傳感裝置內(nèi)部部分電路圖，RT為金屬熱電阻，其特性為隨著溫度的升高阻值增大；R2為光敏電阻，其特性為隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)阻值減小；R1為定值電阻，A為理想電流表，電源不計內(nèi)阻。若發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)增大，可能的原因是(

)A.金屬熱電阻溫度降低，其他條件不變B.金屬熱電阻溫度升高，其他條件不變C.光照減弱，其他條件不變D.光照增強(qiáng)，其他條件不變當(dāng)金屬熱電阻溫度降低，其他條件不變時，金屬熱電阻阻值減小,電路的總電阻減小，干路電流增大，即電流表的示數(shù)增大；同理可得當(dāng)金屬熱電阻溫度升高，其他條件不變時，電流表的示數(shù)減小，A項正確，B項錯誤；當(dāng)光照減弱時，其他條件不變時，光敏電阻增大，電路的總電阻增大，干路電流減小，即電流表的示數(shù)減小，同理可得當(dāng)光照增強(qiáng)，其他條件不變時，電流表的示數(shù)增大，C項錯誤，D項正確。解析【典例3】

(2025·蘭州模擬)某同學(xué)將電容式位移傳感器的兩極板接入到電路中進(jìn)行實驗探究，電路結(jié)構(gòu)如圖所示，電容式位移傳感器中的電介質(zhì)板與被測物體固連在一起，可以左右移動。電介質(zhì)板插入極板間的深度記為x，電壓表和電流表均為理想電表，電源電動勢、內(nèi)阻均恒定，R為定值電阻。經(jīng)實驗可以發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)電壓表讀數(shù)不為零時，電介質(zhì)板插入極板間的深度x________

(填“增大”“減小”或“無法確定增減”)。

(2)若x保持不變，則電壓表示數(shù)

(填“一定”或“不一定”)為零。

(3)在x增大的過程中，電容器兩極板帶電量

(填“增大”或“減小”)，a點電勢始終

(填“高于”或“低于”)b點電勢。

無法確定增減一定增大低于

解析實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置贏在微點物理大一輪考點2實驗1

門窗防盜報警裝置1.電路工作原理。閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。2.實驗操作。(1)連接電路前，要先判斷干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片是否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后，按照如圖所示連接電路。(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。實驗2

光控開關(guān)1.電路工作原理。當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。2.實驗操作。(1)按照如圖所示連接電路，檢查無誤后接通電源。(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時，則發(fā)光二極LED管或小燈泡L熄滅。關(guān)|鍵|能|力【典例4】熱敏傳感器主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡單自動報警器的線路圖。(1)為了使溫度過高時報警鈴響，c應(yīng)接在

(填“a”或“b”)點。

(2)若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P向

(填“左”或“右”)移動。

(3)如果在調(diào)試報警器達(dá)到最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路實際不能工作的原因可能是___________

。

a左

可能是電源E1電壓太低或繼電器線圈匝數(shù)太少或彈簧勁度系數(shù)太大(1)由題圖甲可知當(dāng)溫度升高時Rt的阻值減小，通過線圈的電流變大，對銜鐵的引力變大，銜鐵與a點接觸，欲使報警器報警，c應(yīng)接在a點。(2)若使啟動報警的溫度提高些，可使電路的相對電流減小一些，以使得熱敏電阻Rt的阻值減小得更大一些，所以將滑動變阻器滑片P向左移動，增大滑動變阻器接入電路的阻值。解析(3)在調(diào)試報警器達(dá)最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，可能是通過線圈的電流太小(E1電壓太低)或線圈匝數(shù)太少，對銜鐵的引力較小，也可能是彈簧的彈力較大，線圈的磁力不能將銜鐵吸引到和a接觸的狀態(tài)。解析【典例5】

(2024·河北卷)某種花卉喜光，但陽光太強(qiáng)時易受損傷。某興趣小組決定制作簡易光強(qiáng)報警器，以便在光照過強(qiáng)時提醒花農(nóng)。該實驗用到的主要器材如下：學(xué)生電源、多用電表、數(shù)字電壓表(0~20V)、數(shù)字電流表(0~20mA)、滑動變阻器R(最大阻值50Ω,1.5A)、白熾燈、可調(diào)電阻R1(0~50kΩ)、發(fā)光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、開關(guān)和若干導(dǎo)線等。(1)判斷發(fā)光二極管的極性使用多用電表的“×10k”歐姆擋測量二極管的電阻。如圖甲所示，當(dāng)黑表筆與接線端M接觸、紅表筆與接線端N接觸時，多用電表指針位于表盤中a位置(見圖乙)；對調(diào)紅、黑表筆后指針位于表盤中b位置(見圖乙)，由此判斷M端為二極管的

(填“正極”或“負(fù)極”)。

負(fù)極(2)研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性。①采用圖丙中的器材進(jìn)行實驗，部分實物連接已完成。要求閉合開關(guān)后電壓表和電流表的讀數(shù)從0開始。導(dǎo)線L1、L2和L3的另一端應(yīng)分別連接滑動變阻器的

、

、

接線柱(以上三空填接線柱標(biāo)號“A”“B”“C”或“D”)。

AAD(或C)②圖丁為不同光照強(qiáng)度下得到的光敏電阻伏安特性曲線，圖中曲線Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ對應(yīng)光敏電阻受到的光照由弱到強(qiáng)。由圖像可知，光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強(qiáng)而

(填“增大”或“減小”)。

減小(3)組裝光強(qiáng)報警器電路并測試其功能，圖戊為利用光敏電阻、發(fā)光二極管、三極管(當(dāng)b、e間電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通)等元件設(shè)計的電路。組裝好光強(qiáng)報警器后，在測試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)照射到光敏電阻表面的光強(qiáng)達(dá)到報警值時，發(fā)光二極管并不發(fā)光，為使報警器正常工作，應(yīng)

(填“增大”或“減小”)可調(diào)電阻R1的阻值，直至發(fā)光二極管發(fā)光。

增大(1)根據(jù)歐姆表結(jié)構(gòu)，使用時歐姆表黑表筆接內(nèi)部電源正極，當(dāng)黑表筆接M端，電阻無窮大，說明二極管反向截止，M端為二極管負(fù)極。(2)①題干要求電壓表、電流表讀數(shù)從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法連接電路，故L1、L2接滑動變阻器A接線柱，L3接在金屬桿兩端接線柱的任意一個，即C或D。②由題圖丁可知，隨光照強(qiáng)度增加，I-U圖像斜率增大，所以電阻減小。(3)三極管未導(dǎo)通時，RG與R1串聯(lián)。隨著光強(qiáng)增強(qiáng)，RG電阻減小，此時三極管仍未導(dǎo)通，說明R1分壓小，故需要增大R1。解析命題特點：本題將教材上的光控開關(guān)電路轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)報警器，將多用電表使用、電路連接、圖像法處理實驗數(shù)據(jù)、傳感器簡單應(yīng)用有機(jī)結(jié)合在一起，形成一道綜合性的實驗題，增加了試題考查知識的廣度。復(fù)習(xí)建議：復(fù)習(xí)中不能簡單地重復(fù)教材實驗，應(yīng)理解教材實驗的原理、操作要求、數(shù)據(jù)處理、誤差分析和實驗中的注意事項，達(dá)到學(xué)會“漁”而不是繼承“魚”，提高實驗的探究能力。含傳感器的電學(xué)實驗贏在微點物理大一輪考點3關(guān)|鍵|能|力【典例6】

(2024·廣東卷)某科技小組模仿太陽能發(fā)電中的太陽光自動跟蹤系統(tǒng)，制作光源跟蹤演示裝置，實現(xiàn)太陽能電池板方向的調(diào)整，使電池板正對光源。圖甲是光照方向檢測電路。所用器材有:電源E(電動勢3V)、電壓表V1和V2(量程均有3V和15V，內(nèi)阻均可視為無窮大)、滑動變阻器R、兩個相同的光敏電阻RG1和RG2、開關(guān)S、手電筒、導(dǎo)線若干。圖乙是實物圖。圖中電池板上垂直安裝有半透明隔板，隔板兩側(cè)裝有光敏電阻，電池板固定在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上?？刂茊卧c檢測電路的連接未畫出?？刂茊卧獙庹辗较驒z測電路無影響。請完成下列實驗操作和判斷。(1)電路連接。圖乙中已正確連接了部分電路，請完成虛線框中滑動變阻器R、電源E、開關(guān)S和電壓表V1間的實物圖連線。(2)光敏電阻阻值與光照強(qiáng)度關(guān)系測試。①將圖甲中R的滑片置于

(填“a”或“b”)端。用手電筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照強(qiáng)度比RG2表面的小。

②閉合S，將R的滑片緩慢滑到某一位置。V1的示數(shù)如圖丙所示，讀數(shù)U1為

V，V2的示數(shù)

U2為1.17V。由此可知，表面光照強(qiáng)度較小的光敏電阻的阻值

(填“較大”或“較小”)。

③斷開S。b1.63較大(3)光源跟蹤測試。①將手電筒的光從電池板上方斜照射到RG1和RG2。②閉合S。并啟動控制單元。控制單元檢測并比較兩光敏電阻的電壓,控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動。此時兩電壓表的示數(shù)U1<U2，圖乙中的電動機(jī)帶動電池板

(填“逆時針”或“順時針”)轉(zhuǎn)動，直至

時停止轉(zhuǎn)動，電池板正對手電筒發(fā)出的光。

逆時針U1=U2(1)電路連線如圖。解析(2)①為了保證電路的安全，實驗開始前要將R的滑片置于b端。②電壓表V1量程為3

V，最小刻度為0.1

V，則讀數(shù)為1.63

V；電壓表V1比電壓表V2的示數(shù)大，說明RG1>RG2，由此可知表面光照強(qiáng)度較小的光敏電阻的阻值較大。(3)電壓表的示數(shù)U1<U2，說明RG1表面的光照強(qiáng)度比RG2表面的大,因此電動機(jī)帶動電池板逆時針轉(zhuǎn)動，直至U1=U2時停止轉(zhuǎn)動，電池板正對手電筒發(fā)出的光。解析【典例7】

(2023·湖南卷)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，其電路如圖甲所示，R1、R2、R3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)阻無窮大)。(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值，示數(shù)如圖乙所示，對應(yīng)的讀數(shù)是

Ω。

(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時，RF的阻值為

(用R