實驗十三利用傳感器制作簡單的自動控制裝置熱敏電阻的理解及應(yīng)用一、實驗器材與步驟1.按圖連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理.2.把多用電表置于“電阻”擋,并選擇適當(dāng)?shù)谋堵蕼y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數(shù).3.向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數(shù)和多用電表測出的熱敏電阻的阻值.4.將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄.二、數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻值填入下表中,分析熱敏電阻的特性.次數(shù)123456溫度(℃)電阻(Ω)2.在坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線,如圖所示.3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R?t圖線,得出結(jié)論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大.例1[2024·貴州卷]某實驗小組根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律,探測溫度控制室內(nèi)的溫度.選用的器材有:熱敏電阻RT;電流表G(內(nèi)阻Rg為240Ω,滿偏電流為Ig);定值電阻R(阻值為48Ω);電阻箱R0(阻值0~999.9Ω);電源E(電動勢恒定,內(nèi)阻不計);單刀雙擲開關(guān)S1、單刀單擲開關(guān)S2;導(dǎo)線若干.請完成下列步驟:(1)該小組設(shè)計了如圖甲所示的電路圖.根據(jù)圖甲,完成圖乙中的實物圖連線.(2)開關(guān)S1、S2斷開,將電阻箱的阻值調(diào)到(選填“最大”或“最小”).開關(guān)S1接1,調(diào)節(jié)電阻箱,當(dāng)電阻箱讀數(shù)為60.0Ω時,電流表示數(shù)為Ig.再將S1改接2,電流表示數(shù)為Ig2,斷開S1.得到此時熱敏電阻RT的阻值為(3)該熱敏電阻RT阻值隨溫度t變化的RT?t曲線如圖丙所示,結(jié)合(2)中的結(jié)果得到溫度控制室內(nèi)此時的溫度約為℃.(結(jié)果取整數(shù))

(4)開關(guān)S1接1,閉合S2,調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表示數(shù)為Ig.再將S1改接2,如果電流表示數(shù)為Igk(k>0),則此時熱敏電阻RT=Ω(用k表示),根據(jù)圖丙即可[反思感悟]

光敏電阻傳感器的應(yīng)用一、實驗器材與步驟1.將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器等按如圖所示電路連接好,其中多用電表置于“電阻”擋.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情況,并記錄.4.用手掌(或黑紙)遮光,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄.二、數(shù)據(jù)處理1.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.光照強度弱中強無光照射阻值/Ω2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論:光敏電阻在被光照射時阻值發(fā)生變化,光照增強則電阻變小,光照減弱則電阻變大.例2[2024·河北卷]某種花卉喜光,但陽光太強時易受損傷.某興趣小組決定制作簡易光強報警器,以便在光照過強時提醒花農(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”電阻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(選填“正極”或“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(以上三空選填接線柱標(biāo)號“A”“B”“C”或“D”).

②圖丁為不同光照強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.由圖像可知,光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強而(選填“增大”或“減小”).

(3)組裝光強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)(選填“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.

工作模式傳感器種類壓敏電阻壓力電學(xué)量氣敏電阻氣體濃度電學(xué)量磁敏電阻磁感應(yīng)強度電學(xué)量考向一壓敏電阻例3[2024·重慶八中模擬]高速路入口都安裝有稱量汽車重量的地磅.如圖甲所示是某工廠生產(chǎn)的小型地磅結(jié)構(gòu)圖和電路圖,其中R是壓敏電阻,質(zhì)量m0=500kg的秤臺平放在壓敏電阻上,被稱汽車停放在秤臺上.已知電路中電源電動勢為26V、內(nèi)阻r=10Ω,電流表量程為0~0.3A、內(nèi)阻RA=10Ω,滑動變阻器R'的最大阻值為500Ω.如圖乙是壓敏電阻的阻值R隨壓力F變化曲線.某設(shè)計人員對電流表上刻度重新賦值,使之能夠從表盤上直接讀出秤臺上汽車的質(zhì)量,他先后進(jìn)行了以下操作.重力加速度g取10m/s2.甲(1)斷開開關(guān)S,撤去秤臺上的汽車,把多用電表的旋鈕旋到電阻擋“×10擋”,通過正確調(diào)零后,用紅、黑表筆接在壓敏電阻兩端,多用電表的表針指到如圖丙所示位置,則壓敏電阻R此時的電阻值為Ω.

(2)閉合開關(guān)S,設(shè)計人員通過調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表讀數(shù)為0.10A,并在此處標(biāo)注為0kg,則此時滑動變阻器R'接入電路的電阻值為Ω;2500kg處應(yīng)標(biāo)注在A處.

(3)設(shè)計人員按上述操作逐個刻度賦值后,經(jīng)長時間使用,發(fā)現(xiàn)電池的電動勢略有減小、內(nèi)阻有所增大.他重新調(diào)節(jié)滑動變阻器,使秤臺空載時電流表讀數(shù)仍為0.10A,然后再去測量汽車的重量.你認(rèn)為現(xiàn)在的測量值相比汽車真實重量(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

[反思感悟]考向二氣敏電阻例4[2024·全國甲卷]電阻型氧氣傳感器的阻值會隨所處環(huán)境中的氧氣含量發(fā)生變化.在保持流過傳感器的電流(即工作電流)恒定的條件下,通過測量不同氧氣含量下傳感器兩端的電壓,建立電壓與氧氣含量之間的對應(yīng)關(guān)系,這一過程稱為定標(biāo).一同學(xué)用圖甲所示電路對他制作的一個氧氣傳感器定標(biāo).實驗器材有:裝在氣室內(nèi)的氧氣傳感器(工作電流1mA)、毫安表(內(nèi)阻可忽略)、電壓表、電源、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干、5個氣瓶(氧氣含量分別為1%、5%、10%、15%、20%).(1)將圖甲中的實驗器材間的連線補充完整,使其能對傳感器定標(biāo);(2)連接好實驗器材,把氧氣含量為1%的氣瓶接到氣體入口;(3)把滑動變阻器的滑片滑到端(選填“a”或“b”),閉合開關(guān);

(4)緩慢調(diào)整滑動變阻器的滑片位置,使毫安表的示數(shù)為1mA,記錄電壓表的示數(shù)U;(5)斷開開關(guān),更換氣瓶,重復(fù)步驟(3)和(4);(6)獲得的氧氣含量分別為1%、5%、10%和15%的數(shù)據(jù)已標(biāo)在圖乙中;氧氣含量為20%時電壓表的示數(shù)如圖丙,該示數(shù)為V(結(jié)果保留2位小數(shù)).現(xiàn)測量一瓶待測氧氣含量的氣體,將氣瓶接到氣體入口,調(diào)整滑動變阻器滑片位置使毫安表的示數(shù)為1mA,此時電壓表的示數(shù)為1.50V,則此瓶氣體的氧氣含量為%(結(jié)果保留整數(shù)).

考向三磁敏電阻例5磁敏電阻是一種對磁敏感、具有磁阻效應(yīng)的電阻元件.磁敏電阻在磁場中電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng).某同學(xué)利用伏安法測量一磁敏電阻的阻值(幾千歐)隨磁感應(yīng)強度的變化關(guān)系.所用器材:電源E,開關(guān)S,滑動變阻器R(最大阻值為20Ω),電壓表(內(nèi)阻約為3000Ω)和毫安表(可視為理想電表).(1)在圖甲所給的器材符號之間畫出連線,組成測量電路圖.(2)實驗時,將磁敏電阻置于待測磁場中,記錄不同磁感應(yīng)強度下電壓表和毫安表的示數(shù),計算出相應(yīng)的磁敏電阻阻值.若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為6.2V和2.8mA,則此時磁敏電阻的阻值為kΩ(保留兩位有效數(shù)字).實驗中得到的該磁敏電阻阻值R磁隨磁感應(yīng)強度B變化的曲線如圖乙所示.

(3)某次測量中,測得磁敏電阻的阻值為10.0kΩ,此時磁感應(yīng)強度為T(保留兩位有效數(shù)字).

(4)太陽風(fēng)是指從太陽上層大氣射出的超聲速帶電粒子流,當(dāng)太陽風(fēng)激烈爆發(fā)時,可能會給地球帶來無法預(yù)計的磁暴災(zāi)難.某同學(xué)利用實驗中的磁敏電阻制作了一種搭載在人造衛(wèi)星上的探測磁感應(yīng)強度的報警器,其電路的一部分如圖丙所示.圖中E為直流電源(