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高中物理实验传感器的简单使用

高中物理实验　传感器的简单使用

1．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．

2．实验原理

闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．

3．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．

4．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．

1．数据处理

(1)热敏电阻的热敏特性

①画图象

在如图坐标系中，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

光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；

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．

2．误差分析

本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．

3．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．

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(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．

热敏电阻的特性和应用

用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图甲虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图乙所示，图中的电压表内阻很大．RL的测量结果如下表所示.

温度t/℃	涂布白板纸30.0	40.0	50.0	60.0	70.0	80.0	90.0
RL阻值/Ω	54.3	51.5	48.3	44.7	41.4	37.9	34.7

回答下列问题：

(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线．

(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出RL－t关系图线．

(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙、丁所示．电流表的读数为________，电压表的读数为________．此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为____________．

[解析]　(1)根据电路图连接实物图，R1与RT并联，再与R2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路．

(2)根据表中数据，在RL－t图象中描点，锅炉烟囱制造作出RL－t图象为一条直线．

(3)读出电压U＝5.00 V，电流I＝115 mA.RL＝＝43.5 Ω，再由RL－t关系图线出RL＝43.5 Ω对应的温度t＝64.0 ℃.

[答案]　(1)连线如图所示

(2)作出RL—t图象为一条直线

(3)115 mA　5.00 V　43.5 Ω　64.0 ℃(62～66 ℃均正确)

1．(2016·吉林长春模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的，如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )

A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃

解析：选D.由题图乙知，温度为20 ℃时，R的阻值R1＝4 kΩ.由欧姆定律知E＝I1石榴套袋技术(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，两式联立解得R2＝2 kΩ，由图乙中查得此时温度为120 ℃，D正确．

2．(2016·山东淄博调研)暑假开学之后流感在各地爆发，山东半岛也出现病例．为了做好防范，需要购买大量的体温表，市场体温表出现供货不足的情况，某同学想到自己制作一个金属温度计，为此该同学从实验室到一个热敏电阻，并通过查资料获得该热敏电阻的

阻值R随温度t变化的图线，如图甲所示．该同学进行了如下设计：将一电动势E＝1.5 V(内阻不计)的电源、量程0～5 mA(内阻Rg＝100 Ω)的电流表、电阻箱R′及用作测温探头的电阻R，串联成如图乙所示的电路，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．

(1)电流刻度较小处对应的温度刻度________(选填“较高”或“较低”)；

(2)若电阻箱阻值R′＝70 Ω，图丙中5 mA刻度处对应的温度数值为________℃.

解析：电流刻度较小时，电阻较大，温度较高；R′＝70 Ω时，5 mA电流对应的热敏电阻值为＝5×10－3 A，得R＝130 Ω，题图甲的函数方程为R＝100＋t，可知当热敏电阻为130 Ω时，温度为30 ℃.

答案：(1)较高　(2)30

3．如图，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻RA为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻不计；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值．

(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．

(2)完成下列实验步骤中的填空．

①依照实验原理电路图连线．

②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.

③将电阻箱调到适当的阻值焊接熔深检测仪，以保证仪器安全．

④闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________________．

⑤将RT的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数__________，记录__________．

⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝__________．

⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.

解析：(1)根据所给器材，要测量在不同温度下RT的阻值，只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路，如图所示．

(2)依照实验原理电路图连线；调节控温容器M内的温度，使得RT温度为95 ℃，此时RT阻值为150 Ω，将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全；闭合开关，调节电阻箱，记录毫安表的示数I0，并记录电阻箱的读数R0，根据欧姆定律有：I0＝；将RT的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得毫安表的读数仍为I0，记录电阻箱的读数为R1，根据欧姆定律：I0＝，则：＝，解得：RT1＝R0－R1＋150 Ω.