人教高中物理实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置.docx

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置
一、热敏电阻的特性
1.实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。
2.实验器材
半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。
3.实验步骤
图1
(1)按图1连接好电路。
(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。
(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。
4.数据处理
在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
图2
5.实验结论
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。
6.注意事项
实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
二、光敏电阻的特性
1.实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。
2.实验器材
光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源。
3.实验步骤
图3
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3所示电路连接好，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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
4.数据处理
根据记录数据分析光敏电阻的特性。
5.实验结论
(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
(2)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。
6.注意事项
(1)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照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的。
(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
命题点一　温度传感器的应用
【例1】 (2020·全国卷Ⅲ，23)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在虚线框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图4(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得，此时室温为________℃(保留3位有效数字)。
图4
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中
________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。
答案　(1)如解析图所示　(2)1.8　(3)25.5
(4)R1　1.2
解析　(1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如图所示。
(2)由欧姆定律得R＝＝ Ω＝1.8×103Ω＝1.8 kΩ。
(3)由题图(a)可直接读出热敏电阻的阻值为2.2 kΩ时，室温为25.5 ℃。
(4)由题意可知随温度的升高R2两端的输出电压应增大，又由串联电路的特点可知，R1的阻值应减小或R2的阻值应增大，而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此R1应为热敏电阻；当环境温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为0.8 kΩ，则由串联电路的特点有＝，解得R2＝1.2 kΩ。
【变式1】 (2021·1月湖北学业水平选择性考试模拟演练，12)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50 ℃时，系统开始自动报警。所用器材有：
直流电源E(36 V，内阻不计)；
电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)；
电压表(量程50 V，内阻约