学案3实验十一：传感器的简单使用

1、 1.传感器的工作原理是怎样的传感器的工作原理是怎样的? 传感器是将它感受到的物理量传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等)转换成便于测转换成便于测量的量量的量(一般是电学量一般是电学量)。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。例如，光电传感器是感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电

2、路的处理属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了。就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了。 2.实验中用到哪些器材？实验中用到哪些器材？ 热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯泡、热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯泡、学生电源、开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干。学生电源、开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干。学案学案3 实验十一：传感器的简单使用实验十一：传感器的简单使用 1.1.实验过程实验过程（1）研究热敏电阻的热敏特性）研究热敏电阻的热敏特性（2）研究光敏电阻的光敏特性）研究光

3、敏电阻的光敏特性2.2.注意事项注意事项 （1）烧杯中加水改变温度时，要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻）烧杯中加水改变温度时，要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值。并同时读取温度值。值。并同时读取温度值。 （2）欧姆表每次换挡后都要重新调零。）欧姆表每次换挡后都要重新调零。 （3）调节灯泡亮度时，注意不要超过其额定电压。）调节灯泡亮度时，注意不要超过其额定电压。例题例题为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光 控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而

4、发生 变化的元件变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。 某光敏电阻某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：在不同照度下的阻值如下表： (1)根据表中数据，请在给定的坐标系根据表中数据，请在给定的坐标系 (图图10-3-1)中描绘出阻值随照度变中描绘出阻值随照度变 化的曲线，并说明阻值随照度变化化的曲线，并说明阻值随照度变化 的特点。的特点。 照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻电阻(k )754028232018图图10-3-1 (2)如图如图10-3-2所示，当所示，当1、2两端所加电压上升至两

5、端所加电压上升至2 V时，控时，控 制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简 单电路，给单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降两端提供电压，要求当天色渐暗照度降 低至低至1.0 (lx)时启动照明系统，在虚时启动照明系统，在虚 线框内完成电路原理图。线框内完成电路原理图。 (不考虑控制开关对所设计电路的影不考虑控制开关对所设计电路的影 响响) 提供的器材如下：提供的器材如下： 光敏电阻光敏电阻RP(符号符号 ，阻值见上，阻值见上 表表)； 直流电源直流电源E(电动势电动势3 V，内阻不计，内阻不计)； 定值电阻：定值电阻：R1

6、=10 k ，R2=20 k ，R3=40 k (限选其中限选其中 之一并在图中标出之一并在图中标出) 开关开关S及导线若干。及导线若干。图图10-3-2 (1)光敏电阻随光照度变化的曲线如图光敏电阻随光照度变化的曲线如图10-3-3甲所示，其甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。 (2)当光照度降至当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为时，光敏电阻的阻值为RP=20 k ，设计原，设计原理图如图理图如图10-3-3乙所示。根据欧姆定律与串联电阻的分压原理乙所示。根据欧姆定律与串联电阻的分压原理 得得 即即 R=10

7、k 即与即与RP串联的电阻应选串联的电阻应选R1=10 k 。甲甲乙乙RUERUp1212 R23202 图图10-3-3 北京奥运会帆船赛场北京奥运会帆船赛场(青岛青岛)采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光 敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。 光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型， 可以近似认为，照射光较强可以近似认为，照射光较强(如白天如白天)时电阻几乎为时电阻几乎为0；照；照 射光较弱射光较弱(如黑天如黑天

8、)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻 作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天 关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图10-3-4所示。所示。 1、2两接线柱之间是励磁线圈，两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹两接线柱分别与弹 簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时，电时，电 磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于断开；电流小于50 mA时，时，3、4接通。接通。 励磁线

9、圈中允许通过的最大电流为励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。 光敏电阻光敏电阻R1，符号，符号 灯泡灯泡L，额定功率，额定功率40 W，额定电压，额定电压36 V，符号，符号 保护电阻保护电阻R2，符号，符号 电磁开关，符号电磁开关，符号 蓄电池蓄电池E，电压，电压36 V，内阻很小；开关，内阻很小；开关S，导线若干。，导线若干。图图10-3-4 (2)回答下列问题：回答下列问题： 如果励磁线圈的电阻为如果励磁线圈的电阻为200 ，励磁线圈允许加的最大电压为，励磁线圈允

10、许加的最大电压为 _V，保护电阻，保护电阻R2的阻值范围为的阻值范围为_ 。 在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸 合铁片时，接线柱合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关之间从断开变为接通。为此，电磁开关 内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。 答：答：_。 任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。 答：答：_。 (1)电路原理如图所示电路原理如图所示 (2)20 160520 把触点从弹簧片把触点从

11、弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，片时，3、4之间接通；不吸合时，之间接通；不吸合时，3、4之间之间断开断开 电磁起重机电磁起重机1.在电脑的温度传感器材料中有一种特殊的热敏电阻在电脑的温度传感器材料中有一种特殊的热敏电阻,这种热敏电阻会这种热敏电阻会在特定的温度下电阻阻值发生急剧变化在特定的温度下电阻阻值发生急剧变化,关于这种热敏电阻关于这种热敏电阻,下列说法正下列说法正确的是确的是( ) A.这种电阻在温度达到特定数值时使得电路中的电流急剧变大这种电阻在温度达到特定数值时使得电路中的电流急剧变大B.这种电阻会在温度达到特定数值时使得电路

12、中的电流急剧变小这种电阻会在温度达到特定数值时使得电路中的电流急剧变小C.这种电阻可以用于特定温度的检测这种电阻可以用于特定温度的检测D.这种电阻可以用于限定较小的温度范围这种电阻可以用于限定较小的温度范围BC 不知道这种热敏电阻的阻值在特定温度下是变不知道这种热敏电阻的阻值在特定温度下是变大还是变小大还是变小,所以也就无法知道电路中的电流变大还是所以也就无法知道电路中的电流变大还是变小变小,A、B错误；根据这类热敏电阻的特性错误；根据这类热敏电阻的特性,可知可知C、D正确。正确。2.美国科学家美国科学家Willard S.Boyle与与GeorgeE Snith因电荷耦合器件因电荷耦合器件(

13、CCD)的的重要发明荣获重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有量的传感器。下列器件可作为传感器的有( )A.发光二极管发光二极管B.热敏电阻热敏电阻C.霍尔元件霍尔元件D.干电池干电池BC 发光二极管是将电转化为光发光二极管是将电转化为光,干电池是把其他能转干电池是把其他能转化为电能化为电能,不能作为传感器。不能作为传感器。3.当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法中几种家用电子

14、器件所采用传感器的说法中,正确的是正确的是( )A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器B.电子体温计中主要是采用了温度传感器电子体温计中主要是采用了温度传感器C.电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器 D.电子秤中主要是采用了力电传感器电子秤中主要是采用了力电传感器ABD 电视机对无线遥控信号的接收主要是接收红外线光电视机对无线遥控信号的接收主要是接收红外线光,红外线属于电磁波也属于光红外线属于电磁波也属于光,A正确正确;电脑所用的光电鼠标主电脑所用的光电鼠标主要是采用光电传感器要是采用光电传感

15、器,C错误；电子体温计最核心的元件就错误；电子体温计最核心的元件就是感知温度的是感知温度的NTC温度传感器温度传感器,电子体温计是利用温度传感电子体温计是利用温度传感器输出电信号器输出电信号,再将电流信号转换成液晶数字显示温度再将电流信号转换成液晶数字显示温度,同样同样能保持被测温度的最高值能保持被测温度的最高值,B正确；电子秤中主要是采用了正确；电子秤中主要是采用了应变片应变片,属于力电传感器。属于力电传感器。4.传感器是一种采集信息的重要器件，如图传感器是一种采集信息的重要器件，如图10-3-5所示是一所示是一 种测定压力的电容式传感器，当待测压力种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用

16、于可动膜作用于可动膜 片电极时，可使膜片发生形变，引起电容的变化。将电容片电极时，可使膜片发生形变，引起电容的变化。将电容 器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么( ) A.当当F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小 B.当当F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大 C.若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F发生变化发生变化 D.若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F不发生变化不发生变化BC图图10-3-5 当待测压力作用于可动膜片电极上时，可使膜片发生形变，从当待测压力作用于可动膜片电极上时，可使

17、膜片发生形变，从而引起电容的变化，当向上压膜片电极时，相当于两极间距离减小，而引起电容的变化，当向上压膜片电极时，相当于两极间距离减小，由由CrS/4kd可知电容器电容变大；将电容器与灵敏电流计、电源串可知电容器电容变大；将电容器与灵敏电流计、电源串联组成闭合电路，如果有恒力的作用，电容变大，电容器充满电之联组成闭合电路，如果有恒力的作用，电容变大，电容器充满电之后，电流计中无示数，如果力发生变化，电容器的电容不断变化，后，电流计中无示数，如果力发生变化，电容器的电容不断变化，电源不断给电容器充电、放电，使电流计有示数，说明压力发生变电源不断给电容器充电、放电，使电流计有示数，说明压力发生变化

18、。化。5.2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应巨磁电阻效应”。基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术。基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术, 被认为被认为是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法中。错误的是是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法中。错误的是( ) A.热敏电阻可应用于温度测控装置中热敏电阻可应用于温度测控装置中 B.光敏电阻是一种光电传感器光敏电阻是一种光电传感器 C.电阻丝可应用于电热设备中电阻丝可应用于电热设备中 D.

19、电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用D 考查基本物理常识。热敏电阻的原理是通过已知考查基本物理常识。热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度，从而应用于温度测控装置中，可获取温度，从而应用于温度测控装置中，A正确；光敏电正确；光敏电阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，B正确；电阻丝正确；电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，C正确；电正确；电阻对直流和交流

20、均起到阻碍的作用，阻对直流和交流均起到阻碍的作用，D错误。错误。6. 图图10-3-6是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕 固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。 当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射 的激光束，并将所收到的光信号转变的激光束，并将所收到的光信号转变 成电信号，在示波器显示屏上显示出成电信号，在示波器显示屏上显示出 来来(如图如图10-3-7所示所示)。 (1)若图若图10-3-7中示波器显示屏横向中示

21、波器显示屏横向 的每一大格的每一大格(5小格小格)对应的时间为对应的时间为 5.00 10-2 s，则圆盘的转速为，则圆盘的转速为_转转/s。(保留三位有效保留三位有效 数字数字) (2)若测得圆盘直径为若测得圆盘直径为10.20 cm，则，则 可求得圆盘侧面反光涂层的长度可求得圆盘侧面反光涂层的长度 为为_cm。(保留三位有效数字保留三位有效数字)图图10-3-6图图10-3-74.551.467.如图如图10-3-8所示，一热敏电阻所示，一热敏电阻RT放在控温容器放在控温容器M内：内： 为毫安表，量程为毫安表，量程 6 mA，内阻为数十欧姆；，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为为直流

22、电源，电动势约为3 V，内阻很小，内阻很小，R 为电阻箱，最大阻值为为电阻箱，最大阻值为999.9 ,S为开关。已知为开关。已知RT在在95 时的阻值为时的阻值为150 , 在在20 时的阻值约为时的阻值约为550 。现要求在降温过程中。现要求在降温过程中 测量在测量在95 20 之间的多个温度下之间的多个温度下RT的阻值。的阻值。 (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。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：完成下列实验步骤中的填空： 依照实验原理电路图连线。依照实验原理电路图连线。 调节控温容器调节控温容器M内的温度，使得内的温度，使得RT的温度为的温度为95 。 将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。 闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录，并记录_ _。 将将RT的温度降为