实验：传感器的简单应用
传感器的简单应用
取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一块小的永磁吸在一起。用功率较大 的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象
温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，
感温铁氧体与磁铁分离。
2、电饭锅的原理
（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁 体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢 复到图示状态。 （2）水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。 （3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升 高，当温度升至“居里点103℃”时，感温 磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被 弹开，触点分离，切断电源，从而停止加 热． （4）如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保 持100℃不变，温度低于“居里点103℃”， 电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度 升高到103℃才能自动断电。
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
5.电容式传感器 电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极 板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深 度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化， 则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种 作用的电容器称为电容式传感器。 θ 图甲是测量 角度θ 的电容式传感器，原理是 由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生 。 变化时，引起S的变化，通过测出C的 甲 定片 变化，测量动片与定片间的夹角θ
传感器的简单应用
一、传感器的含义
传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、 流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量 （如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由 敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 非电物理量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量
(统考版)高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 实验十二 传感器的简单应用学生用书
实验十二 传感器的简单应用必备知识·自主排查基本原理与操作装置图操作要领甲乙①测量：欧姆表每次换挡后都要重新调零，测电阻时读数存在误差．②步骤：改变水温、改变光的强度并记录．③结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小或增大，随温度的降低而增大或减小，半导体热敏电阻也可以用作温度传感器．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小．●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．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欧姆调零．●误差分析1．温度计读数带来误差．2．多用电表读数带来误差．3．热敏电阻与水温不同带来误差．4．作R t 图象时的不规范易造成误差．关键能力·分层突破考点一 教材原型实验例1. 传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量，通常是电学量，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量，热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示，图乙是由热敏电阻R 1作为传感器制作的简单自动报警器线路图，问：(1)由图甲可知，热敏电阻R1的电阻随着温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)．(2)图乙中左侧回路不通电或电流过小时，金属片与b接触；电流过大时，电磁铁吸引金属片与a接触，为了使热敏电阻R1的温度过高时报警器铃响，开关S应接在________(选填“a”或“b”)．(3)电源电动势E为18 V，内阻不计，电磁铁的线圈电阻R3为80 Ω，流过热敏电阻R1的电流大于或等于I c时就会报警，I c为10 mA，热敏电阻R1达到100 ℃时的电阻为600 Ω.若要求热敏电阻R1达到100 ℃时开始报警，则电阻箱R2的阻值应调为________Ω.若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R1的温度缓慢升高到报警器开始报警时，热敏电阻R1的温度________100 ℃(选填“大于”或“小于”)．跟进训练1.[2022·云南昆明模拟]为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光照强度的变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)．(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统．要求当天色渐暗照度降至1.0(lx)时控制开关接通照明系统，则R1＝________kΩ.(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图戊所示的电路进行测量，电源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)．实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丙为实验时电阻箱的阻值，其读数为________kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图丁所示，此时灵敏电流计的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值R0＝________kΩ(结果保留三位有效数字)．2．(1)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．①如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)．②上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧．③为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路．(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图丁所示，试根据这一特性，由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路．考点二 拓展创新实验例2. [2022·重庆市模拟]某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化，这种现象称为“压阻效应”．已知R x的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值R x随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400 Ω；B．直流电源，电动势为6 V，内阻不计；C．电流表A，量程为0～100 mA，内阻不计；D．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；E．定值电阻R1＝2 kΩ；F．滑动变阻器R，最大电阻值约50 Ω；G．开关S与导线若干．(1)甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙中将实物连线图补充完整．(2)某次压力测试，在电阻R x上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U 和I，则压敏电阻的阻值R x＝________．(3)改变F的大小、测得不同的R x值，绘成图象如图丙所示，可得其斜率k＝________Ω/N(结果保留2位有效数字)．R x的阻值和压力F的关系式是R x＝________(用F和k等表示)．丙(4)按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻R x上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________N(结果保留3位有效数字)．跟进训练3.某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系．如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C.(1)逐渐往小桶C 内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F 和距离传感器的示数x ，作出Fx 图象如图乙所示．由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k ＝______ N/m ，弹簧原长L 0＝________ cm.(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)．闭合开关S ，称不同物体的质量时，滑片P 上下滑动，通过电子显示器得到示数．弹簧处于自然伸长状态时，滑片P 位于R 的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I 与物体质量m 的关系为m ＝ak －bkI(a 、b 均为常数，k 为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R 的长度L ＝__________，电源电动势E ＝__________．(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R 0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g )实验十二 传感器的简单应用关键能力·分层突破例1 解析：(1)根据图甲的坐标系中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．(2)为使温度过高时发送报警信息，则热敏电阻阻值最小，开关S 应该接在a 处．(3)热敏电阻R 1达到100 ℃时开始报警，此时流过热敏电阻R 1的电流恰好为I c ＝10mA ，根据闭合电路欧姆定律I c ＝E R 1+R 2+R 3，带入数据解得R 2＝1 120 Ω，若电源内阻可以忽略，则I c ＝E R 1+R 2+R 3，此时温度恰好为100 ℃；若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R 1的温度缓慢升高到100 ℃时，电路中的实际电流为I 实＝E R 1+R 2+R 3+r <I c可知，报警器此时还未报警，故报警时热敏电阻R 1的温度大于100℃.答案：(1)减小 (2)a (3)1 120 大于1．解析：(1)电阻R 1和R 0串联，R 0R 1＝U 0U 1＝21，当照度为1.0(lx)时，电阻R 0＝20kΩ，则R 1＝10 kΩ.(2)由图可知，图丙的电阻为R 2＝62.5 kΩ，图丁的电阻R ′2＝22.5 kΩ，本题采用等效法测电阻，前后两次电路中的电流相等，则电路中的电阻相等，则有R 2＝R 0＋R ′2，所以R 0＝40.0 kΩ.答案：(1)10 (2)62.5 40.02．解析：(1)①因为温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值增大，故电路中电流会减小．②由①的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧．③电路如答图所示．(2)由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大，光敏电阻的阻值减小．根据题意设计一个自动光控电路，如图所示：控制过程是：当有光照时，放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，电灯开始工作．答案：(1)①小 ②右③(2)见解析例2 解析：(1)图甲中滑动变阻器采用的是分压式接法，电流表是内接法，根据电路图可得实物图如图所示．(2)由题可知R x 两端电压为U ′＝U R V (R V ＋R 1)＝5U 3，电流表测量流过R x 的电流，所以R x ＝U 'I ＝5U 3I .(3)根据题意，设R x 阻值和压力F 的关系式为R x ＝kF ＋b ，将图丙上的特殊点(0，400Ω)和(210 N ，0)代入可求得k ＝－1.9 Ω/N ，b ＝400 Ω.故R x ＝kF ＋400 Ω.(4)电压表、电流表均满偏时，R x ＝5U 3I ＝5×33×100×10−3Ω＝50 Ω，则F ＝R x −400Ωk ＝184 N.答案：(1)见解析图 (2)5U 3I (3)－1.9(－1.9～－1.7均对) kF ＋400 Ω (4)184(184～205均对)3．解析：(1)由弹簧的弹力与其形变量的关系可得F＝k(L－L0)，由表达式结合图象可知图象斜率表示弹簧的劲度系数，而横截距表示弹簧的原长，故弹簧的劲度系数k＝ΔFΔx＝160.16N/m＝100 N/m；弹簧原长L0＝4 cm；(2)当所称的物体质量为零时，有ak＝bk I，此时由电路结构可得E＝2IR0，联立解得电源电动势：E＝2bRa；当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，此时有：I′＝ER，mg＝2kL，联立解得：L＝14 ag.答案：(1)100 4 (2)14ag 2bRa。
2021届高考物理必考实验十二：传感器的简单使用【含答案】
2021届高考物理必考实验十二：传感器的简单使用1.实验原理(1)传感器的作用传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。
(2)传感器的工作过程通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于测量的信号。
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达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的。
传感器工作的原理可用下图表示:2.实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。
3.实验步骤及数据处理(1)研究热敏电阻的热敏特性①实验步骤a.按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。
b.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。
c.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出的热敏电阻的阻值。
d.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。
②数据处理a.根据记录数据,把测量到的温度、电阻阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。
次数123456待测量温度/℃电阻/Ωb.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
c.根据实验数据和R-t图线,得出结论: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)研究光敏电阻的光敏特性①实验步骤a.将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”的欧姆挡。
b.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。
c.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。
d.观察用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。
②数据处理把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
传感器的简单应用
命 题 角 度 全 扫 描
答案：BC
人教版物理
实验十一 传感器的简单应用 5．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器 中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作
实 验 理 论 要 记 牢
命 题 角 度 全 扫 描
的。如图实－11－16甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，
D．该传送带每小时输送7200个工件
人教版物理
实验十一 传感器的简单应用
解析：由图乙可知，每隔 1 s 即可获得一次高电压，说明
实 验 理 论 要 记 牢
传送带运动距离等于相邻工件间的距离时所用时间为 1 x 0.2 s，所以 v＝ t ＝ 1 m/s＝0.2 m/s，故选项 A 错 B 对；每 t总 3 600 小时输送时工件个数为：n＝ t ＝ 1 ＝3 600 个，故选 项 C 对 D 错。
实验原理与操作
实 验 理 论 要 记 牢
[例1]
热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，
现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要 求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻
值约4～5 Ω。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，
杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有 热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、
测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图所示，图中
的电压表内阻很大。RL的测量结果如下表所示。
人教版物理
实验十一 传感器的简单应用
实 验 理 论 要 记 牢
图实－11－9
温度t(℃) 阻值RL(Ω)
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7
高中物理实验课程【高中物理实验课程】实验11 传感器的简单使用 含解析
实验十一传感器的简单使用考纲解读1。
知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。
2。
能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性。
3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性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（1)按实验原理图甲连接好电路,将热敏电阻绝缘处理；(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1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．图15．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其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性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（1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，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调零．考点一温度传感器的应用例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,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R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T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R L的阻值，测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示。
高中物理实验传感器的简单应用
实验十三传感器的简单应用【教学目的】1、观察热敏电阻的阻值是如何随热信号而变化的。
2、观察光敏电阻的阻值是如何随光信号而变化的。
【教学重点】热敏电阻的阻值随热信号而变化的情况。
光敏电阻的阻值随光信号而变化的情况。
【教学难点】温度自动控制实验【实验原理】传感器是能将所感受到的物理量（如力、热，光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，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，转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。
【注意事项】使用热敏电阻时，不要让其骤冷骤热，以免损坏。
【实验器材】1、学生电源，2、热敏电阻，3、光敏电阻，3、计数器，4、放大器，5、烧杯2 个，6、温度计，7、手电筒，8、水瓶，9、水桶，10 电壶。
【实验步骤】1、将热敏电阻两端与多用电表两表笔相连，接入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，将组装成如图所示的实验装置。
将多用电表的选择开关置于欧姆档并选择适当的倍率，观察表盘所示热敏电阻的阻值。
分若干次向烧杯中倒入开水，，观察不同温度下热敏电阻阻值。
2、将光敏电阻和多用电表连接成如图所示的电路：将多用电表选择开关置于电阻朱的适当倍率上，用手电筒的光照射光敏电阻，观察电表指示的阻值。
3、观察光电计数的实验。
3、实验结论：热敏电阻的阻值随温度升高而变小，光敏电阻的阻值有光照时阻值变小。
【实验小结】该实验使用的电源只能用6V 的稳压电源，若改用甲电池或干电池，都会因为电流太大，而损坏放大器。
【作业布置】设计温度自动控制装置：要求温度升高自动报警。
实验十一传感器的简单应用
(1)应该把恒温箱内旳加热器接在
(填“A、
B”端或“C、D”端).
(2)假如要使恒温箱内旳温度保持50℃,可变电阻R′旳
阻值应调整为
Ω.
解析 恒温箱内旳加热器应接在A、B端.当线圈中旳电 流较小时,继电器旳衔铁在上方,恒温箱旳加热器处于工 作状态,恒温箱内温度升高. 伴随恒温箱内温度升高,热敏电阻R旳阻值变小,则线圈 中旳电流变大,当线圈旳电流不小于或等于20 mA时,继 电器旳衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开, 加热器停止工作,恒温箱内温度降低. 伴随恒温箱内温度降低,热敏电阻R旳阻值变大,则线圈 中旳电流变小,当线圈旳电流不不小于20 mA时,继电器 旳衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这 么
图8 (1)若传感器a旳示数为14 N,b旳示数为6.0 N,求此时 汽车旳加速度大小和方向.
(2)当汽车以怎样旳加速度运动时,传感器a旳示数为零.
解析 传感器上所显示出力旳大小,即弹簧对传感器旳压
力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上旳弹力大小,亦即该
弹簧对滑块旳弹力大小.
(1)如右图所示,依题意：左侧弹簧对
3.传感器旳元件:制作传感器时经常使用旳元件有光敏 电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等.
(1)光敏电阻:光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为
电阻这个电学量.
①特征:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化.光照增
强,电阻变小;光照减弱,电阻增大.
②工作原理:光敏电阻是用半导体材料制成旳,硫化镉
在无光时,载流子(导电电荷)极少,导电性能不好;伴
3.霍尔元件:霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转
换为电压这个电学量.
①特征:霍尔电压UH= k
IB d
2013届高考物理核心要点突破系列课件：第14章第十三节《实验：传感器的简单应用》(人教版选修3-1)
1
2
3
4
5
(4)在图14－13－3中粗略描绘出热敏电阻的阻值R 随温度变化的R－t图线．
图14－13－3
2．光敏电阻特性 (1)用多用电表欧姆挡两表笔接光敏电阻两端，测 光敏电阻阻值．如图14－13－4所示．
图14－13－4 (2)用手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分 光线，测光敏电阻阻值． (3)全部挡住光线，测光敏电阻阻值．
图14－13－1
三、实验器材 铁架台、温度计、欧姆表、烧杯、热敏电阻、光 敏电阻、导线、纸带、光电计数器、钩码． 四、实验步骤
图14－13－2
1．热敏电阻特性 (1)如图14－13－2所示，将一热敏电阻连入电路中， 用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻 值． (2)将热敏电阻放入盛有少量冷水并插入温度计的 烧杯中，记录温度、电阻值． (3)再分几次向烧杯中倒入开水，观察丌同温度下 热敏电阻的阻值． 把测得的温度、电阻值填入下表中．
例3
图14－13－7
图14－13－8
(2)在图14－13－9电路中，电源电压恒为9 V，电 流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电 阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 ________ V；电阻R2的阻值为________ Ω.
图14－13－9 (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．
【解析】测电阻应选择多用电表的欧姆挡．红表
笔应插入“＋”接线孔，黑表笔插入“－”接线
孔．光敏电阻的阻值随光照的增强而减小 ，故
θ<θ′.测试后应将开关置亍OFF挡或交流电压最高
挡．
【答案】(1)欧姆 (2) ＋ － (3) < (4) OFF或交流
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第5讲 实验：传感器的简单应用★考情直播 考纲内容能力要求 考向定位 传感器的简单使用 1． 能识别各类传感器2． 了解传感器的工作原理 理解各类传感器的工作原理并掌握各类传感器的简单应用是近年高考的新动向。
（一）、传感器的含义：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。
传感器一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。
常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。
（二）、常见的传感器元件：（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。
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。
它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。
（2）金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器。
它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
（3）热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度升高电阻减小，如图－1为某一热敏电阻－温度特性曲线。
热敏电阻的灵敏度较好。
与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
（4）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
（5）霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量（三）、传感器的简单应用1、力电传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。
力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS 防抱死制动系统等。
2、 热电传感器（温度传感器）热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大）的原理制成的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。
如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。
3、光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。
0 T R图－1 非电物理敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 → → → →光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。
光敏电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。
它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。
自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。
4、磁电传感器——霍尔元件的应用霍尔元件能够把磁感强度(磁学量)转换为电压(电学量)。
霍尔元件：如图－2所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C 、D 、E 、F ，就制成为一个霍尔元件。
霍尔电压：dIB k U H = 其中k 为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。
一个霍尔元件的厚度d 、比例系数k 为定值，再保持I 恒定，则电压U H 的变化就与B 成正比，因此，霍尔元件又称磁敏元件。
霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压.设图中CD 方向长度为L 2，则：qvB L U q H =2根据电流的微观解释 I ＝nqSv ， 整理后，得：nqd IB U H = 令 nqk 1= ，因为n 为材料单位体积的带电粒子个数，q 为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以有：dIB k U H = 例题1. 如图6－1－3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R 1为光敏电阻，R 2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是A ． 当有光照射R 1时，信号处理系统获得高电压B ．当有光照射R 1时，信号处理系统获得低电压 C ． 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D ． 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次[解析] 当光照射到光敏电阻R 1上时，R 1电阻减小，电路中电流增大．R 2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项A 、C 正确．[规律总结] 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小． U H B C D E F I 图－2★高考重点热点题型探究传感器及电路知识的综合应用[例1]（2006·广东）热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。
现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。
已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω。
热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其它备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5KΩ）、滑动变阻器（0～20Ω）、开关导线若干。
（1）在图8（a）的方框画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。
（2）根据电路图，在图8（b）的实物图上边线。
（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤__________________________.[剖析] 因为要求伏安曲线尽可能完整，所以采用分压式电路，且该热敏电阻的阻值比较小，测量电路应接成外接法。
此题类同于2003年上海的高考实验题（见例2）。
[答案]（1）如答图1所示。
（2）如答图2所示。
（3）①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；③重复①～②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。
[例2]（2008上海卷）19．（10分）如图所示是测量通电螺线管A 内部磁感应强度B 及其与电流I 关系的实验装置。
将截面积为S 、匝数为N 的小试测线圈P 置于螺线管A 中间，试测线圈平面与螺线管的轴线垂直，可认为穿过该试测线圈的磁场均匀。
将试测线圈引线的两端与冲击电流计D 相连。
拨动双刀双掷换向开关K ，改变通入螺线管的电流方向，而不改变电流大小，在P 中产生的感应电流引起D 的指针偏转。
（1）将开关合到位置1，待螺线管A 中的电流稳定后，再将K 从位置1拨到位置2，测得D 的最大偏转距离为d m ，已知冲击电流计的磁通灵敏度为D φ， D φ＝m d N φ∆，式中φ∆为单匝试测线圈磁通量的变化量。
则试测线圈所在处磁感应强度B ＝＿＿＿＿＿＿；若将K 从位置1拨到位置2的过程所用的时间为Δt ，则试测线圈P 中产生的平均感应电动势ε＝＿＿＿＿。
（2）调节可变电阻R ，多次改变电流并拨动K ，得到A 中电流I 和磁感应强度B 的数据，见右表。
由此可得，螺线管A 内部在感应强度B 和电流I 的关系为B ＝＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）（多选题）为了减小实验误差，提高测量的准确性，可采取的措施有（A ）适当增加试测线圈的匝数N（B ）适当增大试测线圈的横截面积S（C ）适当增大可变电阻R 的阻值（D ）适当拨长拨动开关的时间Δt答案：（1）2m d ND S φ，m d D t φ∆ （2）0.00125I （或kI ） （3）A ，B解析：（1）改变电流方向，磁通量变化量为原来磁通量的两倍，即2BS ，代入公式计算得B =2m d ND S φ，由法拉第电磁感应定律可知电动势的平均值ε＝m d D tφ∆。
（2）根据数据可得B 与I 成正比，比例常数约为0.00125，故B =kI （或0.00125I ）（3）为了得到平均电动势的准确值，时间要尽量小，由B 的计算值可看出与N 和S 相关联，故选择A 、B 。
[例3]（2006·上海）演示位移传感器的工作原理如下图所示，物体M 在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p ，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x 。
假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）A.物体M 运动时，电源内的电流会发生变化 实验次数I （A ） B （×10－3T ） 10.5 0.62 21.0 1.25 31.5 1.88 42.0 2.51 5 2.53.12B.物体M 运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M 不动时，电路中没有电流D.物体M 不动时，电压表没有示数[剖析] 物体M 运动时，电压表测的对应电阻发生改变，所以其示数会发生变化，但整个电路的总电阻没改变，所以电路中的电流不变。
[答案] B[例4] 07-08学年清华大学附中模拟试题14．传感器是把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C 和导电液与金属棒间的电压U 的变化就能反映液面的升降情况，即①电源接通后，电容C 减小，反映h 减小．②电源接通后，电容C 减小，反映h 增大．③电源接通再断开后，电压U 减小，反映h 减小．④电源接通再断开后，电压U 减小，反映h 增大．以上判断正确的是（ B ）．A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[答案] B[例5] （2006·上海）用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。
下列属于这类传感器的是…………（ ）A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器[剖析] 红外线的特性之一是可以进行遥感。
[答案] A★抢分频道◇限时基础训练（20分钟）班级 姓名 成绩1.（2008·汕头）吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者，电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，金属棒 电介质 导电液电介质 h电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美音乐声。
如图是拾音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦（电吉他不能使用尼龙弦）之间，当弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流。
关于感应电流，以下说法正确的是（）A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变。