1、届二轮复习 传感器及其应用 学案 1传感器及其应用学习目标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重点知识梳理一、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
2、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，并同时读出水温二、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
3、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高频考点突破：一温度传感器的应用例1温度传感器广泛应用于室内空调、电
4、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的如图2甲所示，电源的电动势E9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与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I12 mA；电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是_ .图2答案120解析EI(RRg)代入I12 mA得Rg0.5 k代入I23.6 mA得R2 k读图可得温度为120 .【变式探究】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
5、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3甲所示)，则25 的刻度应在20 的刻度的_(选填“左”或“右”)侧图3(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，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路答案(1)小(2)右(3)见解析图【举一反三】如图4，一热敏电阻Rt放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999
6、.9 ；S为开关已知Rt在95 时的阻值为150 ，在20 时的阻值约为550 .现要求在降温过程中测量在9520 之间的多个温度下Rt的阻值图4(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 .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，记录电流表的示数I0，并记录_将Rt的温度降为t1(20 t195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数_，记录_温度为t1时热敏电阻的电阻值Rt1_.逐步降低t1的数值，直至20 为止；在每一温度下重复步骤.答案(1)见解析图(2)电阻箱的读数R0仍为I0电阻
7、箱的读数为R1R0R1150 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【变式探究】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为4050 .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)、直流电流表(内阻约1 )、直流电压表(内阻约5 k)、滑动变阻器(010 )、开关、导线若干(1)图5中，a、b、c三条图线能反映出热敏电阻的伏安特性曲
8、线的是_图5(2)在虚线框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小(3)根据电路图，在图6中的实物图上连线图6答案(1) c(2)、(3)见解析图 (3)实物连线如图所示高频考点二光电传感器的应用例5(多选)如图7所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图7A当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B当光照射R1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答案BD【变式探究】一台臭氧发生器P的电阻为10 k，当供电电压等于24
9、V时能正常工作，否则不产生臭氧现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 ，黑暗时为1 000 、允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0100 、允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图8所示图8设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)答案见解析图【举一反三】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制
10、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lx)某光敏电阻ROS在不同照度下的阻值如表所示：照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据，请在图9给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明光敏电阻阻值随照度变化的特点图9(2)如图10所示，当1、2两端所加电压上升至2 V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单电路给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图(不考虑控制开
11、关对所设计电路的影响)图10提供的器材如下：光敏电阻ROS(符号，阻值见上面表格)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k，R220 k ，R340 k (限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干答案见解析高频考点三传感器在实验中的应用例3.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图11中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa，且
12、已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g10 m/s2.请作答：图11压力F/N02505007501 0001 2501 500电压R/300270240210180150120(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_A处(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是_kg.答案(1)1.6102(2)50【变式探究】如图13所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L，重力加速度为g
13、.为理想电压表当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.图13(1)写出m、U与k之间所满足的关系式(2)已知E1.50 V，L12.0 cm，g取9.80 m/s2.测量结果如下表：m/kg1.001.503.004.506.007.50U/V0.1080.1540.2900.4460.6080.740在图14中给出的坐标纸上利用表中数据描出mU直线图14mU直线的斜率为_kg/V(结果保留三位有效数字)；弹簧的劲度系数k_N/m(结果保留三位有效数
14、字)答案(1)mU(2)见解析图10.01.23103解析(1)设放置质量为m的物体时弹簧的压缩量为x，则有mgkx又UE解得mU.押题专练1美国科学家Willard SBoyle与George ESmith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖CCD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()A发光二极管 B热敏电阻C霍尔元件 D干电池答案BC22007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”，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()
15、A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C电阻丝可应用于电热设备中D电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析电阻在电路中对直流电和交流电都有阻碍作用，将电能转换为热能，故D项错答案D3如图2所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置由
16、以上信息可知()图2A电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D如果用带了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作答案AB4. 如图3所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是_，发生这一现象的主要原因是_(填字母代号)图3A小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，根据闭合电路欧姆定律I可
17、知，电流减小，小灯泡的实际功率减小，所以变暗答案变暗C5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45 .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)、直流电流表(内阻约1 )、直流电压表(内阻约5 k)、滑动变阻器(020 )、开关、导线若干图4(1)在图4(a)中画出实验电路图(2)根据电路图，在图4(b)所示的实物图上连线(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤解析图甲常温下待测热敏电阻的阻值(约45 )较小，应该选用安培表外接法热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式(1)实验电路如图甲所示(2)根据电路图，连接实物图如图乙所示图乙答案见解析
