幻灯片 1 一、实验目的
(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。
(2)了解传感器的简单应用。
二、实验原理
(1)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)其工作过程如图实－11－1所示：
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幻灯片 2图实－11－1
三、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、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
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幻灯片 3 四、实验过程
1．研究热敏电阻的热敏特性
(1)实验步骤：
①按图实－11－2所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；
图实－11－2
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幻灯片 4 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热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。
(2)数据处理：
①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。
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幻灯片 5电阻(Ω)
温度(℃)
次数
待测量
②在图实－11－3坐标系中，粗略画
出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
③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。
图实－11－3
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幻灯片 6 2．研究光敏电阻的光敏特性
(1)实验步骤：
①将光敏电阻、多用电表、灯泡、
滑动变阻器按如图实－11－4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接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；
图实－11－4
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幻灯片 7 ④用手掌(或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，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。
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。
阻值(Ω)
无光照射
强
中
弱
光照强度
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幻灯片 8 五、注意事项
(1)在做热敏电阻实验时，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)在做光敏电阻实验中，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。
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幻灯片 9实验原理与操作
[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)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干。
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幻灯片 10图实－11－5
(1)画出实验电路图。
(2)根据电路图，在图实－11－5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。
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幻灯片 11 [解析] 常温下待测热敏电阻的阻值(约4～5 Ω)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)实验电路如图实－11－6所示。
图实－11－6
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幻灯片 12(2)根据电路图，连接实物图如图实－11－7所示。
图实－11－7
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幻灯片 13 (3)完成接线后的主要实验步骤：①往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；③重复①和②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。
[答案] 见解析
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幻灯片 14[题组演练]
1．(2011·江苏高考)美国科学家 Willard S. Boyle与
George E. Smith 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
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幻灯片 15解析：传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量的元件。发光二极管是电学元件，是电能转换成光能的元件，不是传感器，A错误；干电池是一种电源，不是传感器，D错误；热敏电阻受热时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，是传感器，B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，是传感器，C正确。
答案：BC
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幻灯片 162．2007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“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 ( )
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
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幻灯片 17解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误。
答案：D
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幻灯片 183.(2013·聊城模拟)如图实－11－8所示，R1、
R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏
电阻，当照射光强度增大时 ( )
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
图实－11－8
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幻灯片 19解析：当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C项正确。
答案：ABC
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幻灯片 20数据处理与误差分析
[例2] 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连成图实－11－9虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻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，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如下表所示。
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幻灯片 21图实－11－9
34.7
37.9
41.4
44.7
48.3
51.5
54.3
阻值RL(Ω)
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
温度t(℃)
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幻灯片 22 回答下列问题：
(1)根据图实－11－9所示的电路，在图实－11－10所示的实物图上连线。
图实－11－10
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幻灯片 23 (2)为了验证RL与t之间近似为线性关系，在图实－11－11坐标纸上作RL－t关系图线。
图实－11－11
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幻灯片 24 (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实－11－12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________。
图实－11－12
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幻灯片 25[解析] (1)根据电路图连接实物图。
图实－11－13
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幻灯片 26(2)根据数据描出点，作出直线。
图实－11－14
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幻灯片 27 [答案] (1)见解析图 (2)见解析图 (3)115 mA
5．00 V 43.5 Ω 64.0 ℃
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幻灯片 28[题组演练]
4．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工
作的输送情况，如图实－11－15甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是 ( )
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幻灯片 29图实－11－15
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3600个工件
D．该传送带每小时输送7200个工件
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幻灯片 30答案：BC
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幻灯片 315．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的。如图实－11－16甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；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I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是________℃。
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幻灯片 32图实－11－16
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幻灯片 33答案：120
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幻灯片 34实验的改进与创新
[例3] 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RP在不同照度下的阻值如下表：
18
20
23
28
40
75
电阻(k Ω)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
照度(lx)
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幻灯片 35 (1)根据表中数据，请在图实－11－17所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
图实－11－17
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幻灯片 36(2)如图实－11－18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。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号 ，阻值见上表)；
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幻灯片 37直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干。
图实－11－18
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幻灯片 38 [解析] (1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线。光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图实－11－19所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。
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幻灯片 39 (2)根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，
图实－11－20
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幻灯片 40[答案] 见解析
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幻灯片 41[题组演练]
6．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________(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 ℃(如图实－11－21甲)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。
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幻灯片 42图实－11－21
(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。
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幻灯片 43解析：(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，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)如图所示。
答案：(1)小 (2)右 (3)见解析
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幻灯片 447.如图实－11－22所示，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999.9 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20～95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。
图实－11－22
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幻灯片 45(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：
a．依照实验原理电路图连线。
b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95℃。
c．将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。
d．闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________。
e．将RT的温度降为T1(20 ℃
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