第十二章 实验16 利用传感器制作简单的自动控制装置-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

实验16　利用传感器制作简单的自动控制装置 一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.学会利用传感器制作简单的自动控制装置。 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.工作过程。 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。 实验(一)　研究热敏电阻的热敏特性 1.实验步骤 (1)按如图所示连接好电路,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)将不同温度的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、电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。 温度/℃ 电阻/Ω (2)在坐标系中,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Rt图线,得出结论。 3.注意事项 在做本实验时,加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。 实验(二)　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、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图所示电路连接好,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,调节滑动变阻器使小灯泡逐渐变亮,观察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,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。 2.数据处理 将数据记入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω 3.注意事项 本实验中,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强度。 考点一　基础性实验 [例1] [温度传感器] 图甲是某同学研究热敏电阻阻值随温度的变化规律时设计的电路图。 (1)根据电路图,在图乙的实物图上连线。 (2)通过实验,他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图丙所示,由图可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　(选填“增大”或 “减小”)。 (3)他将这个热敏电阻接入如图丁所示的电路中,已知电源电压为 9 V,R1=300 Ω,毫安表读数为60 mA,则R2的阻值为　　　　 Ω。 [例2] [光电传感器] 某小组研究光敏电阻阻值随光照强度的变化规律。实验已选用了规格和量程合适的器材。 (1)用多用电表粗测光敏电阻在实验室正常光照条件下的阻值。选择“×1k”倍率的欧姆挡,将两表笔短接,调节　　　　旋钮,使指针指在“0 Ω”处。将两表笔与光敏电阻连接,测量的示数如图甲,则其电阻为　　　　 Ω。  (2)按图乙连接好电路进行测量。 ①闭合开关S前,将电阻箱调至　　　　(选填“最大值”或“最小值”)。将一光源对准光敏电阻的透光窗口,利用手机软件测量光敏电阻所处位置的光照强度。闭合开关S,调节电阻箱,使电压表(可视为理想电表)的指针偏转到某一位置。待示数稳定后记录此时的光照强度,测出电压表的示数U和电阻箱阻值R0,断开开关S。已知电源电动势为E,内阻可以忽略不计,则此时光敏电阻阻值RL=　　　　。  ②改变光敏电阻处的光照强度,测量不同光照强度下的光敏电阻阻值,并据此绘出如图丙的关系图线,可以大致得到光敏电阻阻值随光照强度的变大而　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。  考点二　创新性实验 [例3] [实验器材的创新] 如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装置的示意图。当罐中装满液体时,液面与出液口高度差为h,罐外有一竖直放置的管,管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻,另一侧有一列光强稳定的光源。液面上一浮块与一块遮光板通过定滑轮相连,遮光板可随浮块的升降在管内上下运动,光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h。当储液罐内装满液体时,遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高,管内的光均匀地照射在光敏电阻上,光敏电阻和仪表相连。现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度。 为将问题简化,假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3,分别位于管的上端、中央和下端;它们的暗电阻均为R=10 kΩ,被管内光源照亮时电阻均为R′=1.0 kΩ。给定的仪器还有:直流电源E(电动势为9 V,电阻不计),3个定值电阻,阻值分别为R4=2.5 kΩ,R5=1.8 kΩ,R6= 1.5 kΩ;电压表V(量程为0～3 V,内阻可视为