2025年高中物理复习讲解实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置.doc

实验十六利用传感器制作简单的自动控制装置

一、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)按图1连接好电路。

图1

(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2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。

图2

5.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热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。

二、光敏电阻的特性

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

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、滑动变阻器按图3所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。

图3

(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光敏电阻阻值的情况，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光敏电阻阻值的情况，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照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进行欧姆调零。

命题点一温度传感器的应用

【真题示例1】(2021·广东卷，12)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。

(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________。

(2)再按图4连接好电路进行测量。

图4

①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________端(填“a”或“b”)。

将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。

再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。

②实验中记录的阻值R01________R02(填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT＝________。

(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。

答案(1)短接减小

(2)①b②大于R01－R02

解析(1)使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接。温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。

(2)①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到b端。②将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01＞R02，RT＝R01－R02。

命题点二光电传感器的应用

【例2】(2021·辽宁省适应性测试)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图5所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。

实验时，先按图5连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表。

图5

d/cm

8.50

10.00

12.00

13.50

15.00

17.00

18.50

20.00

22.00

23.50

25.00

U/mV

271.0

220.0

180.0

156.7

114.9

114.0

94.8

89.5

78.6

72.5

65.0

回答下列问题：

(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝____