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实验十六实验十六利用传感器制作简单的自动控利用传感器制作简单的自动控制装置制装置一、实验目的一、实验目的1 1认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2 2了解传感器在自动控制装置应用。了解传感器在自动控制装置应用。二、实验探究二、实验探究(一一)研究热敏电阻的特性研究热敏电阻的特性1 1实验原理实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。2 2实验器材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。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 3实验步骤实验步骤(1)(1)按实验原理图甲连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；按实验原理图甲连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；甲甲(2)(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；阻的阻值，并记下温度计的示数；(3)(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；数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)(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。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 4数据处理数据处理在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。5 5实验结论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。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 6注意事项注意事项实验时，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。度相同，并同时读出水温。(二二)研究光敏电阻的光敏特性研究光敏电阻的光敏特性1 1实验原理实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。2 2实验器材实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源。光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源。3 3实验步骤实验步骤(1)(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按实验原理图乙所示电路连将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按实验原理图乙所示电路连接好，其中多用电表置于“接好，其中多用电表置于“100100”挡；”挡；乙乙(2)(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；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)(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；电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；(4)(4)用手掌用手掌(或黑纸或黑纸)遮光时，遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并并记录。记录。4 4数据处理数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性。根据记录数据分析光敏电阻的特性。5 5实验结论实验结论(1)(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；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)(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。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 6注意事项注意事项(1)(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；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)(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。用光传感器设计控制电路用光传感器设计控制电路1 1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(照度照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)lx)。某光敏电阻某光敏电阻 R RP P在不同照在不同照度下的阻值如下表：度下的阻值如下表：照度照度(lx)(lx)0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2电阻电阻(k)(k)757540402828232320201818(1)(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并根据表中数据，请在给定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。说明阻值随照度变化的特点。(2)(2)如图所示，当如图所示，当 1 1、2 2 两端所加电压上升至两端所加电压上升至 2 V2 V 时，控制开关自动启动照明时，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，给系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给 1 1、2 2 两端提供电压，要求当天色两端提供电压，要求当天色渐暗，照度降低至渐暗，照度降低至 1.01.0 lx lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考不考虑控制开关对所设计电路的影响虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：提供的器材如下：光敏电阻光敏电阻 R RP P(符号符号直流电源直流电源 E E(电动势电动势 3 V3 V，内阻不计，内阻不计)；，阻值见上表，阻值见上表)；定值电阻：定值电阻：R R1 110 k10 k，R R2 220 k20 k，R R3 340 k(40 k(限选其中之一并在图中标限选其中之一并在图中标出出)；开关；开关 S S 及导线若干。及导线若干。解析解析(1)(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。特点：光敏电阻光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。的阻值随光照度的增大非线性减小。甲甲乙乙(2)(2)控制开关自动启动照明系统，给控制开关自动启动照明系统，给 1 1、2 2 两端提供电压，要求当天色渐暗照两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至度降低至1.0 lx1.0 lx时启动照明系统，时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为即此时光敏电阻阻值为 2 20 k0 k，两端电压为两端电压为2 V2 V，电源电动势为电源电动势为 3 V3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为 10 k10 k，即选用，即选用R R1 1，电路原理图如图乙所示。，电路原理图如图乙所示。答案答案 见解析见解析2 2(2018(2018全国卷全国卷)某实验小组利用如图某实验小组利用如图(a)(a)所示的电路探究在所示的电路探究在 2525 8080 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域图中虚线区域)中的热中的热敏电阻敏电阻 R RT T，其标称值，其标称值(25(25 时的阻值时的阻值)为为 900.0 900.0；电源；电源E E(6 V(6 V，内阻可忽略，内阻可忽略)；电；电压表压表(量程量程 150 mV)150 mV)；定值电阻定值电阻 R R0 0(阻值阻值20.0)20.0)，滑动变阻器滑动变阻器 R R1 1(最大阻值为最大阻值为 1 000)1 000)；电阻箱电阻箱 R R2 2(阻值范围阻值范围 0 0999.9)999.9)；单刀开关单刀开关 S S1 1，单刀双掷开关，单刀双掷开关 S S2 2。(a)(a)实验时，先按图实验时，先按图(a)(a)连接好电路，再将温控室的温度连接好电路，再将温控室的温度 t t 升至升至 80.080.0。将。将 S S2 2与与1 1 端接通，闭合端接通，闭合 S S1 1，调节，调节 R R1 1的滑片位置，使电压表读数为某一值的滑片位置，使电压表读数为某一值 U U0 0；保持；保持 R R1 1的滑片位置不变，的滑片位置不变，将将 R R2 2置于最大值，将置于最大值，将S S2 2与与 2 2 端接通，调节端接通，调节R R2 2，使电压表读数使电压表读数仍为仍为 U U0 0；断开；断开 S S1 1，记下此时，记下此时 R R2 2的读数。逐步降低温控室的温度的读数。逐步降低温控室的温度 t t，得到相应温，得到相应温度下度下 R R2 2的阻值，直至温度降到的阻值，直至温度降到 25.025.0，实验得到的，实验得到的 R R2 2-t t 数据见下表。数据见下表。t t/25.025.030.030.040.040.050.050.060.060.070.070.080.080.0R R2 2/900.0900.0680.0680.0500.0500.0390.0390.0320.0320.0270.0270.0240.0240.0回答下列问题：回答下列问题：(1)(1)在闭合在闭合 S S1 1前，图前，图(a)(a)中中 R R1 1的滑片应移动到的滑片应移动到(选填“选填“a a”或“”或“b b”)端。端。(2)(2)在图在图(b)(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出 R R2 2-t t 曲线。曲线。(b)(b)(c)(c)(3)(3)由图由图(b)(b)可得到可得到 R RT T在在 2525 8080 范围内的温度特性。当范围内的温度特性。当 t t44.044.0 时，时，可得可得 R RT T。(4)(4)将将 R RT T握于手心，手心温度下握于手心，手心温度下R R2 2的相应读数如图的相应读数如图(c)(c)所示，该读数为所示，该读数为，则手心温度为，则手心温度为。解析解析(1)(1)由图由图(a)(a)的电路知滑动变阻器采用限流式接法，在闭合的电路知滑动变阻器采用限流式接法，在闭合 S S1 1前，前，R R1 1应应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图(a)(a)中的中的 R R1 1的滑的滑片应移到片应移到 b b 端。端。(2)(2)将将 t t6060 和和 t t7070 对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出线过尽可能多的数据点画出 R R2 2-t t 图象。图象。(3)(3)根据题述实验过程可知，测量的根据题述实验过程可知，测量的 R R2 2数据等于对应的热敏电阻数据等于对应的热敏电阻 R RT T的电阻的电阻值。由画出的值。由画出的 R R2 2-t t 图象可知，当图象可知，当 t t44.044.0 时，对应的时，对应的 R RT T450 450。(4)(4)由图由图(c)(c)可得可得 R RT T620.0 620.0，由画出的由画出的 R R2 2-t t 图象可知，图象可知，手心温度手心温度 t t33.033.0。答案答案(1)(1)b b(2)(2)如图所示如图所示(3)450(3)450(4)620.0(4)620.033.033.0用温度传感器设计控制电路用温度传感器设计控制电路1.1.一台臭氧发生器一台臭氧发生器 P P 的电阻为的电阻为 10 k10 k，当供电电压等于当供电电压等于 24 V24 V 时能正常工作，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，拟用一个光敏电阻时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻 R R1 1对它进行控制，对它进行控制，R R1 1的阻值在有光照时为的阻值在有光照时为 100 100，黑暗时为，黑暗时为 1 000 1 000，允许通过的最大电流为，允许通过的最大电流为 3 mA3 mA；电源电源 E E 的电压为的电压为 36 V36 V，内阻不计；另有一个滑动变阻器，内阻不计；另有一个滑动变阻器 R R2 2，阻值为，阻值为 0 0100 100，允许通过的最大电流为允许通过的最大电流为 0.4 A0.4 A；一个开关；一个开关 S S 和导线若干。臭氧发生器和导线若干。臭氧发生器 P P 和光敏电和光敏电阻阻 R R1 1的符号如图所示。的符号如图所示。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变阻器两固定接线柱端分别标上字母 A A、B B。(电路图画在虚线框内电路图画在虚线框内)解析解析 为了能控制臭氧发生器，应该用滑动变阻器的分压式接法，有光照为了能控制臭氧发生器，应该用滑动变阻器的分压式接法，有光照时时 P P 能正常工作，无光照时能正常工作，无光照时 P P 不工作。电路图如图所示：不工作。电路图如图所示：答案答案 见解析图见解析图2 2(2016(2016全国卷全国卷)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过电阻的温度达到或超过 6060 时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过内阻很小，流过的电流超过 I IC C时就会报警时就会报警)，电阻箱，电阻箱(最大阻值为最大阻值为 999.9999.9)，直，直流电源流电源(输出电压为输出电压为 U U，内阻不计，内阻不计)，滑动变阻器，滑动变阻器 R R1 1(最大阻值为最大阻值为 1 1 000000)，滑动，滑动变阻器变阻器 R R2 2(最大阻值为最大阻值为 2 000)2 000)，单刀双掷开关一个，导线若干。，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知在室温下对系统进行调节。已知 U U 约为约为 18 V18 V，I IC C约为约为 10 mA10 mA；流过报警器；流过报警器的电流超过的电流超过 20 mA20 mA 时，时，报警器可能损坏；报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在在 6060 时阻值为时阻值为 650.0 650.0。(1)(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)(2)电路中应选用滑动变阻器电路中应选用滑动变阻器(选填“选填“R R1 1”或“”或“R R2 2”)。(3)(3)按照下列步骤调节此报警系统：按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为为；滑动变阻器的滑片应置于；滑动变阻器的滑片应置于(选填“选填“a a”或“”或“b b”)端附近，端附近，不能置于另一端的原因是不能置于另一端的原因是。将开关向将开关向(选填“选填“c c”或“”或“d d”)端闭合，端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至片，直至。(4)(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。正常使用。解析解析(1)(1)电路图连接如图。电路图连接如图。(2)(2)报警器开始报警时，对整个回路有报警器开始报警时，对整个回路有U UI IC C(R R滑滑R R热热)代入数据可得代入数据可得 R R滑滑1 150.0 1 150.0，因此滑动变阻器应选择，因此滑动变阻器应选择 R R2 2。(3)(3)在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为 650.0 650.0。滑动变阻器在电路中为限流。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于接法，滑片应置于 b b 端附近，若置于另一端端附近，若置于另一端 a a 时，闭合开关，则电路中的电流时，闭合开关，则电路中的电流 I I1818A A27.7 mA27.7 mA，超过报警器最大电流，超过报警器最大电流 20 mA20 mA，报警器可能损坏。，报警器可能损坏。开关应开关应650.0650.0先向先向 c c 端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。答案答案(1)(1)图见解析图见解析(2)(2)R R2 2(3)(3)650.0650.0b b接通电源后，流过报警器接通电源后，流过报警器的电流会超过的电流会超过 20 mA20 mA，报警器可能损坏，报警器可能损坏c c报警器开始报警报警器开始报警实验拓展应用实验拓展应用1.1.传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等力、热、光、声等)转换成便于测转换成便于测量的量量的量(一般是电学量一般是电学量)。2 2其工作过程如图所示。其工作过程如图所示。实验原理实验原理1.1.压敏电阻：将压力转换为电学量压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻电阻)。拓展应用拓展应用2 2气敏电阻：将气体浓度转换电学量气敏电阻：将气体浓度转换电学量(电阻电阻)。3 3光电管：将所收到的光信号转换成电信号。光电管：将所收到的光信号转换成电信号。4 4电容器：将位移、角度、压力转换为电学量电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容电容)。5 5霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压电压)。6 6弹簧：将弹力、加速度转换为电学量弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流电流)。1.1.感受量分析：感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，要明确传感器所感受的物理量，如力、如力、热、热、光、光、磁、磁、声等。声等。2 2输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。方法突破方法突破3 3电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规分析电路输出信号与输入信号间的规律。律。4 4执行机构工作分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向执行机构工作分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。作的过程。题组训练题组训练 1 1(多选多选)如图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如图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(耦合电容耦合电容)，四边电极发出的，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。由以上信息可知，制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A A电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B B当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C C当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D D当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小ABDABD 电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故选项板，把导体层当作另一极板，故选项 A A 正确；手指和屏的接触面积大小会影响正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项 B B、D D 正确，正确，C C 错误。错误。2 2某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴 OOOO转动时，元件转动时，元件A A 相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无传感器内阻无限大限大)接收相应的电压信号。已知接收相应的电压信号。已知 A A 的质量为的质量为 m m，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为 k k、自然长、自然长度为度为 l l，电源的电动势为，电源的电动势为E E、内阻不计。、内阻不计。滑动变阻器总长也为滑动变阻器总长也为 l l，电阻分布均匀电阻分布均匀，装置静止时滑片装置静止时滑片 P P 在变阻器的最左端在变阻器的最左端 B B 端，端，当系统以角速度当系统以角速度 转动时，转动时，则则()A A电路中电流随角速度的增大而增大电路中电流随角速度的增大而增大B B电路中电流随角速度的增大而减小电路中电流随角速度的增大而减小C C弹簧的伸长量为弹簧的伸长量为 x xmlmlk kmm2 2EmEm2 2D D输出电压输出电压 U U 与与 的函数式为的函数式为 U Uk kmm2 2D D 系统在水平面内以角速度系统在水平面内以角速度 转动时，转动时，无论角速度增大还是减小，无论角速度增大还是减小，BCBC 的的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中的电流保持不变，故总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中的电流保持不变，故A A、B B 错错误；设系统在水平面内以角速度误；设系统在水平面内以角速度 转动时，弹簧伸长的长度为转动时，弹簧伸长的长度为 x x，则对元件，则对元件 A A，R RBPBPx x根据牛顿第二定律得根据牛顿第二定律得 kxkxmm2 2(l lx x)，又输出电压，又输出电压 U UR RE El lE E，联立两式得，联立两式得 x xBCBCmm2 2l lEmEm2 2，U U，故，故 C C 错误，错误，D D 正确。正确。2 22 2k kmmk kmm3.3.传感器是把非电学量传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化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中的虚线框所示，它主要由压力传感器秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器 R R(电阻值电阻值会会 随随 所所 受受 压压 力力 大大 小小 发发 生生 变变 化化 的的 可可 变变 电电 阻阻)和和 显显 示示 体体 重重 大大 小小 的的 仪仪 表表(实质是理想电流表实质是理想电流表)组成。压力传感器组成。压力传感器表面能承受的最大压强为表面能承受的最大压强为 1 110107 7 Pa Pa，且已知压力传感器的电阻，且已知压力传感器的电阻R R 与所受压力的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两端的电压恒为 4.8 V4.8 V，g g 取取 10 m/s10 m/s2 2。请作答：。请作答：压力压力 F F/N/N0 02502505005007507501 0001 0001 2501 2501 5001 500180180150150120120电阻电阻 R R/300300270270240240210210(1)(1)该秤零点该秤零点(即踏板空载时即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘的刻度线应标在电流表刻度盘A A 处。处。(2)(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为 2020 mAmA，这个人的质，这个人的质量是量是kgkg。解析解析(1)(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻 R R300 300，U U4.84.8此时电流表中电流此时电流表中电流 I IR RA A1.61.610102 2 A A。300300(2)(2)当电流当电流 I I2020 mAmA2 210102 2A A 时，压力传感器的电阻时，压力传感器的电阻 R R4.84.8 240 240，2 22 21010由表格可知，这个人受到的重力为由表格可知，这个人受到的重力为 500 N500 N，此人质量为，此人质量为 50 kg50 kg。答案答案(1)1.6(1)1.610102 2(2)50(2)504 4(2019(2019河南郑州模拟河南郑州模拟)实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器滑动变阻器 R R1 1(阻值变化范围阻值变化范围 0 020)20)、滑动变阻器、滑动变阻器 R R2 2(阻值变化范围阻值变化范围 0 01 0001 000)、电动势适当的电源、小灯泡、电动势适当的电源、小灯泡(4 V(4 V,2 W),2 W)、开关、导线若干。、开关、导线若干。(1)(1)要完整地描绘小灯泡的要完整地描绘小灯泡的 U U-I I 曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号。所用滑动变阻器的符号。U UI I(2)(2)实验中描绘出的小灯泡实验中描绘出的小灯泡 U U-I I 曲线如图所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻曲线如图所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而随温度升高而(选填“增大”“减小”或“不变”选填“增大”“减小”或“不变”)。(3)(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图甲所示，实验电路如图甲所示，图中图中 R R0 0是阻值为是阻值为 9.09.0 的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的同一坐标系中画出等效电源的U U-I I 图象，由图象可求出电源自身内阻约为图象，由图象可求出电源自身内阻约为。序号序号1 12 23 34 45 56 6U U/V/V4.004.003.403.402.802.802.002.001.501.500.800.80I I/A/A0.200.200.250.250.330.330.400.400.460.460.520.52甲甲乙乙(4)(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图乙所示，此若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图乙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为时小灯泡消耗的电功率约为WW。解析解析(1)(1)要完整地描绘灯泡的要完整地描绘灯泡的 U U-I I 曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变压器要采用分压接法，变压器要采用分压接法，由于灯泡的阻值较小，由于灯泡的阻值较小，电流表应用外接法，电流表应用外接法，电路图如图电路图如图所示。所示。(2)(2)由图示由图示 U U-I I 图象可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝图象可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，温度升高，电压与电流的比值增大，电压与电流的比值增大，由此可知，由此可知，灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。(3)(3)根据表中数据作出等效电源根据表中数据作出等效电源 U U-I I 图象如图所示，由图示图象可知，电源图象如图所示，由图示图象可知，电源自身内阻自身内阻 r r U U6 6R R0 0 9 9 1 1。I I0.60.6(4)(4)由图示图象可知，灯泡两端电压为由图示图象可知，灯泡两端电压为 2.1 V2.1 V，电流为，电流为 0.39 A0.39 A，灯泡的电功率，灯泡的电功率为为 P PUIUI2.12.10.39 W0.39 W0.82 W0.82 W。答案答案 见解析见解析
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