111敏感元件的应用及制作传感器实验 精讲精练-2022届高三物理一轮复习疑难突破微专题
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2025-01-03
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111 敏感元件的应用及制作传感器实验
一.必备知识
1.研究热敏电阻实验
（1）按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。
（2）把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的倍率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。
（5）处理数据
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。
次数
待测量 1 2 3 4 5 6
温度(℃)
电阻(Ω)
在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示。
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。
2.研究光敏电阻实验
（1）将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器等按如图所示电路连接好，其中多用
电表置于“欧姆”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，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻
阻值的情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。
(5)数据处理
把记录的结果填入表中，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
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111 敏感元件的应用及制作传感器实验
根据实验数据得出结论：光敏电阻在被光照射时阻值发生变化，光照增强电阻变小，光
照减弱电阻变大。
3.误差分析
（1）温度计读数带来的误差：可以选用精度高的温度计并读数三次取平均值。
（2）欧姆表的读数带来的误差：可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平
均值。
4.注意事项
（1）在做研究热敏电阻的特性实验时，加入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，并同时读出水温和电阻值。
（2）研究光敏电阻的特性实验中，如果效果不明显，可将光敏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强度。
（3）欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
二.典型例题
题型一：热敏电阻的应用
例 1 (2021·八省联考湖北卷)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于
热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50 ℃时，系统
开始自动报警。所用器材有：
直流电源
E
(36 V，内阻不计)；
电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)；
电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)；
热敏电阻
R
T；
报警器(内阻很小，流过的电流超过 10 mA 时就会报警，超过 30 mA 时就会损伤)；
滑动变阻器
R
1(最大阻值 4000 Ω)；
电阻箱
R
2(最大阻值 9999.9 Ω)；
单刀单掷开关 S1；
单刀双掷开关 S2；
导线若干。
(1)用图 a所示电路测量热敏电阻
R
T的阻值。当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，
电流表读数为15.0 mA；当温度为50 ℃时，调节
R
1，使电压表读数仍为 30.0 V，电流表指针
位置如图 b所示。
温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为________Ω。从实验原理上看，该方法测得的阻值
比真实值略微________(填“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大，则
其为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。基于以上实验数据可知，该热敏电
阻
R
T为________(填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。
(2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图 c所示，其中有一
个器件的导线连接有误，该器件为________(填器件名称)。正确连接后，先使用电阻箱
R
2进
行调试，其阻值设置为________Ω，滑动变阻器
R
1阻值从最大逐渐减小，直至报警器开始报
警，此时滑动变阻器
R
1连入电路的阻值为________Ω。调试完毕后，再利用单刀双掷开关 S2
的选择性开关功能，把热敏电阻
R
T接入电路，可方便实现调试系统和工作系统的切换。
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111 敏感元件的应用及制作传感器实验
答案 (1)600 偏大 负
(2)滑动变阻器
R
1 600 3000
解析 (1)由图 b可知，电流表的示数为50 mA，则此时热敏电阻的阻值为
R
T＝＝ Ω＝
600 Ω；该方法所测电流值为真实电流值，所测电压值为热敏电阻和电流表两端的总电压，
故根据
R
＝，可知此时所测电阻值偏大；在相同电压下，温度越高，通过的电流越大，说明
该热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故
R
T为负温度系数热敏电阻。
(2)滑动变阻器
R
1的导线连接有误，两根导线都连接在上端，无法起到改变接入电阻阻值
的作用，应一上一下连接；先使用电阻箱
R
2进行调试，其阻值设置为
R
T的自动报警电阻即
600 Ω；要求刚好在 50 ℃时自动报警，则通过电路的电流为 10 mA，报警器和电流表的电阻
很小，可忽略不计，可得此时滑动变阻器连入电路的阻值为
R
1＝－
R
T＝3000 Ω。
题型二：光敏电阻的应用
例 2 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
R
P在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.81.0 1.2
电阻/kΩ75 40 2823 20 18
(1)根据表中数据，请在图甲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
说明阻值随照度变化的特点。
(2)如图乙所示，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
R
P(符号 ，阻值见图表)；
直流电源
E
(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：
R
1＝10 kΩ，
R
2＝20 kΩ，
R
3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
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111 敏感元件的应用及制作传感器实验
开关 S 及导线若干。
尝试解答 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图 1 所示__光敏电阻的阻值随光的照
度的增大非线性减小
(2)电路原理图见图 2
(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如尝试解答图 1 所示的曲线。
光敏电阻阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。
(2)当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端
电压为 2 V，电源电动势为 3 V，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用
R
1；此电路的原理图见尝试解答图 2。
题型三：气敏电阻的应用
例 3．气敏电阻在安全领域有着广泛的应用。有一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻
Rq
，正常情况下阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到几千欧。为了研究其
阻值随甲醛浓度变化的规律，供选用的器材如下：
A．电源
E
0(电动势6 V，内阻不计)；
B．滑动变阻器
R
；
C．导线若干及开关 S；
D．电压表V(量程3 V，内阻 1 kΩ)；
E．毫安表mA(量程50 mA，内阻 100.0 Ω)。
(1)探究小组设计了如图 a所示实验电路，其中毫安表用来测定________，量程为______
__。
(2)将气敏电阻置于密封小盒内，通过注入甲醛改变盒内甲醛浓度，记录不同甲醛浓度下
电表示数，计算出气敏电阻对应阻值，得到如图 b所示阻值随甲醛浓度变化的图像(
Rqη
图
像)。当气敏电阻阻值为
Rq
＝2.3 kΩ 时，盒内甲醛浓度为________。
(3)已知国家室内甲醛浓度标准是
η
≤0.1 mg/m3。探究小组利用该气敏电阻设计了如图
c所示的简单测试电路，用来测定室内甲醛是否超标，电源电动势为
E
＝5.0 V(内阻不计)，
电路中 D1、D2分别为红、绿发光二极管，红色发光二极管 D1的启动(导通)电压为 2.0 V，即
发光二极管两端电压
U
01≥2.0 V时点亮，绿色发光二极管 D2的启动电压为 3.0 V，发光二极
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111敏感元件的应用及制作传感器实验一.必备知识1.研究热敏电阻实验（1）按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。（2）把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的倍率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。（5）处理数据根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。 次数待测量 123456温度(℃)电阻(Ω)在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示。根据实验数据和R－t图线，...
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