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实验十七 利用传感器制作简单的自动控制装置
学习目标 1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻等敏感元件的特性和
应用。 2.学会传感器的简单使用并会制作简单的自动控制装置。
一、五种敏感元件的作用和特点
敏感
元件
作用
特点
热敏
电阻
将温度这个热学量转换为电
阻这个电学量
一般情况下，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
金属
热电
阻
将温度这个热学量转换为电
阻这个电学量
一般情况下，金属热电阻的阻值随温度的
升高而增大，随温度的降低而减小
光敏
电阻
将光照强度这个光学量转换
为电阻这个电学量
一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度
的增强而减小，随光照强度的减弱而增大
霍尔
元件
将磁感应强度这个磁学量转
换为电压这个电学量
对于某个确定的霍尔元件，它的厚度d、
霍尔系数k 为定值，如果保持电流I 恒定，
则霍尔电压UH 就与磁感应强度B 成正比
(UH＝k)
压敏
电阻
将压力这个力学量转换为电
阻这个电学量
压敏电阻的阻值随压力的变化而变化
二、实验过程
1.研究热敏电阻的热敏特性
(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图1 甲所示)。
图1
(2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。
次数
待测量
1
2
3
4
5
6
温度/℃
1
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电阻/Ω
(3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记
录的数据画在R－t 图中，得图像如图乙所示。
2.研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图2 所示电路连接好，其
中多用电表置于“×100”挡。
图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。
(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
显示电阻阻值的变化情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。
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。
光照强度
弱
中
强
无光照射
阻值/Ω
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时
电阻变大。
三、误差分析
1.温度计读数带来误差。
2.多用电表读数带来误差。
3.作R－t 图像时的不规范易造成误差。
四、注意事项
1.在做热敏实验时，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.光敏实验中，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欧姆调零。
2
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考点一 用温度传感器设计控制电路
例1 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60 ℃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Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为
U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为
2 000 Ω)，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U 约
为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该
热敏电阻的阻值随温度升高而减小，当温度为60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
图3
(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①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
________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能
置
于
另
一
端
的
原
因
是
_______________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直
至
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常
使用。
3
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答案 (1)见解析图 (2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会
超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
解析 (1)电路图连线如图所示。
(2)由R＝＝ Ω＝1 800 Ω 可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻
器的滑片应置于b 端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因
过载而损坏报警器。
②应将开关向c 端闭合，调节滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
1.某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图4 甲所示。将热
敏电阻R 安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接
触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，
上触点分离，警铃响。图甲中给继电器供电的电源电压U1＝4 V，内阻不计，继
电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于40 mA 时，
继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
甲
4
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乙
图4
(1)图甲中警铃的接线柱C 应与接线柱________相连，指示灯的接线柱D 应与接
线柱________相连(均选填“A”或“B”)。
(2)当环境温度升高时，继电器的磁性将________(选填“增大”“减小”或“不
变”)，当环境温度达到________℃时，警铃报警。
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。
A.适当减小U1
B.适当增大U1
C.适当减小U2
D.适当增大U2
答案 (1)B A (2)增大 40 (3)A
解析 (1)由于B 接通时警铃响，A 接通时指示灯亮，因此C 接B，D 接A。
(2)由于该热敏电阻随温度升高，阻值减小，回路的电流增大，因此继电器的磁
性增强。
当电流等于40 mA 时，回路的总电阻
R＝＝＝100 Ω
而继电器电阻R0为30 Ω，因此当热敏电阻等于70 Ω 时，由题图乙可知对应温度
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为40 ℃时，警铃报警。
(3)温度更高时，热敏电阻值更小，而报警电流为40 mA 不变，因此应适当降低
U1值，因此A 正确。
考点二 用光传感器设计控制电路
例2 为了节能环保，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R 随光的照度I 变化而发生变化的元件(照
度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。
(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R 如下表所示，根据表中的数据，请在图5
甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并判断光敏电阻的阻值R 与照度I
是否成反比关系。
答：________(填“是”或“否”)。
照度I/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
阻值R/ kΩ
5.8
3.7
2.7
2.3
2.0
1.8
甲
乙
图5
(2)图乙为街道路灯自动控制电路，利用直流电源E 为电磁铁供电，利用照明电
源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填
6
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“AB”或“CD”)之间。
(3)已知线圈的电阻为140 Ω，直流电源E 的电动势E＝36 V，内阻忽略不计。当
线圈中的电流大于10 mA 时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器R′的阻值应
调为________Ω 时，才能使天色渐暗照度低于1.0 lx 时点亮路灯。
(4)使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，为了使路灯能按设计
要求点亮和熄灭，变阻器R′的阻值应适当调________些(选填“大”或“小”)。
答案 (1)见解析图 否 (2)AB (3)1 460 (4)小
解析 (1)如图所示
若光敏电阻的阻值R 与照度I 成反比关系，则有RI 为定值，由图像中的点的数
据可得
5.8×0.2<3.7×0.4<2.7×0.6<2.3×0.8<2.0×1.0<1.8×1.2
可知光敏电阻的阻值R 与照度I 不是反比关系。
(2)由于天亮时照度较大，光敏电阻的阻值较小，电路中的电流较大，衔铁被吸
下，AB 间断开，CD 间接通，故路灯应接在AB 间。
(3)由题意可知，当照度降到1.0 lx 时，电路电流降低到10 mA，此时电路中的总
电阻为
R 总＝＝ Ω＝3 600 Ω
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此时光敏电阻的阻值为R＝2 000 Ω，则滑动变阻器R′的阻值应调为
R′＝R 总－R－R 线＝3 600 Ω－2 000 Ω－140 Ω＝1 460 Ω。
(4)使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，说明在天色更亮时电
路电流就降到了10 mA，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，应使天色更亮时
电路电流大于10 mA，应使电路的总电阻适当减小，故应将变阻器R′的阻值应适
当调小些。
2.(2024·安徽亳州模拟)光敏电阻广泛的应用于光控制电路中，物理探究小组设计
了图6 甲所示的电路测量不同照度下的光敏电阻的阻值，照度单位为(lx)。小组
成员先将照射光敏电阻的光调至某一照度，将电阻箱阻值调到最大，先闭合开关
S1，再将开关S2与1 连接，调节电阻箱的阻值如图乙所示时，此时通过电流表
的电流为I，然后将开关S2与2 连接，当调节电阻箱的阻值如图丙所示时，电流
表的示数恰好也为I。
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图6
(1)图乙的读数________Ω，图丙的读数________Ω，此照度下光敏电阻的阻值R0
＝________Ω。
(2)图丁是该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系图像，由图丁可知
(1)中的光照度为________lx(保留2 位有效数字)。
(3)此光敏电阻随光照强度的减小而________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)小组设计了如图戊所示的电路控制路灯，图戊中R0为此实验的光敏电阻，R1
为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的
线圈电阻，K 为单刀双掷开关。当光照强度小到某一值时，衔铁就会被吸下，交
流电路接通，当光照强度达到某一值时，衔铁就会被弹簧拉起，交流电路就会断
开，路灯熄灭，请在图戊中原有电路的基础上用笔画线连接电路实现这一功能。
答案 (1)2 320 1 120 1 200 (2)1.0 (3)增大
(4)图见解析
解析 (1)根据图乙、丙电阻箱各旋钮的示数，可知读数为R1＝2 320 Ω，R2＝1
120 Ω；
根据题意可知，开关与1 连接和与2 连接时电流表的示数都为I，根据闭合电路
欧姆定律可知两种情况下电路中电阻大小相等，所以
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R0＝R1－R2＝2 320 Ω－1 120 Ω＝1 200 Ω。
(2)根据R0的阻值，结合图像可知(1)中的光照度为1.0 lx。
(3)根据图线可知，此光敏电阻随光照强度的减小而增大。
(4)将线圈与光敏电阻并联，然后与滑动变阻器以及电源串联，这样当光照强度
减小时，光敏电阻的阻值增大，并联部分的分压变大，线圈中的电流增大，螺线
管的磁性变强，将衔铁吸下，路灯接通；当光照强度增大时，光敏电阻阻值变小，
并联部分分压变小，线圈中的电流减小，螺线管的磁性变弱，衔铁弹起，路灯熄
灭。
1.在如图1 所示的电路中，当用半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电
流表示数增大，则说明( )
图1
A.在温度越高时，热敏电阻阻值越小
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B.在温度越高时，热敏电阻阻值越大
C.半导体材料温度升高时，导电性能变差
D.半导体材料温度升高时，导电性能不变
答案 A
解析 由电流表的变化判断半导体的电阻的变化，温度升高时，电路中总电流增
大，由闭合电路欧姆定律可知，总电阻减小，则温度升高，热敏电阻阻值减小，
半导体材料导电性能变好，故A 正确。
2.霍尔元件的示意图如图2 所示，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板
面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b 是铜板上、下边缘的两点，则(
)
图2
A.电势φa＝φb
B.电势φb>φa
C.电流增大时，|φa－φb|增大
D.其他条件不变，将铜板改为NaCl 溶液时，电势结果仍然一样
答案 C
解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左
手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b 侧偏转，所以φa>φb，故A、B 错误；
电流增大时，|φa－φb|增大，故C 正确；若将铜板改为NaCl 溶液，溶液中的正、
负离子均向b 侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D 错误。
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3.如图3 是利用太阳能给LED 路灯供电的自动控制电路的示意图。R 是光敏电阻，
R0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH 接入电路，太阳
能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF 接入电路，蓄电
池给LED 路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是( )
图3
A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C.增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D.并联更多的LED 路灯可延长每天路灯照明时间
答案 C
解析 日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路
中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻R 阻值减小，
故A 错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，
减少了路灯照明时间，故B 错误；增大保护电阻R0，电流减小，延长了照明时
间，故C 正确；LED 灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减
少照明时间，故D 错误。
4.某同学用热敏电阻制作高温报警器。实验器材如下，热敏电阻Rt、电磁继电器、
蜂鸣器、小灯泡(额定电压2.5 V)、保护电阻r(阻值5 Ω)、变阻箱R(0～9
999.9Ω)、电池组两组(内阻不计)、多用电表(有温度挡)、铁架台、烧杯、开关及
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导线若干。
图4
(1)如图4 所示是该热敏电阻的Rt－t 曲线，由图像可以得到热敏电阻的阻值随温
度的升高而______________(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)如图5 是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分
是报警装置，实验发现控制电路不工作，合上开关S，用多用电表排查电路故障，
则应将如图6 所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)，若只有继
电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时多用电表的指针
________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入热敏电阻两端时多用电表的指针
__________(选填“偏转”或“不偏转”)。
图5
图6
(3)根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻Rt达到设定温度时，电磁继电器应
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自动吸合，报警装置报警。已知控制电路电池组电动势为6 V，实测电磁继电器
正常吸合时的电流为37.6 mA～40.2 mA，继电器内阻为61.0 Ω，如果设置报警
温度为55 ℃，至少应将变阻箱的电阻R 调节到________Ω。想要让热敏电阻在
高温报警中更加“敏感”(即温度不是太高就报警)，需要________(选填“增大”
“减小”或“不变”)变阻箱的电阻。
答案 (1)减小 (2)C 偏转 不偏转 (3)56.3 减小
解析 (1)由题图可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)合上开关S，应用多用电表的直流电压挡去排查电路故障，故应将选择开关旋
至C。
若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时，多用电表电压接
近电源电动势，多用电表的指针偏转；若只有继电器线圈断路，表笔接入热敏电
阻两端时，由于继电器线圈断路，回路中没有电流，热敏电阻两端电压为零，多
用电表的指针不偏转。
(3)如果设置报警温度为55 ℃，由图像可知该温度对应的热敏电阻阻值为Rt＝32
Ω
根据闭合电路欧姆定律可得I＝
可得至少应将变阻箱的电阻R 调节到R＝－Rt－R 继＝Ω≈56.3 Ω
想要让热敏电阻在高温报警中更加“敏感”(即温度不是太高就报警)，说明报警
时热敏电阻的阻值比原来大，故为了使电流达到电磁继电器正常吸合时的电流，
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需要减小变阻箱的电阻。
5.利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑
夜打开。某同学利用如下器材制作了一个简易的路灯自动控制装置。
A.励磁线圈电源E1
B.路灯电源E2
C.路灯灯泡L
D.定值电阻R0
E.光敏电阻R1 F.电磁开关
G.导线、开关等
丙
图7
(1)电磁开关的内部结构如图7 甲所示。1、2 两接线柱接励磁线圈(电磁铁上绕的
线圈)，3、4 两接线柱分别与弹簧片和触点连接，相当于路灯的开关。当流过励
磁线圈的电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4 断开，
路灯熄灭。该同学首先用多用电表的欧姆挡测量励磁线圈的电阻，将选择开关置
于“×1”挡，调零后测量时的示数如图丙所示，则励磁线圈的电阻约为
________Ω。
(2)图乙为光敏电阻的阻值随照度的变化关系(照度可以反映光的强弱，光越强，
照度越大，单位为lx)。从图中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而
________(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(3)如图8 所示，请你用笔画线代替导线，将该同学设计的自动控制电路补充完
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整。
图8
(4)已知励磁线圈电源E1＝6.0 V(内阻不计)，定值电阻R0＝60 Ω。若设计要求当
流过励磁线圈的电流为0.05 A 时点亮路灯，则此时的照度约为________lx。
答案 (1)20 (2)减小 (3)图见解析 (4)0.4
解析 (1)由多用电表欧姆挡的读数规则可知，励磁线圈的电阻约为r＝20 Ω。
(2)从图乙中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而逐渐减小。
(3)自动控制电路图如图所示。
(4)当控制电路中的电流为0.05 A 时，控制电路的总电阻为R＝＝ Ω＝120 Ω
因定值电阻R0＝60 Ω，励磁线圈的电阻r＝20 Ω，故此时光敏电阻的阻值应为R1
＝R－R0－r＝40 Ω
由图乙可知此时的照度约为0.4 lx。
6.(2024·湖南常德高三月考)某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏
电阻Rx的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电
阻Rx的阻值变化范围为50～250 Ω。供选择的实验器材如下：
A.电源E：电动势为3 V，内阻不计
B.电流表A1：量程为3 mA，内阻r1＝10 Ω
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C.电流表A2：量程为30 mA，内阻r2约为1 Ω
D.电阻箱R1：阻值范围0～9 999.9 Ω
E.定值电阻R0：R0＝50 Ω
F.开关S、导线若干
图9
(1)为了较准确地测量电阻Rx，某同学设计了图9 甲的实验电路图，根据所设计
的电路图，设电流表
、
的示数分别为I1、I2，电阻箱的电阻为R1，则Rx的测
量值为Rx＝________。
(2)该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻Rx随所加外力F 的Rx－F 图像，如
图乙所示，则由此图像可知，随压力F 的增大，压敏电阻Rx的阻值________(填
“增大”“减小”或“不变”)。
(3)该同学将这种压敏电阻Rx与一个量程为3 V 的理想电压表按如图丙所示电路
改装成测量压力的仪表，已知电源E＝4 V，内阻不计，为了使改装后的压力表
的量程为0～100 N，压力为100 N 时对应电压表3 V 的刻度，则定值电阻R 应取
R＝________Ω，电压表2 V 刻度对应压力表________N 的刻度。
答案 (1) (2)减小 (3)150 50
解析 (1)Rx的测量值为Rx＝。
(2)由题图可知，随压力F 的增大，压敏电阻Rx的阻值减小。
(3)由题图乙得Rx＝250－F＝250－2F
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根据欧姆定律得E＝U＋Rx＝U＋(250－2F)
当F＝100 N 时，Rx＝50 Ω，此时电压表电压为3 V，定值电阻的阻值为R＝150
Ω
将U＝2 V 代入得F＝50 N。
18
