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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
1
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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。
2
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(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“0 Ω”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)①b ②大于 R01－R02
解析 (1)使用多用
表的欧姆
前
先欧姆
零，即将两表笔短接。温度越高，
电
挡
应
调
相同倍率下多用
表的指
向右偏
的角度越大，
阻阻
越小，故
敏
阻
电
针
转
则电
值
热
电
的阻
随温度的升高而减小。
值
(2)①
合开关前，了保
路，
将滑
阻器的滑片移到
闭
为
护电
应该
动变
b 端。②将电压
表与
敏
阻
热
电
C 端
的
改接到
间
导线
D，
滑
阻器和
调节
动变
电阻箱，使
表和
电压
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·
宁省适
性
辽
应
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
3
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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
10.0
0
12.0
0
13.5
0
15.0
0
17.0
0
18.5
0
20.0
0
22.0
0
23.5
0
25.0
0
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＝________(用E、r、R、U 表
示)；
(2)在图6 的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U－d 的非线性
曲线；
图6
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而________(填
“增大”或“减小”)；
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，
反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变
亮；反之变暗”的功能，设计了如图7 电路，则电路中______(填“R1”或“R2”)为
光敏电阻，另一个为定值电阻。
4
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图7
答案 (1)R－r－R (2)见解析 (3)增大 (4)R2
解析 (1)根据闭合
路欧姆定律，可得
电
R＝U，解得RG＝R－r－R。
(2)描点、
如
所示
连线
图
(3)当光源距离光敏
阻越
，光照
度越小，
表示数越小，根据
电
远时
强
电压
RG＝R－r
－R，可知，光敏
阻的阻
电
值RG越大。
(4)如果R1
光敏
阻，有光照射光敏
阻
，外
路
阻
小，路端
降低
为
电
电
时
电
总电
变
电压
，
灯泡
暗；当
变
R2
光敏
阻
，有光照射光敏
阻
，外
路
为
电
时
电
时
电
总
阻
小，整个
电
变
电
路
流
度增大，内
升高，路端
降低，流
电
强
电压
电压
过R1的
流减小，因此流
灯泡
电
过
的
流增大，灯泡
亮，因此
电
变
R2
光敏
阻。
为
电
5
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命题点三 自动控制电路的设计与分析
【真题示例3】 (2017·江苏卷，11)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验
原理电路图如图8 所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R 串联接在电源E 两
端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继
电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t 的关系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻
器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～
999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E 应选用________(选填
“E1”或“E2”)，滑动变阻器R 应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电
压，则应将如图9 所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图8 中，若只有b、c 间断路，则
应发现表笔接入a、b 时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c 时
指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺
序是________(填写各步骤前的序号)。
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转 (4)⑤④②③①
解析 (1)
保持
器的灵敏度，即
路中的
流易超
为
继电
电
电
过15 mA，
大
应选电动势
的
源
电
E2；当温度为80 ℃
，滑
阻器接入
路的最大
阻
时
动变
电
电
为R＝－Rt－R 继
6
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＝330.9 Ω，故滑
阻器
动变
应选R2。
(2)因
路中有
源，排
路故障
用多用
表的直流
，故
电
电
查电
应选
电
电压挡
选C。
(3)只有b、c
断路，表笔接入
间
a、b
，表与
源之
形不成
合
路，
间时电
电
间
闭
电
则电
表指
不偏
，表笔接入
针
转
a、c
，能形成
合
路，
表指
生偏
。
间时
闭
电
电
针发
转
(4)欲使
在
衔铁
50 ℃被吸合，由表中数据可知，此
敏
阻的阻
时热
电
值为108.1 Ω，
操作步
是先断开开关，用
阻箱替
敏
阻，将阻
至
骤应
电
换热
电
值调
108.1 Ω，合开
闭
关，
滑
阻器的阻
，察
器的
被吸合，然后断开开关，将
阻箱
调节
动变
值观
继电
衔铁
电
从
路中移除，再将
敏
阻接入
路原位置，故步
序
电
热
电
电
骤顺
应为⑤④②③①。
【针对训练】 (2021·
宁丹
市一模
辽
东
)某同学用热敏电阻制作了一个简易自动报
警器，热敏电阻的阻值R 随温度t 变化的图像如图10 甲所示，简易自动报警器的
电路图如图丙所示，请回答以下问题：
(1)用多用电表欧姆挡测继电器线圈ed(图乙所示)的电阻时，将选择开关旋至
“×100”位置，欧姆调零，测线圈ed 电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择开
关旋至________(填“×10”或“×1 k”)进行测量，经正确操作，多用表示数如
图丁所示，则所测继电器的阻值为________ Ω；
丙
丁
图10
7
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(2)为使温度在达到报警温度时，简易报警器响起，单刀双掷开关c 应该接
________(选填“a”或“b”)；
(3)流过继电器线圈ed 的电流I0＝10 mA 时才会报警，若直流电源电动势E1为18
V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60 ℃报警器响起，则滑动变阻器规格应该
选择________。
A.0～200 Ω B.0～500 Ω C.0～1 500 Ω
答案 (1)×10 220 (2)a (3)C
解析 (1)
阻
指
偏
大，
数太小
差
大，需要
小量程
数
测电
时
针
转过
则读
误
较
选择
让读
大点才能减小
差，所以
把
开关旋至
变
误
应
选择
×10
行
量。所
器的阻
挡进
测
测继电
：表
刻度
数
值为
盘
读
×倍率＝22×10 Ω＝220 Ω。
(2)由于温度升高
敏
阻阻
减小，通
器的
流增大，其
生的磁
磁感
热
电
值
过继电
电
产
场
度增大，把
片向左吸引，所以要
警器响起，
刀双
开关
应强
铁
让报
则单
掷
c
接
应该
a。
(3)流
器
圈
过继电
线
ed 的
流
电
I0＝10 mA
才会
警，若直流
源
时
报
电
电动势E1为18
V，回路的
阻的最小阻
则
总电
值为Rmin＝＝ Ω＝1.8×103 Ω，所以滑
阻器
格
动变
规
应该选择C。
1.(2021·北京西城区月考)为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开
关来控制照明系统，如图1 为电路原理图。图中，直流电源电动势为3 V，内阻可
不计，R 为可变电阻，RG为光敏电阻，其在不同照度下的阻值如下表(照度是描述
光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx 是它的单位)。若控制开关两端电压升至
2 V 时将自动开启照明系统，则以下说法正确的是( )
图1
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻RG/kΩ
75
40
28
23
20
18
A.若将R 接入电路的阻值调整为20 kΩ，则当照度降低到1.0 lx 时启动照明系统
B.若要使照明系统在照度降低到0.8 lx 时启动，则要将R 接入电路的阻值调整为
8
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46 kΩ
C.R 接入电路的阻值不变时，照度越大，控制开关两端的电压越大
D.若要在光照更暗时启动照明系统，应将R 接入电路的阻值调大
答案 D
解析 将R 接入
路的阻
整
电
值调
为20 kΩ，当照度降低到
则
1.0 lx 时RG为20 kΩ，
此
控制开关两端
升
一半
时
电压
为总电压
1.5 V，未启
照明系
，故
还
动
统
A
；使
错误
照明系
在照度降低到
统
0.8 lx
启
，根据串
路特点，将
时
动
联电
R 接入
路的阻
电
值
整
＝，解得
调
为
R＝11.5 kΩ，故B
；
错误R 接入
路的阻
不
，照度越大，光
电
值
变时
敏
阻阻
小，分
小，故
电
值变
压变
C
；若要在光照更暗，光敏
阻更大
启
照
错误
电
时
动
明系
，根据串
路特点可知，
将
统
联电
应
R 接入
路的阻
大，故
电
值调
D 正确。
2.一台臭氧发生器P 的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V 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，要求它在有光照时能产
生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在
有光照时为100 Ω，黑暗时为1 000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E 的电
动势为36 V，内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的
最大电流为0.4 A；还有一个开关S 和导线若干。臭氧发生器P 和光敏电阻R1的
符号如图2 所示。
图2
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A、B(电路图画在虚线框内)。
答案 如图所示
解析 因滑
阻器最大阻
动变
值100 Ω
小于臭氧
生器
远
发
P 的
阻
电
10 kΩ，
采
应该
用滑
阻器的分
式接法，有光照
动变
压
时P 能正常工作，无光照时P 不工作。
9
