《大学物理实验》课程教学资源（教案）热敏电子特性测量及应用

大学物理实验教案热敏电阻特性测量及应用实验题目实验性质设计型实验实验学时教师41、了解热敏电阻的特性教学目的2、学会测量热敏电阻的参数3、通过制作温控开关学习热敏电阻的应用重点测量热敏电阻的参数，制作温控开关难点温控开关电路的搭建和调试课前的准备：1.仪器设备的检查，注意检查集成运放LM324。2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理，制作温控开关）。3.作出数据表格设计的参考。课上教学的设计：一、课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等）。(5分钟)二、讲解的设计(58分钟)1、引言热敏电阻是一种电阻值随温度变化的器件，它可以将温度量直接教学转换为电学量。热敏电阻在温度测控、现代电子仪器及家用电器（如过电视机消磁电路、电子驱蚊器）等中有广泛用途。因此，研究热敏电程阻的特性是一项具有实际应用价值的课题。本实验旨在学习和了解热的设敏电阻的特性，测量热敏电阻的标称阻值和材料常数等参数，并利用计其温度特性设计制作温控开关以研究热敏电阻的实际应用。2、实验原理1）负温度系数（NegativeTemperatureCoefficient,NTC）热敏电阻的特性NTC热敏电阻是是一种典型的具有温度敏感性的半导体电阻。通常以锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成，其阻值随着温度的升高而减小。NTC热敏电阻的电阻-温度特性符合负指数规律，其电阻值可近似表示为

大 学 物 理 实 验 教 案 实验题目 热敏电阻特性测量及应用 实验性质 设计型实验 实验学时 4 教师 教学目的 1、了解热敏电阻的特性 2、学会测量热敏电阻的参数 3、通过制作温控开关学习热敏电阻的应用 重 点 测量热敏电阻的参数，制作温控开关 难 点 温控开关电路的搭建和调试 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1.仪器设备的检查，注意检查集成运放 LM324。 2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理，制作温控开关）。 3.作出数据表格设计的参考。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查 （预习报告、数据表格的设计等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (58 分钟) 1、引言 热敏电阻是一种电阻值随温度变化的器件，它可以将温度量直接 转换为电学量。热敏电阻在温度测控、现代电子仪器及家用电器（如 电视机消磁电路、电子驱蚊器）等中有广泛用途。因此，研究热敏电 阻的特性是一项具有实际应用价值的课题。本实验旨在学习和了解热 敏电阻的特性，测量热敏电阻的标称阻值和材料常数等参数，并利用 其温度特性设计制作温控开关以研究热敏电阻的实际应用。 2、实验原理 1) 负温度系数（Negative Temperature Coefficient, NTC）热敏电阻的 特性 NTC 热敏电阻是是一种典型的具有温度敏感性的半导体电阻。通 常以锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等金属氧化物为主要材料，采用陶 瓷工艺制造而成，其阻值随着温度的升高而减小。NTC 热敏电阻的电 阻-温度特性符合负指数规律，其电阻值可近似表示为

R = R2se(se-1)其中RT是热敏电阻在温度T时的电阻值；R25是NTC热敏电阻的标称电阻值，即在25℃时的电阻值。B.为材料常数，也叫热敏指数，是反映热敏电阻热灵敏度的指标，T为热敏电阻的绝对温度值。实验中通过测定两个特定温度下NTC热敏电阻的阻值，确定其参数R25和Bn。那么，对未知温度即可通过测出其对应的电阻值，然后由公式算出。2）电桥电路电桥是由四个二端元件接成四边形形成的电路结构。各边称为电路的桥臂，激励源接到桥臂的一个对角上，另一对角接电桥的负载或电桥的输出检测电路。本实验即利用电桥电路实现温控开关的制作。3、实验研究内容1）拟定确定待测参数R2s和Bn的实验方案，写出热敏电阻阻值与温度的关系式。测量室温下热敏电阻的阻值，并利用求出室温，与温度计指示的室温进行比较。（提示：通常情况下容易实现的温度是0℃和100℃，根据所提供的仪器设计实验方案）2）以热敏电阻为测温元件，制作一个温控开关。要求当热敏电阻所处的环境温度升高时（例如用手握住热敏电阻），二极管就发光。（提示：可利用电桥电路设计，并利用LM324运算放大器高电压增益的特性，将其用作电压比较器输出开关信息）4、实验的拓展：（由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容，培养学生的创新思维和创新能力。）热敏电阻在温度检测和控制保护电路中有广泛应用，选择合适的器材设计电路实现恒温箱功能。5、数据的测量与处理计算待测参数R2s和B6、介绍主要仪器设备与使用1）面包板的结构和使用2）集成运放LM324的使用

n 1 1 B ( - ) 298 T T 25 R = R e 其中 RT 是热敏电阻在温度 T 时的电阻值；R25 是 NTC 热敏电阻的标 称电阻值，即在 25℃时的电阻值。Bn 为材料常数，也叫热敏指数，是 反映热敏电阻热灵敏度的指标，T 为热敏电阻的绝对温度值。 实验中通过测定两个特定温度下 NTC 热敏电阻的阻值，确定其 参数 R25 和 Bn。那么，对未知温度即可通过测出其对应的电阻值，然 后由公式算出。 2) 电桥电路 电桥是由四个二端元件接成四边形形成的电路结构。各边称为电 路的桥臂，激励源接到桥臂的一个对角上，另一对角接电桥的负载或 电桥的输出检测电路。本实验即利用电桥电路实现温控开关的制作。 3、实验研究内容 1) 拟定确定待测参数 R25 和 Bn 的实验方案，写出热敏电阻阻值与温 度的关系式。测量室温下热敏电阻的阻值，并利用 求出室温，与 温度计指示的室温进行比较。（提示：通常情况下容易实现的温度 是 0℃和 100℃，根据所提供的仪器设计实验方案） 2) 以热敏电阻为测温元件，制作一个温控开关。要求当热敏电阻所 处的环境温度升高时（例如用手握住热敏电阻），二极管就发光。 （提示：可利用电桥电路设计，并利用 LM324 运算放大器高电压 增益的特性，将其用作电压比较器输出开关信息） 4、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新 能力。) 热敏电阻在温度检测和控制保护电路中有广泛应用，选择合适的 器材设计电路实现恒温箱功能。 5、数据的测量与处理 计算待测参数 R25 和 Bn 6、介绍主要仪器设备与使用 1) 面包板的结构和使用 2) 集成运放 LM324 的使用

7、强调实验中要注意的问题1）勿弯折热缩套管包好的热敏电阻器的引脚部位。2）勿将热敏电阻器长时间浸泡于沸水中。3）面包板电路连线尽量做到横平竖直，要求紧贴在面包板上，以免接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不得使导线互相重叠在一起。三、学生的实验开始(120分钟)四、指导实验实验前30分钟不解答问题，给学生自己理解消化的时间，30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答，重点辅导学生完成温控开关电路的搭建及实现。五、检查实验的结果，签字六、实验小结（实验结束前的10分钟）1、实验中有哪些影响测量热敏电阻参数准确度的因素？2、拓展题目完成的意义。课1．分析本实验主要误差来源，计算参数R2s和Bn。后2.写出电阻与温度的关系式，分析利用该关系式求出的室温与温度计指示的室温之间思考差异的原因。题参考1.《大学物理实验》，赵黎、王丰等编，复旦大学出版社，出版时间2013年8月文献

7、强调实验中要注意的问题 1）勿弯折热缩套管包好的热敏电阻器的引脚部位。 2）勿将热敏电阻器长时间浸泡于沸水中。 3）面包板电路连线尽量做到横平竖直，要求紧贴在面包板上，以免 接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路 上，也不得使导线互相重叠在一起。 三、学生的实验开始 (120 分钟) 四、指导实验 实验前 30 分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30 分钟 后边指导边提出一些问题启发学生解答，重点辅导学生完成温控开关 电路的搭建及实现。 五、检查实验的结果,签字 六、实验小结 （实验结束前的 10 分钟） 1、实验中有哪些影响测量热敏电阻参数准确度的因素？ 2、拓展题目完成的意义。 课 后 思 考 题 1．分析本实验主要误差来源，计算参数 R25 和 Bn。 2．写出电阻与温度的关系式，分析利用该关系式求出的室温与温度计指示的室温之间 差异的原因。 参 考 文 献 1.《大学物理实验》， 赵黎、王丰等编， 复旦大学出版社，出版时间 2013 年 8 月

霍耳效应法测量磁场的题目，在黑板的中央。板第一板书内实验的目的容1、了解热敏电阻的特性2、学会测量热敏电阻的参数3、通过制作温控开关学习热敏电阻的应用重点与难点1、测量热敏电阻的参数2、温控开关电路的搭建和调试实验原理（将原理部分与原理图分成两块）1.原理部分（左侧）1）负温度系数（NegativeTemperatureCoefficient,NTC）热敏电阻的特性NTC热敏电阻的电阻-温度特性符合负指数规律，其电阻值可近似表示为891R, = R2se1.括号内的解释用语其中Rr是热敏电阻在温度T时的电阻值：R25是NTC热敏电阻的标言叙述。称电阻值，即在25℃时的电阻值。B为材料常数，也叫热敏指数，是反映热敏电阻热灵敏度的指标，T为热敏电阻的绝对温度值。2）电桥电路电桥是由四个二端元件接成四边形形成的电路结构。各边称为电路的桥臂，激励源接到桥臂的一个对角上，另一对角接电桥的负载或电桥的输出检测电路。温控开关参考设计方案图以热敏电阻为测温元件，制作一个温控开关。要求当热敏电阻所处的环境温度升高时（例如用手握住热敏电阻），二极管就发光

板 书 内 容 霍耳效应法测量磁场的题目，在黑板的中央。 第一板 实验的目的 1、了解热敏电阻的特性 2、学会测量热敏电阻的参数 3、通过制作温控开关学习热敏电阻的应用 重点与难点 1、 测量热敏电阻的参数 2、 温控开关电路的搭建和调试 实验原理（将原理部分与原理图分成两块） 1.原理部分（左侧） 1) 负温度系数（Negative Temperature Coefficient, NTC）热敏电阻的 特性 NTC 热敏电阻的电阻-温度特性符合负指数规律，其电阻值可近似表 示为 n 1 1 B ( - ) 298 T T 25 R = R e 其中 RT 是热敏电阻在温度 T 时的电阻值；R25 是 NTC 热敏电阻的标 称电阻值，即在 25℃时的电阻值。Bn 为材料常数，也叫热敏指数，是 反映热敏电阻热灵敏度的指标，T 为热敏电阻的绝对温度值。 2) 电桥电路 电桥是由四个二端元件接成四边形形成的电路结构。各边称为电 路的桥臂，激励源接到桥臂的一个对角上，另一对角接电桥的负载或 电桥的输出检测电路。 温控开关参考设计方案图 以热敏电阻为测温元件，制作一个温控开关。要求当热敏电阻所 处的环境温度升高时（例如用手握住热敏电阻），二极管就发光。 1.括号内的解 释用语 言叙述

接电源正极接电源正极12V12VR3R1电阻箱5kA1K5kRR2接电源负极接电源负极2.实验的过程设计（1）拟好实验步骤，测量热敏电阻参数（2）制作温控开关3实验的拓展热敏电阻在温度检测和控制保护电路中有广泛应用，选择合适的2.寻找几名优秀的学器材设计电路实现恒温箱功能生在课外开放时间内完成拓展实验的题目4表格：略5、实验报告的要求：1.数据处理的要求。2.误差分析与问题的讨论6、黑板右边的空白备用

2.实验的过程设计 （1）拟好实验步骤，测量热敏电阻参数。 （2）制作温控开关 3 实验的拓展 热敏电阻在温度检测和控制保护电路中有广泛应用，选择合适的 器材设计电路实现恒温箱功能。 4 表格：略 5、实验报告的要求： 1.数据处理的要求。 2.误差分析与问题的讨论 6、黑板右边的空白备用 2.寻找几名优 秀的学 生在课外开放 时间内 完成拓展实验的题目