2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）第12章實驗16利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

1、 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置 教材原型實驗溫度傳感器的應(yīng)用典例1某同學(xué)利用熱敏電阻設(shè)計了一個“過熱自動報警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻R安裝在需要探測溫度的地方，當環(huán)境溫度正常時，繼電器的上觸點接觸，下觸點分離，指示燈亮；當環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響。圖甲中給繼電器供電的電源電壓U14 V，內(nèi)阻不計，繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻R0為30 。當線圈中的電流大于等于40 mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。甲乙(1)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱_相連，指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱_相連(均選填“A”或“B”)；(

2、2)當環(huán)境溫度升高時，繼電器的磁性將_(選填“增大”“減小”或“不變”)，當環(huán)境溫度達到_ 時，警鈴報警；(3)如果要使報警電路在更高的溫度報警，下列方案可行的是()A適當減小U1 B適當增大U1C適當減小U2 D適當增大U2解析(1)由于B接通時警鈴響，A接通時指示燈亮，因此C接B，D接A。(2)由于熱敏電阻隨溫度升高，阻值減小，回路的電流強度增大，因此繼電器的磁性增強。當電流等于40 mA時，回路的總電阻Req f(U,I)eq f(4 V,40 mA)100 而繼電器電阻R0為30 ，因此當熱敏電阻等于70 時，由題圖乙可知對應(yīng)溫度為40 (3)溫度更高時，熱敏電阻阻值更小，而報警電流為

3、40 mA不變，因此應(yīng)適當降低U1值，因此A正確。答案(1)BA(2)增大40(3)A光電傳感器的應(yīng)用典例2(20218省市?？歼|寧)某同學(xué)為定性探究光敏電阻阻值隨光照強度變化的關(guān)系，設(shè)計了如圖(a)所示的電路。所用器材有：置于暗箱(圖中虛線區(qū)域)中的光敏電阻RG、小燈泡和刻度尺；阻值為R的定值電阻；理想電壓表；電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。圖(a)實驗時，先按圖(a)連接好電路，然后改變暗箱中光源到光敏電阻的距離d，記錄電壓表的示數(shù)U，獲得多組數(shù)據(jù)如下表。d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.0018.5020.0022.0023.5025.00U/m

4、V271.0220.0180.0156.7114.9114.094.889.578.672.565.0回答下列問題：(1)光敏電阻阻值RG與電壓表示數(shù)U的關(guān)系式為RG_(用E、r、R、U表示)；(2)在圖(b)的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給的第二組數(shù)據(jù)點，并作出Ud的非線性曲線；圖(b)(3)依據(jù)實驗結(jié)果可推斷：光敏電阻的阻值隨著光照強度的減小而_(選填“增大”或“減小”)。圖(c)(4)該同學(xué)注意到智能手機有自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強度大時屏幕變亮，反之變暗。他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實現(xiàn)“有光照射光敏電阻時，小燈泡變亮；反之變暗”的功能，設(shè)計了如圖(c)所示電路，則電路中_(選填“R1”或

5、“R2”)為光敏電阻，解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，可得eq f(E,rRRG)RU，解得RGeq f(E,U)RrR。(2)描點、連線如圖所示。(3)當光源距離光敏電阻越遠時，光照強度越小，電壓表示數(shù)越小，根據(jù)RGeq f(E,U)RrR可知，光敏電阻的阻值RG越大。(4)如果R1為光敏電阻，有光照射光敏電阻時，外電路總電阻變小，路端電壓降低，燈泡變暗；當R2為光敏電阻時，有光照射光敏電阻時，外電路總電阻變小，整個電路電流強度增大，內(nèi)電壓升高，路端電壓降低，流過R1的電流減小，因此流過燈泡的電流增大，燈泡變亮，R2為光敏電阻。答案(1)eq f(E,U)RrR(2)見解析圖(3)增大(4)

6、R2 拓展創(chuàng)新實驗實驗設(shè)計創(chuàng)新典例3一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10 k，當供電電壓等于24 V時能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧?，F(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時不產(chǎn)生臭氧，擬用一個光敏電阻R1對它進行控制。R1的阻值在有光照時為100 ，黑暗時為1 000 ，允許通過的最大電流為3 mA；電源E的電壓為36 V，內(nèi)阻不計；另有一個滑動變阻器R2，阻值為0100 ，允許通過的最大電流為0.4 A；一個開關(guān)S和導(dǎo)線若干。臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如圖所示。設(shè)計一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母A、B

7、。(電路圖畫在虛線框內(nèi))解析由題意分析，臭氧發(fā)生器P有光照時能產(chǎn)生臭氧，黑暗時不產(chǎn)生臭氧，而光敏電阻有光照時電阻小，無光照時電阻大，可以利用電阻與之串聯(lián)，調(diào)節(jié)電壓。由于P需要電壓小于電源的電壓36 V，而滑動變阻器的電阻遠小于P的電阻，故可將變阻器接成分壓式。電路圖如圖所示。答案見解析圖(1)創(chuàng)新思路：通過光敏電阻R1和定值電阻P控制電路，實現(xiàn)簡易的光控電路。(2)利用光照的有無控制光敏電阻的阻值，從而調(diào)節(jié)能否產(chǎn)生臭氧。實驗原理創(chuàng)新典例4現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警

8、)，電阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 )，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為_ ；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置

9、于另一端的原因是_。將開關(guān)向_(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_。(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。解析(1)電路圖連接如圖所示。(2)報警器開始報警時，對整個回路有UIc(R滑R熱)，代入數(shù)據(jù)可得R滑1 150.0 ，因此滑動變阻器應(yīng)選擇R2。(3)在調(diào)節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應(yīng)為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為650.0 ?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃ǎ瑧?yīng)置于b端附近，若置于另一端a時，閉合開關(guān)，則電路中的電流Ieq f(18,650.0) A27.7 mA，超過報警器最大電流20 m

10、A，報警器可能損壞。開關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警為止。答案(1)見解析圖(2)R2(3)650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞c報警器開始報警(1)利用熱敏電阻來控制電路，使之成為溫度報警系統(tǒng)，在設(shè)置報警溫度時，借助于電阻箱進行電阻設(shè)置，使之達到報警的溫度進行報警。(2)可以設(shè)計成可調(diào)溫度的報警器。實驗器材創(chuàng)新典例5某實驗小組利用傳感器來探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系。如圖甲所示，先將輕彈簧上端通過力傳感器固定在水平的長木板A上，下端自由下垂，將距離傳感器輕輕靠近輕彈簧下端，當力傳感器示數(shù)為零時，距離傳感器的示數(shù)為x0；然后再將彈簧下

11、端與距離傳感器固定，下面連接輕質(zhì)木板B，距離傳感器可以測量出其到力傳感器的距離x，木板B下面用輕細繩掛住一小桶C。甲乙丙(1)逐漸往小桶C內(nèi)添加細沙，記錄相應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和距離傳感器的示數(shù)x，作出Fx圖像如圖乙所示。由圖及相關(guān)信息可知，彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m，彈簧原長L0_ cm。(2)將該彈簧應(yīng)用到電子秤上，如圖丙所示(兩根彈簧)。閉合開關(guān)S，稱不同物體的質(zhì)量時，滑片P上下滑動，通過電子顯示器得到示數(shù)。彈簧處于自然伸長狀態(tài)時，滑片P位于R的最上端，通過驗證可知，電子顯示器的示數(shù)I與物體質(zhì)量m的關(guān)系為makeq f(bk,I)(a、b均為常數(shù)，k為輕彈簧的勁度系數(shù))，則滑動變阻器R的長度L_，電源電動勢E_。(保護電阻和滑動變阻器最大阻值均為R0，電源內(nèi)阻不計，已知當?shù)刂亓铀俣葹間)解析(1)由彈簧的彈力與其形變量的關(guān)系可得：Fk(LL0)，由表達式結(jié)合圖像可知圖像斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，而橫截距表示彈簧的原長，故彈簧的勁度系數(shù)keq f(F,x)eq f(16,0.16) N/m100 N/m；彈簧原長L04 cm。(2)當所稱的物體質(zhì)量為零時，有：akeq f(bk,I)，此時由電路結(jié)構(gòu)可得：E2IR0，聯(lián)立解得