2025高考物理復(fù)習(xí)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課件教案練習(xí)題

第十二章交變電流電磁振蕩與電磁波傳感器實驗十五利用傳感器制作簡單的自

動控制裝置基礎(chǔ)梳理夯根基考點研析提能力內(nèi)容索引課時測評基礎(chǔ)梳理夯根基一、實驗?zāi)康?．認(rèn)識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。2．學(xué)會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。二、實驗原理1．傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)。2．工作過程三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。四、實驗過程1．研究熱敏電阻的熱敏特性(1)將熱敏電阻放入燒杯中的水中，測量水溫和熱敏電阻的阻值(如圖甲所示)。(2)準(zhǔn)備好記錄電阻與溫度關(guān)系的表格(如下表)。次數(shù)待測量123456溫度/℃

電阻/Ω

(3)改變水的溫度，多次測量水的溫度和熱敏電阻的阻值，記錄在表格中，把記錄的數(shù)據(jù)畫在R-t圖像中，得到的圖像如圖乙所示。結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度發(fā)生變化，溫度升高時電阻變小，溫度降低時電阻變大。2．研究光敏電阻的光敏特性(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖丙所示電路連接好，其中多用電表置于“×100”擋。(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的變化情況，并記錄。丙(4)用手掌(或黑紙)遮光時電阻值又是多少，并記錄。把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強時電阻變小，光照減弱時電阻變大。光照強度弱中強無光照射阻值/Ω

五、誤差分析1．溫度計讀數(shù)帶來誤差。2．多用電表讀數(shù)帶來誤差。3．作R-t圖像時的不規(guī)范造成誤差。六、注意事項1．在研究熱敏電阻的熱敏特性實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫。2．在研究光敏電阻的光敏特性實驗時，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。3．歐姆表每次換擋后都要重新歐姆調(diào)零。返回考點研析提能力類型一教材原型實驗一、用溫度傳感器制作控制電路

純電動汽車的蓄電池的安全性，主要體現(xiàn)在對其溫度的控制上，當(dāng)電池溫度過高時，必須立即啟動制冷系統(tǒng)進行降溫。如圖甲是小明設(shè)計的模擬控溫裝置示意圖，電磁繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器RP串聯(lián)接在電壓為5V的電源兩端。當(dāng)電磁鐵線圈(電阻不計)中的電流I大于或等于20mA時，銜鐵被吸合，熱敏電阻置于溫度監(jiān)測區(qū)域，其阻值Rt與溫度t的關(guān)系如圖乙所示，滑動變阻器的最大阻值為200Ω。則：例1(1)圖甲中應(yīng)將b端與___(選填“a”或“c”)端相連；由題意可知，當(dāng)控制電路電流達到20mA時銜鐵被吸合，制冷系統(tǒng)工作，所以題圖甲中，應(yīng)將b端與c端相連。c(2)若設(shè)置電池溫度為50℃時啟動制冷系統(tǒng)，則滑動變阻器阻值應(yīng)為____Ω；若設(shè)置電池溫度為50℃啟動制冷系統(tǒng)，由題圖乙可知，當(dāng)溫度為50℃時，Rt的阻值為100Ω，此時控制電路的總電阻R＝

Ω＝250Ω由串聯(lián)電路的電阻規(guī)律，可知滑動變阻器接入的電阻為RP＝R－Rt＝250Ω－100Ω＝150Ω。150(3)該電路可設(shè)置啟動制冷系統(tǒng)的最高溫度是_____℃。當(dāng)滑動變阻器的最大阻值為200Ω時，熱敏電阻的阻值Rt′＝R－RP′＝250Ω－200Ω＝50Ω由題圖乙可知此時對應(yīng)的溫度為74℃，所以此時該電路可設(shè)置啟動制冷系統(tǒng)的最高溫度是74℃。74二、用光敏電阻制作控制電路(2023·廣東茂名聯(lián)考)如圖甲為一利用光敏電阻測量儲液罐中液面高度的裝置的示意圖。當(dāng)罐中裝滿液體時，液面與出液口高度差為h，罐外有一豎直放置的管，管內(nèi)一側(cè)有沿豎直線排列的多個光敏電阻，另一側(cè)有一列光強穩(wěn)定的光源。液面上一浮塊與一塊遮光板通過定滑輪相連，遮光板可隨浮塊的升降在管內(nèi)上下運動，光敏電阻的總長度和遮光板的總長度都為h。當(dāng)儲液罐內(nèi)裝滿液體時，遮光板的上沿與最下面的光敏電阻的下邊緣等高。管內(nèi)的光均勻地照射在光敏電阻上，光敏電阻和儀表相連?，F(xiàn)要求設(shè)計一電路以利用上述裝置測量液面的高度。例2為將問題簡化，假設(shè)管內(nèi)只有3個光敏電阻R1、R2、R3，分別位于管的上端、下端和中央；它們的暗電阻均為R＝10kΩ，被管內(nèi)光源照亮?xí)r電阻均為R′＝1.0kΩ。給定的儀器還有：直流電源E(電動勢為9V，電阻不計)，3個定值電阻，阻值分別為R4＝2.5kΩ，R5＝1.8kΩ，R6＝1.5kΩ；電壓表V(量程為0～3V，內(nèi)阻可視為無窮大)，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。要求：當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時，電壓表恰好為滿量程。(1)如圖乙為某次電壓表的示數(shù)，其大小為______V。1.40電壓表量程為0～3V，每小格表示0.1V，指針示數(shù)為1.40V。(2)選擇合適的定值電阻，在如圖丙所示虛線框內(nèi)畫出電路圖，并用題中給定的符號標(biāo)明圖中各元件。答案：見解析圖當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時，3個光敏電阻均受到光照射，電阻均為1.0kΩ，可把三個光敏電阻串聯(lián)后再與定值電阻Rx串聯(lián)，接在直流電源兩端，把電壓表接在定值電阻兩端，則有

得Rx＝1.5kΩ，故Rx為電阻R6，電壓表應(yīng)與電阻R6并聯(lián)構(gòu)成電路。當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時，電壓表恰好為滿量程，電路圖如圖所示。(3)液面與出液口等高時電壓表的示數(shù)為______V。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)當(dāng)液面與出液口等高時，光源完全被遮光板遮住，此時三個光敏電阻的阻值均為10kΩ，則電壓表的示數(shù)為U＝

·R6≈0.43V。0.43(4)若管內(nèi)的光強變暗，使得光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2kΩ，則定值電阻的阻值應(yīng)變?yōu)開___kΩ，便可達到題目要求。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)若光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2kΩ，為使電壓表滿量程，則定值電阻的阻值變?yōu)镽x′，Rx′滿足3V＝解得Rx′＝1.8kΩ。1.8對點練1.

(2023·湖北黃岡模擬)體溫監(jiān)測是進行疾病診療的基本手段之一。某同學(xué)在老師指導(dǎo)下利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)設(shè)計制作一個簡易溫度計。(1)該同學(xué)通過查找資料，發(fā)現(xiàn)該熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t變化的圖像如圖甲所示，則該熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t變化的函數(shù)關(guān)系式為__________________。Rt＝－5t＋385(Ω)設(shè)熱敏電阻Rt的阻值隨溫度t變化的函數(shù)關(guān)系為Rt＝kt＋b由題圖甲可得斜率k＝

Ω/℃＝－5Ω/℃則k＝Ω/℃

解得b＝385Ω因此可得Rt＝－5t＋385(Ω)。(2)該同學(xué)使用直流電源、毫安表、保護電阻R0、熱敏電阻(NTC)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干設(shè)計組裝的熱敏溫度計的電路圖如圖乙所示。若電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，保護電阻的阻值為R0，熱敏電阻的阻值為Rt，毫安表的內(nèi)阻為Rg，則毫安表示數(shù)I＝______________；若電源的電動勢E＝3V、內(nèi)阻不計，毫安表的量程為15mA、內(nèi)阻為5Ω，要求該溫度計測量的量程為45℃，則保護電阻R0＝______Ω。35Ω根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E＝I(r＋R0＋Rg＋Rt)解得I＝根據(jù)題意，當(dāng)溫度計的測量值達到最大值時，電流達到最大值，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E＝I(R0＋Rg＋Rt)此時Rt＝－5t＋385(Ω)＝－5×45＋385(Ω)＝160Ω代入已知數(shù)據(jù)可得R0＝

－Rg－Rt＝35Ω。(3)當(dāng)該溫度計使用一段時間后，其所用電源會有一定程度老化。電動勢E基本不變，內(nèi)阻逐漸增大，則使用一段時間后該溫度計所測溫度會比實際溫度______(選填“偏低”“偏高”或“相同”)。根據(jù)閉合電路的歐姆定律有I＝當(dāng)該溫度計使用一段時間老化后，電動勢E基本不變，內(nèi)阻逐漸增大，則當(dāng)電流表滿偏時，熱敏電阻Rt的實際值要比測量值偏小，根據(jù)熱敏電阻隨溫度變化的關(guān)系Rt＝－5t＋385(Ω)可知，測量溫度要比實際溫度偏低。偏低對點練2.攝影中常用測光表來測定光的強度以便確定合適的曝光時間。光的強弱可以用照度來計量，光越強，照度越大，照度單位為lx。如圖1為某光敏電阻Rp在不同照度下阻值的變化情況。某同學(xué)按照圖2所示的電路圖連成電路，測出不同照度下對應(yīng)的電流值，然后將照度值標(biāo)在電流表表盤對應(yīng)的刻度線上，這樣就將電流表改裝成一個簡易的測光表?，F(xiàn)有的器材及規(guī)格如下：A．光敏電阻RpB．微安表μA(量程0～500μA，內(nèi)阻rA＝500Ω)C．電源E(電動勢3.0V，內(nèi)阻不計)D．滑動變阻器RE．開關(guān)K(1)此簡易測光表上較大的照度值對應(yīng)______(選填“較大”或“較小”)的電流值；根據(jù)題圖1可知，照度值越大，光敏電阻Rp的阻值越小，題圖2中的總電阻越小，電流越大，故此簡易測光表上較大的照度值對應(yīng)較大的電流值。較大(2)此簡易測光表上相鄰刻線對應(yīng)的照度值之差是否恒定？____(選填“是”或“否”)；根據(jù)題圖1可知，光敏電阻Rp與照度不是正比關(guān)系，題圖2中的電流與總電阻成反比，故照度與電流之間不是線性關(guān)系，所以此簡易測光表上相鄰刻線對應(yīng)的照度值之差不是恒定的。否(3)若此簡易測光表的最大照度值為800lx，則圖2中滑動變阻器的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)到R＝______Ω；照度值最大時，電流表的示數(shù)最大，此時回路中的電流為500μA，則有I＝

根據(jù)題圖1可知照度值為800lx時，光敏電阻Rp的阻值為3000Ω，可得滑動變阻器的阻值為R＝

－Rp－rA＝

Ω－3000Ω－500Ω＝2500Ω。2500(4)一段時間后，電源的電動勢不變，內(nèi)阻變大為某一值而不能忽略，調(diào)節(jié)滑動變阻器使測光表能測的最大照度依然為800lx。則照度的測量值________真實值。A．大于B．等于C．小于√由于最大照度依然為800lx，電源的電動勢不變，所以最大電流對應(yīng)的電路總電阻不變，即滑動變阻器的阻值與電源內(nèi)阻的和等于原來滑動變阻器的阻值2500Ω，則照度的測量值等于真實值，B正確，A、C錯誤。故選B。類型二拓展創(chuàng)新實驗(2023·山東濱州高三期末)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器是一種常用的傳感器，其阻值會隨壓力變化而改變?，F(xiàn)有一壓力傳感器：(1)利用圖甲所示的電路測量該傳感器在不同壓力下的阻值RN，其阻值約幾十千歐，實驗室提供以下器材：電源電動勢為3V電流表A(量程250μA，內(nèi)阻約為50Ω)電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約為20kΩ)滑動變阻器R(阻值0～100Ω)為了提高測量的準(zhǔn)確性，開關(guān)S1應(yīng)該接__(選填“1”或“2”)，開關(guān)S2應(yīng)該接__(選填“3”或“4”)；例323RN的阻值約幾十千歐，因此有RN＞

Ω＝1000Ω為了提高測量的準(zhǔn)確性，采用電流表內(nèi)接法，開關(guān)S1應(yīng)該接2。實驗需要測量多組數(shù)據(jù)，且電壓從零開始變化，實驗時滑動變阻器要用分壓式接入電路，因此開關(guān)S2應(yīng)該接3。(2)通過多次實驗測得其阻值RN隨壓力F變化的關(guān)系圖像如圖乙所示：(3)由圖乙可知，壓力越大，阻值_____(選填“越大”或“越小”)，且壓力小于2.0N時的靈敏度比壓力大于2.0N時的靈敏度(靈敏度指電阻值隨壓力的變化率)___(選填“高”或“低”)；由題圖乙可知，壓力越大，阻值越小。由靈敏度指電阻值隨壓力的變化率可知，壓力小于2.0N時的靈敏度比壓力大于2.0N時的靈敏度高。越小高(4)利用該壓力傳感器設(shè)計了如圖丙所示的自動分揀裝置，可以將質(zhì)量不同的物體進行分揀，圖中RN為壓力傳感器，R′為滑動變阻器，電源電壓為6V(內(nèi)阻不計)。分揀時將質(zhì)量大小不同的物體用傳送帶運送到托盤上，OB為一個可繞O轉(zhuǎn)動的杠桿，下端有彈簧，控制電路兩端電壓小于3V時，杠桿OB水平，物體水平通過杠桿進入通道1，當(dāng)控制電路兩端電壓大于3V時，杠桿的B端就會被吸下，物體下滑通過杠桿進入通道2，從而實現(xiàn)分揀功能。若R′調(diào)為30kΩ，取重力加速度g＝10m/s2，該分揀裝置可以實現(xiàn)將質(zhì)量超過_____kg的物體進行分揀(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，若要將質(zhì)量超過0.20kg的貨物實現(xiàn)分揀，應(yīng)該將R′調(diào)成_____kΩ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。0.1426.0由題意可知，當(dāng)控制電壓等于3V時，控制電路的電流為I＝

A＝1×10－4A壓力傳感器上的電壓為3V，壓力傳感器的電阻值為RN＝

Ω＝3×104Ω由題圖乙可知此時傳感器上的壓力為1.40N，則物體質(zhì)量為0.14kg，因此由壓力傳感器的特點可知，該分揀裝置可以實現(xiàn)將質(zhì)量超過0.14kg的物體分揀。若要將質(zhì)量超過0.20kg的貨物實現(xiàn)分揀，由以上計算分析可知，當(dāng)物體質(zhì)量為0.20kg即傳感器上的壓力為2.0N時，由題圖乙可知，壓力傳感器的電阻值為26.0kΩ，因此應(yīng)該將R′調(diào)成26.0kΩ，當(dāng)質(zhì)量超過0.20kg的貨物時，壓力傳感器的電阻值小于26.0kΩ，控制電路兩端電壓大于3V，貨物實現(xiàn)分揀。返回課時測評1．(15分)傳感器在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。一個測量溫度的傳感器設(shè)計電路如圖甲所示，要求從溫度t＝0℃時開始測量，并能從表盤上直接讀出溫度值(電流表滿偏時指針?biāo)缚潭葹?℃)。其中R1是保護電阻，R2是調(diào)零電阻(總電阻100Ω)，理想電流表量程為6mA，電源電動勢E＝3V(內(nèi)阻不計)，金屬熱電阻的阻值R與溫度t的對應(yīng)關(guān)系如圖乙所示。(1)現(xiàn)有三種規(guī)格的保護電阻，R1應(yīng)選擇________。A．30Ω

B．300Ω

C．420Ω√因為電流表的量程為6mA，由歐姆定律可得，電路中的總電阻至少為R總＝

＝500Ω由于調(diào)零電阻R2最大為100Ω，由題圖乙可知，金屬熱電阻在t＝0℃的電阻阻值為40Ω，故R1阻值的最小值為R1min＝360Ω，故選C。

(2)選取、安裝好保護電阻后，要對溫度傳感器進行調(diào)零，調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為____Ω。根據(jù)題意可知，當(dāng)金屬熱電阻的溫度為0℃時，電流表滿偏，此時電路中的電阻為R1＋R2＋R＝500Ω結(jié)合(1)分析解得R2＝40Ω即調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為40Ω。40(3)現(xiàn)對表盤進行重新賦值，原3mA刻度線應(yīng)標(biāo)注_____℃。根據(jù)題意，由閉合回路歐姆定律可知，當(dāng)電流表示數(shù)為3mA時，金屬熱電阻的阻值為R＝

－R1－R2＝540Ω由題圖乙可得，金屬熱電阻R與溫度t的關(guān)系式為R＝

t＋40解得t＝600℃。600(4)由于電池老化，電動勢降為2.8V，傳感器溫度讀數(shù)會出現(xiàn)偏差。如果某次使用時，先調(diào)零、后測量，讀出t＝240℃，此時電流大小為_____mA，實際溫度為______℃。(結(jié)果均保留1位小數(shù))4.3221.4根據(jù)題意可知，先調(diào)零，則電路總電阻為R總′＝

≈466.7Ω則調(diào)零電阻R2接入電路的電阻R2′＝R總′－R1－R0＝6.7Ω根據(jù)R與t之間的關(guān)系式R＝

t＋40，可知，當(dāng)t＝240℃時R＝240Ω電池老化前，可得t＝240℃對應(yīng)的電流I1＝

≈4.3mA即此時電路中電流為4.3mA。因為電池老化，電動勢E＝2.8V，電路中實際總電阻為R總實＝

≈651.2Ω則R的實際阻值R實＝R總實－R1－R2′＝224.5Ω2．(15分)(2023·四川遂寧模擬)高速路入口都安裝有稱量汽車重量的地磅，如圖甲是某工廠生產(chǎn)的小型地磅結(jié)構(gòu)圖和電路圖，其中R是壓敏電阻，質(zhì)量m0＝500kg的秤臺平放在壓敏電阻上，被稱汽車停放在秤臺上。已知電路中電源電動勢為26V、內(nèi)電阻r＝10Ω，電流表量程為0.3A、內(nèi)阻RA＝10