2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第13章 實(shí)驗16 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

第十三章交變電流電磁振蕩和電磁波傳感器實(shí)驗十六利用傳感器制作簡單的自動控制裝置實(shí)驗知識·自主回顧核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[68]實(shí)驗知識·自主回顧一、實(shí)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(shí)驗原理1．常見傳感器元件(1)金屬熱電阻：有些金屬隨溫度升高電阻增大。(2)NTC熱敏電阻：有些半導(dǎo)體隨溫度升高電阻________。(3)光敏電阻：光照越強(qiáng)，電阻越______。減小小2．傳感器及其工作原理傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等________量，或轉(zhuǎn)換為電路的________把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、________處理和________。傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示：電學(xué)通斷傳輸控制三、門窗防盜報警裝置1．實(shí)驗?zāi)康?1)了解門窗防盜報警裝置的工作原理。(2)練習(xí)使用傳感器自動控制設(shè)備。2．示意圖及電路圖3．實(shí)驗器材和裝置(1)干簧管SA：作為__________，感知磁體M磁場是否存在。(2)繼電器(虛線框部分)：作為執(zhí)行裝置。(3)發(fā)光二極管LED：作為電路正常工作提示。(4)電阻R：作為發(fā)光二極管的限流電阻，起________作用。(5)蜂鳴器H：作為____________。傳感器保護(hù)報警提醒4．電路工作原理閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被____________而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁________，繼電器被斷電。繼電器的動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起__________和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。磁化相吸斷開傳感器5．實(shí)驗操作(1)連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路。(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗現(xiàn)象。四、光控開關(guān)1．實(shí)驗?zāi)康?1)了解光控開關(guān)電路及控制原理。(2)會組裝光控開關(guān)。2．電路如圖所示3．工作原理當(dāng)環(huán)境光比較______時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較______時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。4．實(shí)驗器材發(fā)光二極管LED、晶體三極管VT、可調(diào)電阻R1、限流電阻R2、光敏電阻RG、集成電路實(shí)驗板、直流電源、導(dǎo)線若干、黑紙、小燈泡L。強(qiáng)弱5．實(shí)驗步驟(1)按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源。(2)讓________電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻_______使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。光敏R16．注意事項(1)安裝前，對實(shí)驗器材進(jìn)行測試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。(2)光控開關(guān)實(shí)驗中，二極管連入電路的極性不能反接。(3)如果實(shí)驗現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1教材原型實(shí)驗(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(利用光敏電阻制作簡單的自動控制電路)為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)，照度越大，照度單位為lx)。(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，在如圖甲的坐標(biāo)系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線，由圖像可求出照度為0.6lx時的電阻約為______kΩ。照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ5.83.7

2.32.01.82.8(2)如圖乙，是街道路燈自動控制設(shè)計電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電。為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在________(填“AB”或“BC”)之間。AB(3)用多用電表“×10Ω”擋，按正確步驟測量圖乙中電磁鐵線圈電阻時，指針示數(shù)如圖丙，則線圈的電阻為_______Ω；已知當(dāng)線圈中的電流大于或等于2mA時，繼電器的銜鐵將被吸合。圖乙中直流電源的電動勢E＝6V，內(nèi)阻忽略不計，滑動變阻器有兩種規(guī)格可供選擇：140R1(0～200Ω，1A)、R2(0～2000Ω，0.1A)。要求天色漸暗照度降低至1.0lx時點(diǎn)亮路燈，滑動變阻器應(yīng)選擇______(填“R1”或“R2”)。為使天色更暗時才點(diǎn)亮路燈，應(yīng)適當(dāng)將滑動變阻器的滑片向______(填“左”或“右”)端移動。[解析]

(1)從圖像上可以看出當(dāng)照度為0.6lx時的電阻約為2.8kΩ。(2)當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻的阻值變小，所以回路中電流增大，磁性增強(qiáng)，則銜鐵被吸下來，此次觸片和下方接觸，此時燈泡應(yīng)該熄滅，說明燈泡接在了AB上。R2左(利用熱敏電阻制作簡單的自動控制電路)(2022·河北卷)某物理興趣小組利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡易電飯煲。設(shè)計電路如圖1所示。選用的器材有：限溫開關(guān)S1(手動將其按下，開始持續(xù)加熱煮飯。當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時自動斷開，之后不能自動閉合)；保溫開關(guān)S2(當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于80℃時自動斷開，溫度低于70℃時自動閉合)；電飯煲的框架(結(jié)構(gòu)如圖2所示)。自備元件有：加熱電阻絲R(阻值為60Ω，用于加熱煮飯)；限流電阻R1和R2(阻值均為1kΩ)：指示燈L1和L2(2.5V,0.6W，當(dāng)電流低于30mA時可視為熄滅)；保險絲T。(1)按照興趣小組設(shè)計的電路，下列說法正確的是________(多選)。A．按下S1，L1和L2均發(fā)光B．當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時，S1自動斷開，L1和L2均發(fā)光C．保溫過程中，S2自動在閉合、斷開狀態(tài)之間交替切換D．當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70℃時，S2自動閉合，L1發(fā)光，L2熄滅CD(2)簡易電飯煲制作完成后，試用時L1始終不亮，但加熱和保溫功能均正常，在不增加元件的前提下，斷開電源，使用多用電表判斷發(fā)生故障的元件。下列操作步驟的正確順序是______________(填寫各步驟前的字母)。A．將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置B．將兩支表筆直接接觸，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”，使指針指向歐姆零點(diǎn)C．調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指到零刻度D．測量指示燈L1兩端的阻值E．將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋CABDE操作時，將多用電表兩表筆與L1兩端接觸，若指針如圖3所示，可判斷是_______斷路損壞；若指針如圖4所示，可判斷是_______斷路損壞。(用電路中的元件符號表示)L1R1(2)多用電表的操作步驟為：調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指到零刻度——機(jī)械調(diào)零；將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置——選擋；將兩只表筆直接接觸，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”，使指針指向歐姆零點(diǎn)——?dú)W姆調(diào)零；測量指示燈L1兩端的阻值——測量；將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋——關(guān)閉多用電表。故正確順序為CABDE。由于使用時L1始終不亮，但加熱和保溫功能均正常，則說明R、L2、R2、T均正常，如圖3可看出L1兩端有1100Ω左右的電阻，則說明L1始終不亮的原因是L1斷路損壞。由于使用時L1始終不亮，但加熱和保溫功能均正常，則說明R、L2、R2、T均正常，如圖4可看出歐姆表的示數(shù)幾乎為零，此時選用的是“×100”擋則說明燈泡L1正常，則說明L1始終不亮的原因是R1斷路損壞。2創(chuàng)新實(shí)驗提升(能力考點(diǎn)·深度研析)除了熱敏電阻和光敏電阻外，還有一些常用的傳感器元件如下：1．壓敏電阻：將壓力轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電阻)。2．氣敏電阻：將氣體濃度轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電阻)。3．光電管：將所收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。4．電容器：將位移、角度、壓力轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電容)。5．霍爾元件：(1)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，載流子所受靜電力和洛倫茲力二力平衡。6．彈簧：將彈力、加速度轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電流)。?考向1霍爾元件(2024·定遠(yuǎn)縣高三月考)如圖甲所示，利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運(yùn)動速率的自行車速度計。一塊磁鐵安裝在自行車前輪上，輪子每轉(zhuǎn)一圈，這塊磁鐵就靠近傳感器一次，傳感器會輸出一個脈沖電壓。如圖乙所示，為霍爾元件的工作原理圖，電源輸出電壓為U1。當(dāng)磁場靠近霍爾元件時，在導(dǎo)體前后表面間出現(xiàn)如圖乙所示的電勢差，稱為霍爾電勢差U2。下列說法正確的是()A．圖乙中霍爾元件的載流子帶正電B．自行車的車速越大，霍爾電勢差U2越大C．若傳感器的電源輸出電壓U1變小，霍爾電勢差U2仍保持不變D．已知自行車車輪的半徑，再根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，即可求得車速大小D?考向2利用壓敏電阻制作簡單的自動控制電路

傳感器可以感受光強(qiáng)、溫度、力、磁感應(yīng)強(qiáng)度等非電學(xué)量，并把它們轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出。(1)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護(hù)裝置中，在圖甲中，熱敏電阻的阻值隨溫度變化對應(yīng)的圖線是______(選填“1”或“2”)線。2(2)利用壓敏電阻制作的傳感器，可用于設(shè)計制作“車輛闖紅燈違規(guī)記錄儀”，儀器主要由控制電路和工作電路組成，如圖乙所示，控制電路中的光控開關(guān)接收到紅光時會自動閉合，接收到綠光或黃光時會自動斷開。將控制電路中的壓敏電阻埋在路面停止線前側(cè)，壓敏電阻阻值隨壓力的變化如圖丙所示?？刂齐娐分须娫吹碾妱觿轂?V，內(nèi)阻為1Ω，繼電器線圈電阻為9Ω，滑動變阻器連入電路的電阻為50Ω；當(dāng)控制電路中的電流大于0.06A時，銜鐵會被吸引，從而啟動工作電路，電控照相機(jī)拍照記錄違規(guī)車輛。①當(dāng)紅燈亮?xí)r，若車輛越過停止線，電流表A的示數(shù)會變______(選填“小”或“大”)。②只有車輛對壓敏電阻的壓力超過_____________N后