适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第13章交变电流传感器第4讲实验利用传感器制作简单的自动控制装置

第4讲实验:利用传感器制作简单的自动控制装置1.(2023浙江杭州模拟)在“利用传感器制作简单的自动控制”实验中,简单的门窗磁控防盗报警装置示意图如图甲所示。门的上沿嵌入一小块永磁体M,门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA,并将干簧管接入报警电路。(1)如图乙所示,干簧管SA作为传感器,用于感知磁体磁场是否存在,继电器(虚线方框部分)作为执行装置,发光二极管LED作为电路正常工作提示,蜂鸣器H作为报警提醒。电路中P点应接直流电源的(选填“正极”或“负极”)。

(2)连接好电路,闭合开关S,接通电源,将磁体M靠近和离开干簧管,分别观察并记录实验现象。比较项磁体M靠近干簧管磁体M离开干簧管实验现象

2.(2024四川模拟)(1)一光敏电阻(图乙中RL)的阻值随照度变化的图像如图甲所示,由图像可知,该光敏电阻的阻值随照度的增加做(选填“线性”或“非线性”)变化。

(2)某同学利用该光敏电阻设计了图乙所示光控电路控制三盏路灯,图中交流电源电压为220V,三盏路灯规格相同,均为“110V110W”。他进行了如下操作:①闭合干路开关,将双掷开关置于b处,将R2调至1200Ω。②滑动R1的滑片,使三盏路灯正常发光。③将双掷开关置于a处。则当照度低到1.0lx(lx为照度的单位)时,路灯会正常发光。若有“50Ω5A”及“5kΩ1A”两个滑动变阻器可供选择,则图中R1应选择规格。安装该电路时,光敏电阻RL应(选填“远离”或“靠近”)路灯。

(3)图乙所示光控电路的缺点较多,从节能和实际操作的角度分析均有不足,通过你的观察,请指出一种不足:(写出一条即可)。

3.(2024广东清远校考模拟)传感器在现代生活、生产中有着相当广泛的应用。一个测量温度的传感器设计电路如图甲所示,要求从温度t=0℃时开始测量,并能从表盘上直接读出温度值(电流表满偏时指针所指刻度为0℃)。其中R1是保护电阻,R2是调零电阻(总电阻100Ω),理想电流表量程为0~6mA,电源电动势E=3V(内阻不计),金属热电阻的阻值R与温度t的对应关系如图乙所示。(1)现有三种规格的保护电阻,R1应选择。

A.30ΩB.300ΩC.420Ω(2)选取、安装好保护电阻后,要对温度传感器进行调零,调零电阻R2应调为Ω。

(3)现对表盘进行重新赋值,原3mA刻度线应标注℃。

(4)由于电池老化,电动势降为2.8V,传感器温度读数会出现偏差。如果某次使用时,先调零、后测量,读出t=240℃,此时电流大小为mA,实际温度为℃。(结果保留1位小数)

4.(2023广东广州模拟)热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图甲所示,用此热敏电阻和继电器组成的一简易温控开关如图乙所示,继电器的电阻为60Ω。当继电器电流超过10mA时,衔铁吸合,加热器停止加热,实现温控。为继电器线圈供电的电池E的内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。甲乙(1)提供以下实验器材:电源E1(3V),电源E2(6V),滑动变阻器R1(0~20Ω),滑动变阻器R2(0~220Ω),为使该装置实现对20~60℃之间任意温度的控制,电源应选(选填“E1”或“E2”);滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”)。

(2)为了实现恒温箱系统保持温度为40℃,实验时进行了以下操作:①断开开关,滑动变阻器调节至(选填“最大”或“最小”),需将电阻箱调到一固定的阻值Ω;

②将单刀双掷开关向c端闭合;③缓慢调节滑动变阻器的阻值观察到继电器的衔铁恰好被吸合;④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向另一端闭合,恒温箱系统正常工作;(3)若恒温箱系统要保持温度为40℃,则需把滑动变阻器调节到Ω;若恒温箱系统要保持温度为35℃,则滑动变阻器正常工作时须向(选填“左”或“右”)移动滑片。

5.(2024广东深圳模拟)半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器,其阻值会随压力变化而改变。某实验小组想测量某一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RN,其最大阻值约几十千欧,现有以下器材:压力传感器;电源:电动势6V,内阻不计;电流表A:量程0~250μA,内阻约为50Ω;电压表V:量程0~3V,内阻约为20kΩ;滑动变阻器R1:阻值范围0~100Ω;滑动变阻器R2:阻值范围0~20kΩ;开关S;导线若干(1)为了提高测量的准确性,应该选以下电路图进行测量,其中,滑动变阻器应选(填元器件符号),使用该电路得到的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值;

(2)通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图甲所示,该学习小组利用该压力传感器设计了如图乙所示的自动分拣装置,可以将质量大于0.5kg的物体和小于0.5kg的物体进行分拣,图中RN为压力传感器,R'为滑动变阻器,电源电动势为6V(内阻不计)。分拣时质量不同的物体通过传送带运送到托盘上,OB为一个可绕O转动的杠杆,下端有弹簧,当控制电路两端电压≥2V时,杠杆OB水平,物体水平进入通道1;当控制电路两端电压<2V时,控制电路控制杠杆的B端下移,物体下滑进入通道2,从而实现分拣功能。根据以上原理可知,R'接入电路的阻值为kΩ(重力加速度大小取10m/s2,结果保留2位有效数字),质量为0.4kg的物体将进入(选填“通道1”或“通道2”)。

甲乙

参考答案第4讲实验:利用传感器制作简单的自动控制装置1.答案(1)正极(2)二极管发光蜂鸣器发声解析(1)由于二极管具有单向导电性,故电路中P点应接直流电源的正极。(2)磁体M靠近干簧管,干簧管两片簧片被磁化相吸,继电器的动触点与常开触点接通,发光二极管发光;磁体M离开干簧管,干簧管断开,继电器的动触点与常闭触点接通,蜂鸣器发声。2.答案(1)非线性(2)“50Ω5A”远离(3)见解析解析(1)由图甲可知,该光敏电阻的阻值随照度的增加而非均匀减小,即做非线性变化。(2)路灯正常发光时,流经路灯的电流为I=PU=110110A=1A,则电路正常工作时干路电流大于3A,又因为电路正常工作时,R1两端电压为110V,则R1的接入电阻R1<5A”的滑动变阻器方便调节;光敏电阻靠近路灯,容易受到路灯灯光的影响,导致照度增大而使路灯停止工作,停止工作后照度减小,路灯又开始工作,使得路灯时亮时暗,不能达到使用要求。所以安装该电路时,光敏电阻RL应远离路灯。(3)如果干路开关常闭,则白天黑夜均消耗电能,如果利用人工在白天断开干路开关,又无法真正实现自动控制。3.答案(1)C(2)40(3)600(4)4.3221.4解析(1)因为电流表的量程为0~6mA,由欧姆定律可得,电路中的总电阻至少为R总=EIg由于调零电阻R2最大为100Ω,由图乙可知,金属热电阻在t=0℃的电阻阻值为40Ω,故R1的阻值的最小值为R1min=360Ω故选C。(2)根据题意可知,当金属热电阻的温度为0℃时,电流表满偏,此时电路中的电阻为R1+R2+R=500Ω结合(1)分析解得R2=40Ω即调零电阻R2应调为40Ω。(3)根据题意,由闭合回路欧姆定律可知,当电流表示数为3mA时,金属热电阻的阻值为R=EI-R1-R2=由图乙可得,金属热电阻R与温度t的关系式为R=56t+解得t=600℃。(4)根据题意可知,先调零,则电路总电阻为R总'=E'Ig则调零电阻R2接入电路的电阻R2'=R总'-R1-R0=6.7Ω根据R与t之间的关系式R=56t+可知,当t=240℃时R=240Ω电池老化前,可得t=240℃对应的电流I1=ER总≈4即此时电路中电流为4.3mA。因为电池老化,电动势E=2.8V,电路中实际总电阻为R总实=E'I1≈651则R的实际阻值R实=224.5Ω由R与t之间的关系式可得t≈221.4℃。4.答案(1)E1R2(2)最大60(3)180左解析(1)为使该装置实现对20~60℃之间任意温度的控制,滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻变化,故R>110Ω,滑动变阻器选用R2;又有继电器电阻r=60Ω,电路中的电流I=Er+Rt+R,计算可知,若选用E2=6V的电源,电路中的最小电流仍大于10mA,无法实现温控功能,而E1=3V(2)将滑动变阻器调节至最大,起保护作用,由图甲可知40℃时热敏电阻对应阻值为60Ω,因此需将电阻箱阻值调到60Ω。(3)当恒温箱内的温度保持40℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到10mA,由闭合电路欧姆定律得I=Er+Rt+R,即R=EI-r-Rt=180Ω,即滑动变阻器R的阻值应调节为180Ω;恒温箱系统要保持温度为35℃,5.答案(1)CR1大于(2)9.0通道2解析(1)滑动变阻器便于调节,故选择R1,题中待测电阻是大电阻,且其电阻值远大于滑动变阻器最大阻值,故