专题5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置-2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）（原卷版）

专题5.3利用传感器制作简单的自动控制装置【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1光控电路】 【题型2温控电路】 【题型3温度报警电路】 【题型4拉力传感器应用】 【题型5压力传感器应用】 【题型6其他报警电路】 【题型7联系实际】 【题型8继电器电路】 【题型1光控电路】【例1】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。【变式1-1】某光敏电阻RT没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大，有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是（）A．该控制电路利用了电磁感应的原理B．白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能D．若将低压电源正负极调换，则该控制电路无法完成自动控制功能【变式1-2】光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是（）A．路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大B．当没有光照时（夜晚），光敏二极管所在回路中的电流很小C．根据“日出路灯肯定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱【变式1-3】图（a）是流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为光源，为定值电阻，为光敏电阻（无光照射时阻值大，有光照射时阻值小），电源电压恒为。产品随传送带匀速运动，当产品通过S与之间时，射向的光束会被挡住。合上电键K，两端的电压随时间变化的关系如图（b）所示。则每分钟通过计数装置的产品个数为_________个，有光照射和无光照射时的功率之比为_________。【题型2温控电路】【例2】某温控电路的原理如图所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15～27℃的环境中工作．当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备．下列说法正确的是()A．环境温度降低，RM的阻值减小B．环境温度升高，Uab变大C．滑片P向下移动时，Uab变大D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度【变式2-1】（多选）如图所示是一种自动控制水温的装置，P、Q是加热电路的两个触头，M、N是热敏电阻的两个触头，则下列说法正确的是（

）A．P、Q应接在a、b之间B．P、Q应接在c、d之间C．M、N应接在e、f之间D．M、N应接在c、d之间【变式2-2】某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω【变式2-3】利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)．(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20℃(如图甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧．(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路．【题型3温度报警电路】【例3】某实验小组要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，实验原理如图所示，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。该热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω220.0165.0130.0100.080.070.0可供选用的器材有：A.电源E1(3V，内阻不计)B.电源E2(9V，内阻不计)C.滑动变阻器R1(0～100Ω)D.滑动变阻器R2(0～1000Ω)E.热敏电阻RtF.报警器(电阻不计，流过的电流超过40mA就会报警，超过80mA将损坏)G.开关SH.导线若干(1)电路中电源应选用________，滑动变阻器应选用______(填器材前的代号)；(2)实验中发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将选择开关旋至______(选填“直流2.5V”，“直流10V”，“交流2.5V”)挡，合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，现测量a、b和a、c两点间的电压，则接在a点的应是________(填“红”或“黑”)表笔，若接入a、b时示数为零，接入a、c时指针偏转，若电路中只有一处故障，则电路故障为__________________________________________________________________；(3)排除故障后，将热敏电阻置于温控室中，调整温控室的温度为60℃，将开关S闭合，调整滑动变阻器，当报警器刚开始报警时，滑动变阻器接入电路的阻值为________Ω，若要求降低报警温度，则滑动触头应该向________移动(填“左”或“右”)。【变式3-1】（多选）某热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图甲所示，图乙是用热敏电阻制作的简易自动报警器电路图，下列说法正确的是（）A．为了使温度过高时报警器铃响，c应接在a端B．为了使温度过高时报警器铃响，c应接在b端C．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器滑片向左端滑动D．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器滑片向右端滑动【变式3-2】下图为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是()A.温度升高至74℃时,灯L1亮报警B.温度升高至74℃时,灯L2亮报警C.温度升高至78℃时,灯L1亮报警D.温度升高至78℃时,灯L2亮报警【变式3-3】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________________________。②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。【题型4拉力传感器应用】【例4】如图是一个简易电子拉力计的电路图。轻质金属弹簧的右端点固定有金属滑片P，P可在均匀电阻丝ab上滑动，弹簧处于原长时P恰好位于a端。ab长为12cm，电阻丝的总阻值，弹簧的电阻忽略不计，定值电阻，E=3V，内阻不计。已知弹簧的劲度系数为N/m。则（）A．拉环的拉力越大，理想电流表示数越小B．当拉环拉到b处时，电流表的示数为0.1AC．该测力计可测的最大拉力为1000N弹簧拉环FD．当电流表示数为0.2A时，拉力F的大小为800N【变式4-1】（多选）如图所示为某中学实验小组同学设计的拉力传感器，将劲度系数为的弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端与导电性能良好的刚性拉杆相连接，在拉杆上固定一滑片。已知电路中定值电阻，是阻值为、长度为5cm且分布均匀的电阻丝，忽略滑片与电阻丝之间的摩擦，理想电流表允许的最大电流为，电源电动势为（内阻不计）。当拉杆不受力时滑片位于电阻丝的最左端。则（

）A．定值电阻的作用是分压B．当滑片位于电阻丝的最左端时，电流表的示数为C．如果在拉杆上施加大小为400N的力，电流表的示数为D．如果在拉杆上施加大小为400N的力，电流表的示数为【变式4-2】（多选）锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm．定值电阻R0＝5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25Ω，电源输出电压恒为U＝3V，内阻不计，理想电流表的量程为0～0.6A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是（）A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处【变式4-3】如下图所示是电子拉力计的示意图，金属弹簧右端和滑动触头P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1之间的摩擦不计）．定值电阻R0；电阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的（类似于滑动变阻器），其长度为10cm，总阻值R1=300Ω，电源电动势E=3V，内阻不计．理想电流表的量程为0~100mA．当拉环不受拉力时，触头P刚好不与电阻R1接触（即电路断开）．弹簧的劲度系数为10000N/m．（1）电路中连入的R0阻值应为_____Ω，才能保证拉环最大拉力时(在测量范围内)，刚好达到电流表量程（2）保证第一问中R0阻值不变，设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值，那么在原电流表的40mA处应改为_____N．分析可知，拉力计的刻度是_____（填写“均匀”或“不均匀”）【题型5压力传感器应用】【例5】如图是安装在潜水器上深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是()A．通过显示器的电流减小B．R0两端的电压增大C．传感器两端的电压增大D．电路的总功率减小【变式5-1】（多选）压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物，时间内升降机停在某一楼层处，时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化情况如图乙所示，则下列判断正确的是（）A．在时间内绝缘重物的加速度向下B．在时间内绝缘重物的加速度向下C.升降机开始时可能停在1楼，从时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在高楼层D.升降机开始时可能停在高楼层，从时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在1楼【变式5-2】传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2.请作答：压力F/N0250500750100012501500…电压R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处．(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的质量是________kg.【变式5-3】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是()A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动【题型6其他报警电路】【例6】如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是（）A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D．以上说法均不正确【变式6-1】利用金属热电阻和热敏电阻的阻值与温度之间的对应关系，除了可以测量温度，还可以有其它用途。如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位，下列说法正确的是（）A．当液面高于热敏电阻时，热敏电阻的热量会被液体带走，温度基本不变，指示灯亮B．给热敏电阻通一定电流，可利用热敏电阻对液体进行快速加热C．当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，指示灯亮D．无法通过热敏电阻的阻值变化来判断液面是否低于设定值【变式6-2】把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是（）A．干簧管应用了电磁感应原理B．增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警【变式6-3】如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比（）A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小【题型7联系实际】【例7】全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱内油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况。已知R'》R，你认为电压表应该接在图中的_________两点之间，按照你的接法请回答∶当油箱中油量增大时，电压表的示数将_________（填“增大”或“减小”）。【变式7-1】在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是（）A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒 C．R1阻值太小 D．灯泡被断路【变式7-2】（多选）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。如果右侧线圈L2中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K而切断家庭电路，仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（）A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量将增加C．家庭电路中的电器发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起【变式7-3】如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是（）A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间C．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间【题型8继电器电路】【例8】在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（）A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响【变式8-1】小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中控制电路电源输出的电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻阻值为R0=30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响，图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为___________Ω。（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将___________，继电器电磁铁的磁性将___________。（均选填“增大”“减小”或“不变”）（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱___________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱___________相连。（均选填“A”或“B”）（4）图甲中线圈下端的磁极是___________极。（选填“N”或“S”）（5）请计算说明，环境温度在___________范围内时，警铃报警。【变式8-2】如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（）A．温度升高至时，亮灯报警 B．温度升高至时，亮灯报警C．温度升高至时，亮灯报警 D．温度升高至时，亮灯报警【变式8-3】如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是（）A．电磁继电器与发电机工作原理相同 B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关C．电磁铁工作时，上端为S极 D．当有人闯入保密室时，b灯亮

参考答案【题型1光控电路】【例1】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。[答案](1)图像如图(a)所示由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小(2)电路如图(b)所示【变式1-1】某光敏电阻RT没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大，有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是（）A．该控制电路利用了电磁感应的原理B．白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能D．若将低压电源正负极调换，则该控制电路无法完成自动控制功能【答案】B【解析】该控制电路利用了电流的磁效应，A错误；白天干路电流较大，故内电阻及R1的电压较大，并联电路的电压较小，则R3的电流较小，即白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流，B正确；白天流过R3的电流较小，故流过线圈的电流较小，则白天电磁继电器不工作，即该电路能实现灯泡白天不亮，晚上亮的功能，C错误；若将低压电源正负极调换，不改变电流磁效应磁力的作用效果，则该控制电路依然可以完成自动控制功能，D错误。【变式1-2】光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是（）A．路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大B．当没有光照时（夜晚），光敏二极管所在回路中的电流很小C．根据“日出路灯肯定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱【答案】B【解析】光敏二极管有光敏电阻的特征，阻值随光照增强而减小，也具有一般二极管单向导电性的特征，故A错误；根据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识，结合路灯自动控制电路中的特征，可知，没有光照时（夜晚），触点接通，照明电路的路灯变亮，电磁铁与衔铁不吸引，电磁铁的磁性不强，所在回路中的电流很小，反之白天电磁铁与衔铁吸引，触点断开，故B正确、C错误；如果换上灵敏度更高的光敏二极管，白天在相同的光照强度下，电磁铁的磁性更强，与衔铁的吸引力更大，故D错误。故选B。【变式1-3】图（a）是流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为光源，为定值电阻，为光敏电阻（无光照射时阻值大，有光照射时阻值小），电源电压恒为。产品随传送带匀速运动，当产品通过S与之间时，射向的光束会被挡住。合上电键K，两端的电压随时间变化的关系如图（b）所示。则每分钟通过计数装置的产品个数为_________个，有光照射和无光照射时的功率之比为_________。【答案】

20

11∶20【解析】由图（b）可知，每隔3s通过一个产品，因此每分钟通过产品数为20个由图（b）可知，有光照时，光敏电阻两端电压为，流过回路的电流无光照时，光敏电阻两端电压为流过回路的电流根据可知，有光照射和无光照射时的功率之比【题型2温控电路】【例2】某温控电路的原理如图所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15～27℃的环境中工作．当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备．下列说法正确的是()A．环境温度降低，RM的阻值减小B．环境温度升高，Uab变大C．滑片P向下移动时，Uab变大D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度解析：选D环境温度降低时，RM的阻值变大，A错误；环境温度升高，RM的阻值减小，则Uab变小，B错误；滑片P向下移动时，接入电路中的电阻变大，回路电流减小，则Uab变小，C错误；由C可知，调节滑片P的位置能改变临界温度，D正确．【变式2-1】（多选）如图所示是一种自动控制水温的装置，P、Q是加热电路的两个触头，M、N是热敏电阻的两个触头，则下列说法正确的是（

）A．P、Q应接在a、b之间B．P、Q应接在c、d之间C．M、N应接在e、f之间D．M、N应接在c、d之间【答案】AC【解析】P、Q应该分别接在触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现控制水温。【变式2-2】某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω解析：(1)如果电源用E1，则在t＝30℃时电路中的最大电流Im＝eq\f(3,199.5＋20)A≈13.67mA<15mA，故不能实现对此温度的控制，因此电源应选用E2；为了在t＝80℃时实现对温度的控制，设滑动变阻器阻值的最大值至少为R′，则eq\f(6V,R′＋20Ω＋49.1Ω)＝0.015A，解得R＝330.9Ω，因此滑动变阻器应选用R2。(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障，应将选择开关旋至C。(3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路。因此操作步骤的正确顺序是⑤④②③①。答案：(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①【变式2-3】利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)．(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20℃(如图甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧．(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路．答案(1)小(2)右(3)见解析图解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小．(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃的刻度的右侧．(3)电路如图所示．【题型3温度报警电路】【例3】某实验小组要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，实验原理如图所示，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。该热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω220.0165.0130.0100.080.070.0可供选用的器材有：A.电源E1(3V，内阻不计)B.电源E2(9V，内阻不计)C.滑动变阻器R1(0～100Ω)D.滑动变阻器R2(0～1000Ω)E.热敏电阻RtF.报警器(电阻不计，流过的电流超过40mA就会报警，超过80mA将损坏)G.开关SH.导线若干(1)电路中电源应选用________，滑动变阻器应选用______(填器材前的代号)；(2)实验中发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将选择开关旋至______(选填“直流2.5V”，“直流10V”，“交流2.5V”)挡，合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，现测量a、b和a、c两点间的电压，则接在a点的应是________(填“红”或“黑”)表笔，若接入a、b时示数为零，接入a、c时指针偏转，若电路中只有一处故障，则电路故障为__________________________________________________________________；(3)排除故障后，将热敏电阻置于温控室中，调整温控室的温度为60℃，将开关S闭合，调整滑动变阻器，当报警器刚开始报警时，滑动变阻器接入电路的阻值为________Ω，若要求降低报警温度，则滑动触头应该向________移动(填“左”或“右”)。答案(1)BD(2)直流10V红bc间断路(3)125左解析(1)当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警，此时热敏电阻的阻值Rt为100Ω流过报警器的电流超过40mA，所以电源电压E>IRt＝4V，因此电源选用B。电源电压为9V，而报警时的电流为40mA＝40×10－3A此时电路中的总电阻为R＝eq\f(U,I)＝eq\f(9,40×10－3)Ω＝225Ω而热敏电阻的阻值约为100Ω，所以此时滑动变阻器接入的电阻应为125Ω，滑动变阻器的最大阻值应超过125Ω，故滑动变阻器选D。(2)因电源选用电源E2(9V，内阻不计)，所以应将选择开关旋至“直流10V”挡；测量a、b和a、c两点间的电压，则接在a点的应是“红”表笔；若接入a、b时示数为零，接入a、c时指针偏转，若电路中只有一处故障，则电路故障为bc间断路。(3)将热敏电阻置于温控室中，调整温控室的温度为60℃，热敏电阻的阻值约为100Ω，将开关S闭合，调整滑动变阻器，当报警器刚开始报警时，报警时的电流为40mA＝40×10－3A此时电路中的总电阻为R＝eq\f(U,I)＝eq\f(9,40×10－3)Ω＝225Ω而热敏电阻的阻值约为100Ω，所以此时滑动变阻器接入的电阻应为125Ω。若要求降低报警温度，热敏电阻的阻值变大，则滑动变阻器接入电路的阻值变小，所以滑动触头应该向“左”移动。【变式3-1】（多选）某热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图甲所示，图乙是用热敏电阻制作的简易自动报警器电路图，下列说法正确的是（）A．为了使温度过高时报警器铃响，c应接在a端B．为了使温度过高时报警器铃响，c应接在b端C．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器滑片向左端滑动D．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器滑片向右端滑动【答案】AD【解析】根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出，热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，当温度过高时，热敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电磁铁吸引力变大，衔铁被吸引向a端，要使此时报警铃响，则开关c应该接在a处，故A正确、B错误；要使报警的降低一些，应该减小电路中总电阻，则滑动电阻器滑片应将向右端滑动，故C错误、D正确。【变式3-2】下图为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是()A.温度升高至74℃时,灯L1亮报警B.温度升高至74℃时,灯L2亮报警C.温度升高至78℃时,灯L1亮报警D.温度升高至78℃时,灯L2亮报警答案:D解析:当温度低于78℃时,继电器线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78℃时,继电器线圈中有电流,磁铁吸下衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮报警,故选项A、B、C错误,D正确。【变式3-3】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________________________。②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。解析：(1)电路图连接如图。(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1150.0Ω，因此滑动变阻器应选择R2。(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝eq\f(18,650.0)A≈27.7mA，超过报警器最大电流20mA，报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。答案：(1)连线见解析图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警【题型4拉力传感器应用】【例4】如图是一个简易电子拉力计的电路图。轻质金属弹簧的右端点固定有金属滑片P，P可在均匀电阻丝ab上滑动，弹簧处于原长时P恰好位于a端。ab长为12cm，电阻丝的总阻值，弹簧的电阻忽略不计，定值电阻，E=3V，内阻不计。已知弹簧的劲度系数为N/m。则（）A．拉环的拉力越大，理想电流表示数越小B．当拉环拉到b处时，电流表的示数为0.1AC．该测力计可测的最大拉力为1000N弹簧拉环FD．当电流表示数为0.2A时，拉力F的大小为800N【答案】D【解析】环的拉力越大，R1接入电路的电阻越小，电路中的电流越大，A错误；当拉环拉到b处时，电路中的电流为此时拉力最大，据胡克定律F=kx知Fm=×0.12N=1200NBC错误；当电流表示数为0.2A时，设弹簧伸长量为x，R1接入电路的电阻为解得x=8cm则拉力大小为D正确。【变式4-1】（多选）如图所示为某中学实验小组同学设计的拉力传感器，将劲度系数为的弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端与导电性能良好的刚性拉杆相连接，在拉杆上固定一滑片。已知电路中定值电阻，是阻值为、长度为5cm且分布均匀的电阻丝，忽略滑片与电阻丝之间的摩擦，理想电流表允许的最大电流为，电源电动势为（内阻不计）。当拉杆不受力时滑片位于电阻丝的最左端。则（

）A．定值电阻的作用是分压B．当滑片位于电阻丝的最左端时，电流表的示数为C．如果在拉杆上施加大小为400N的力，电流表的示数为D．如果在拉杆上施加大小为400N的力，电流表的示数为【答案】BC【解析】若电路无定值电阻，且滑片位于金属丝的最右端时，回路短路，烧毁电源，的存在使电路不出现短路，因此定值电阻的作用是保护电路，故A错误；当滑片位于电阻丝的最左端时，由闭合电路欧姆定律得故B正确；当在拉杆上施加大小为400N的力时，由得则电阻丝接入电路中的电阻为，由闭合电路欧姆定律得故D错误；C正确。故选BC。【变式4-2】（多选）锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm．定值电阻R0＝5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25Ω，电源输出电压恒为U＝3V，内阻不计，理想电流表的量程为0～0.6A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是（）A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处答案：ABC解析：若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝＝0.1A故B正确；拉力为400N时，由F＝kΔx，则Δx＝4cm，对应的电阻为RaP＝20Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5Ω，由闭合电路欧姆定律得，I＝＝0.3A故D错，C正确．故选ABC。【变式4-3】如下图所示是电子拉力计的示意图，金属弹簧右端和滑动触头P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1之间的摩擦不计）．定值电阻R0；电阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的（类似于滑动变阻器），其长度为10cm，总阻值R1=300Ω，电源电动势E=3V，内阻不计．理想电流表的量程为0~100mA．当拉环不受拉力时，触头P刚好不与电阻R1接触（即电路断开）．弹簧的劲度系数为10000N/m．（1）电路中连入的R0阻值应为_____Ω，才能保证拉环最大拉力时(在测量范围内)，刚好达到电流表量程（2）保证第一问中R0阻值不变，设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值，那么在原电流表的40mA处应改为_____N．分析可知，拉力计的刻度是_____（填写“均匀”或“不均匀”）【答案】

30

850

不均匀

【解析】（1）电路中连入的目的是对电流表起保护作用，防止短路，烧坏电流表；故电路中电流应小于电流表的最大量程；（2）由图可知定值电阻与可变电阻组成串联电路，电流表测电路中的电流；根据欧姆定律求出电路的总电阻，再根据电阻的串联特点求出变阻器接入电路电阻的大小，再根据题意求出弹簧的伸长的长度，根据图乙得出拉力的大小．（1）电路中连入的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到的最右端时电流表被烧坏；故至少为（2）当时，电路中的总电阻，电阻丝接入电路的电阻，因，即，解得，所以弹簧伸长的长度，则弹簧弹力的大小为，由上得，可知，F与I是非线性关系，电流表的刻度是均匀的，故拉力计的刻度是不均匀．【题型5压力传感器应用】【例5】如图是安装在潜水器上深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是()A．通过显示器的电流减小B．R0两端的电压增大C．传感器两端的电压增大D．电路的总功率减小解析：选B在潜水器下潜过程中，压力传感器受到的压力越来越大，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，所以电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,R传＋R0＋r)可知电路中的总电流增大，即通过显示器的电流增大，故A错误；R0两端的电压U＝IR0，电路中的电流增大，则U增大，故B正确；传感器两端的电压U传＝E－I(R0＋r)，由于I增大，E、R0、r都不变，则传感器两端的电压减小，故C错误；由P＝EI可知，电路的总功率增大，故D错误．【变式5-1】（多选）压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物，时间内升降机停在某一楼层处，时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化情况如图乙所示，则下列判断正确的是（）A．在时间内绝缘重物的加速度向下B．在时间内绝缘重物的加速度向下C.升降机开始时可能停在1楼，从时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在高楼层D.升降机开始时可能停在高楼层，从时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在1楼【答案】BC【解析】t1～t2时间内电路中电流i比升降机静止时大，说明压敏电阻减小，压力增大，重物处于超重状态，重物的加速度向上，故A错误；t3～t4时间内电路中电流i比升降机静止时小，说明压敏电阻增大，压力减小，重物处于失重状态，重物的加速度向下，故B正确；根据以上分析可知，t1时刻开始，加速度向上、匀速、加速度向下，故C正确，D错误。【变式5-2】传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2.请作答：压力F/N0250500750100012501500…电压R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处．(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的质量是________kg.答案(1)1.6×10－2(2)50解析(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R＝300Ω，此时中电流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(4.8,300)A＝1.6×10－2A.(2)当电流I′＝20mA＝2×10－2A时，压力传感器的电阻R′＝eq\f(U,I′)＝eq\f(4.8,2×10－2)Ω＝240Ω，对应表格中，这个人的质量为50kg.【变式5-3】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是()A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动解析：选D分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出，在t1～t2时间内，电流增大，表明题图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小，即压敏电阻受到的压力逐渐增大，所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动；在t2～t3时间内，电流在较大数值上保持恒定，说明电阻保持一个较小值，即受到的压力保持恒定，说明小车在向右做匀加速直线运动，故选项D正确.【题型6其他报警电路】【例6】如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是（）A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D．以上说法均不正确【答案】C【解析】发生火灾时，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。故选C。【变式6-1】利用金属热电阻和热敏电阻的阻值与温度之间的对应关系，除了可以测量温度，还可以有其它用途。如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位，下列说法正确的是（）A．当液面高于热敏电阻时，热敏电阻的热量会被液体带走，温度基本不变，指示灯亮B．给热敏电阻通一定电流，可利用热敏电阻对液体进行快速加热C．当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，指示灯亮D．无法通过热敏电阻的阻值变化来判断液面是否低于设定值【答案】C【解析】如图甲所示，若给热敏电阻通以一定电流时，热敏电阻会产生热，当液面高于热敏电阻时，热敏电阻的热量会被液体带走，温度基本不变，电阻较大，指示灯不亮，A错误；给热敏电阻通一定电流，热敏电阻会产生热，可当给液体进行加热时，因液体的温度较低，热敏电阻的阻值变化不大，电流较小，热量较小，液体温度升高的慢，因此利用热敏电阻对液体不能进行快速加热，B错误；如图乙所示，当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，阻值较小，电流较大，指示灯亮，就显示出报警信号，C正确；因热敏电阻值与温度的变化是有一定关系的，这个关系转变成电流的变化关系，可以由热敏电阻的阻值变化来判断液面是否低于设定值，D错误。【变式6-2】把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是（）A．干簧管应用了电磁感应原理B．增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警【答案】B【解析】干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开。则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，故A错误；线圈中电流不变，总电阻不变，增大电阻箱R的阻值，光敏电阻变小，报警器在光照更强时才会报警，故B正确；线圈中电流不变，增加电源B的电动势，电路中总电阻变大，光敏电阻变大，报警器在光照更弱时才会报警，故C错误；增加电源A的电动势，不影响线圈中电流，报警器在原光照强度时会报警，故D错误。【变式6-3】如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比（）A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小【答案】D【解析】当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压UR2＝U并＝E－I（R1＋r）减小，R2中电流IR2＝减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确。【题型7联系实际】【例7】全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱内油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况。已知R'》R，你认为电压表应该接在图中的_________两点之间，按照你的接法请回答∶当油箱中油量增大时，电压表的示数将_________（填“增大”或“减小”）。【答案】

b、c

减小【解析】如图所示，定值电阻R′和滑动变阻器R是串联关系，当油箱中油量减少时，浮标下降，杠杆的右端上升，滑动变阻器接入电路的电阻增大，由闭合电路的欧姆定律知回路中电流减小，则定值电阻两端的电压减小，路端电压增大，此时滑动变阻器两端的电压增大；当油箱中油量增加时，浮标上升，杠杆的右端下降，滑动变阻器接入电路的电阻减小，由闭合电路的欧姆定律知回路中电流增加，则定值电阻两端的电压增大，路端电压减小，此时滑动变阻器两端的电压减小；已知R'》R，所以把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小。【变式7-1】在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是（）A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒 C．R1阻值太小 D．灯泡被断路答案：C解析：由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，选项A可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，选项B可能；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，选项C不可能；灯泡断路时无法发光，选项D可能。本题选不可能的，故选C。【变式7-2】（多选）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。如果右侧线圈L2中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K而切断家庭电路，仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（）A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量将增加C．家庭电路中的电器发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起答案：AD解析：分析题意可知，火线和零线中电流等大反向，并行绕制时，线圈L1中产生的磁通量相互抵消，合磁通量为零，线圈L1、L2绕制同一铁芯上，即使用电器增多时，线圈L2中的磁通量同样为零，故A正确，B错误；家庭电路中的电器发生短路时，根据闭合电路欧姆定律可知，火线和零线的电流同时增大，合磁通量为零，开关K不会被电磁铁吸起，故C错误；地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流变大，线圈L1中的磁通量不为零，线圈L2中的磁通量发生变化，产生感应电流，电磁铁将开关K吸起，故D正确。故选AD。【变式7-3】如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是（）A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间C．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间【答案】C【解析】日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻减小，故A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电阻，减小了电流，增大了照明时间，故C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D错误。【题型8继电器电路】【例8】在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（）A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响【答案】B【解析】由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。故选B。【变式8-1】小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中控制电路电源输出的电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻阻值为R0=30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响，图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为___________Ω。（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将___________，继电器电磁铁的磁性将___________。（均选填“增大”“减小”或“不变”）（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱___________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱___________相连。（均选填“A”或“B”）（4）图甲中线圈下端的磁极是___________极。（选填“N”或“S”）（5）请计算说明，环境温度在___________范围内时，警铃报警。【答案】

70

减小

增大

B

A

S

大于等于80℃【解析】（1）[1]根据题图乙知，当环境温度为40℃时，热敏电阻的阻值为70Ω。（2）[2][3]由题图乙可知：当温度升高时，热敏电阻阻值将减小；热敏电阻阻值减小，根据串联电路特点，控制电路总阻值将减小，根据欧姆定律，电路中的电流将增大，则继电器电磁铁的磁性将增大。（3）[4][5]由题中“当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响”，可知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。（4）[6]由安培定则可判断出线圈的下端是S极。（5）[7]当线圈中的电流I≥50mA=0.05A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃报警。当线圈中的电流恰好等于0.05A时，控制电路的总电阻此时热敏电阻的阻值R=R总-R0=60Ω-30Ω=30Ω由题图乙可知，此时环境温度t=80℃，所以当环境温度t≥80℃时，警铃报警。【变式8-2】如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（）A．温度升高至时，亮灯报警 B．温度升高至时，亮灯报警C．温度升高至时，亮灯报警 D．温度升高至时，亮灯报警【答案】D【解析】当温度低于78℃时，线圈中没有电流，此时灯亮，但不报警；当温度升高到78℃时，线圈中有电流，电磁铁吸引衔铁，灯被接通，所以灯亮且报警。故选D。【变式8-3】如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是（）A．电磁继电器与发电机工作原理相同 B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关C．电磁铁工作时，上端为S极 D．当有人闯入保密室时，b灯亮【答案】D【解析】电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。故选D。

专题5.3利用传感器制作简单的自动控制装置【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1光控电路】 【题型2温控电路】 【题型3温度报警电路】 【题型4拉力传感器应用】 【题型5压力传感器应用】 【题型6其他报警电路】 【题型7联系实际】 【题型8继电器电路】 【题型1光控电路】【例1】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。[答案](1)图像如图(a)所示由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小(2)电路如图(b)所示【变式1-1】某光敏电阻RT没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大，有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是（）A．该控制电路利用了电磁感应的原理B．白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能D．若将低压电源正负极调换，则该控制电路无法完成自动控制功能【答案】B【解析】该控制电路利用了电流的磁效应，A错误；白天干路电流较大，故内电阻及R1的电压较大，并联电路的电压较小，则R3的电流较小，即白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流，B正确；白天流过R3的电流较小，故流过线圈的电流较小，则白天电磁继电器不工作，即该电路能实现灯泡白天不亮，晚上亮的功能，C错误；若将低压电源正负极调换，不改变电流磁效应磁力的作用效果，则该控制电路依然可以完成自动控制功能，D错误。【变式1-2】光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是（）A．路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大B．当没有光照时（夜晚），光敏二极管所在回路中的电流很小C．根据“日出路灯肯定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱【答案】B【解析】光敏二极管有光敏电阻的特征，阻值随光照增强而减小，也具有一般二极管单向导电性的特征，故A错误；根据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识，结合路灯自动控制电路中的特征，可知，没有光照时（夜晚），触点接通，照明电路的路灯变亮，电磁铁与衔铁不吸引，电磁铁的磁性不强，所在回路中的电流很小，反之白天电磁铁与衔铁吸引，触点断开，故B正确、C错误；如果换上灵敏度更高的光敏二极管，白天在相同的光照强度下，电磁铁的磁性更强，与衔铁的吸引力更大，故D错误。故选B。【变式1-3】图（a）是流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为光源，为定值电阻，为光敏电阻（无光照射时阻值大，有光照射时阻值小），电源电压恒为。产品随传送带匀速运动，当产品通过S与之间时，射向的光束会被挡住。合上电键K，两端的电压随时间变化的关系如图（b）所示。则每分钟通过计数装置的产品个数为_________个，有光照射和无光照射时的功率之比为_________。【答案】

20

11∶20【解析】由图（b）可知，每隔3s通过一个产品，因此每分钟通过产品数为20个由图（b）可知，有光照时，光敏电阻两端电压为，流过回路的电流无光照时，光敏电阻两端电压为流过回路的电流根据可知，有光照射和无光照射时的功率之比【题型2温控电路】【例2】某温控电路的原理如图所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15～27℃的环境中工作．当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备．下列说法正确的是()A．环境温度降低，RM的阻值减小B．环境温度升高，Uab变大C．滑片P向下移动时，Uab变大D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度解析：选D环境温度降低时，RM的阻值变大，A错误；环境温度升高，RM的阻值减小，则Uab变小，B错误；滑片P向下移动时，接入电路中的电阻变大，回路电流减小，则Uab变小，C错误；由C可知，调节滑片