2025高考物理复习利用传感器制作简单的自动控制装置课件教案练习题

第十二章交变电流电磁振荡与电磁波传感器实验十五利用传感器制作简单的自

动控制装置基础梳理夯根基考点研析提能力内容索引课时测评基础梳理夯根基一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2．学会利用传感器制作简单的自动控制装置。二、实验原理1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2．工作过程三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。四、实验过程1．研究热敏电阻的热敏特性(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。(2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。次数待测量123456温度/℃

电阻/Ω

(3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R-t图像中，得到的图像如图乙所示。结论：热敏电阻的阻值随温度发生变化，温度升高时电阻变小，温度降低时电阻变大。2．研究光敏电阻的光敏特性(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图丙所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。丙(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω

五、误差分析1．温度计读数带来误差。2．多用电表读数带来误差。3．作R-t图像时的不规范造成误差。六、注意事项1．在研究热敏电阻的热敏特性实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。2．在研究光敏电阻的光敏特性实验时，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。3．欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。返回考点研析提能力类型一教材原型实验一、用温度传感器制作控制电路

纯电动汽车的蓄电池的安全性，主要体现在对其温度的控制上，当电池温度过高时，必须立即启动制冷系统进行降温。如图甲是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5V的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于20mA时，衔铁被吸合，热敏电阻置于温度监测区域，其阻值Rt与温度t的关系如图乙所示，滑动变阻器的最大阻值为200Ω。则：例1(1)图甲中应将b端与___(选填“a”或“c”)端相连；由题意可知，当控制电路电流达到20mA时衔铁被吸合，制冷系统工作，所以题图甲中，应将b端与c端相连。c(2)若设置电池温度为50℃时启动制冷系统，则滑动变阻器阻值应为____Ω；若设置电池温度为50℃启动制冷系统，由题图乙可知，当温度为50℃时，Rt的阻值为100Ω，此时控制电路的总电阻R＝

Ω＝250Ω由串联电路的电阻规律，可知滑动变阻器接入的电阻为RP＝R－Rt＝250Ω－100Ω＝150Ω。150(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是_____℃。当滑动变阻器的最大阻值为200Ω时，热敏电阻的阻值Rt′＝R－RP′＝250Ω－200Ω＝50Ω由题图乙可知此时对应的温度为74℃，所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是74℃。74二、用光敏电阻制作控制电路(2023·广东茂名联考)如图甲为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度的装置的示意图。当罐中装满液体时，液面与出液口高度差为h，罐外有一竖直放置的管，管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻，另一侧有一列光强稳定的光源。液面上一浮块与一块遮光板通过定滑轮相连，遮光板可随浮块的升降在管内上下运动，光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h。当储液罐内装满液体时，遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高。管内的光均匀地照射在光敏电阻上，光敏电阻和仪表相连。现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度。例2为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3，分别位于管的上端、下端和中央；它们的暗电阻均为R＝10kΩ，被管内光源照亮时电阻均为R′＝1.0kΩ。给定的仪器还有：直流电源E(电动势为9V，电阻不计)，3个定值电阻，阻值分别为R4＝2.5kΩ，R5＝1.8kΩ，R6＝1.5kΩ；电压表V(量程为0～3V，内阻可视为无穷大)，开关一个，导线若干。要求：当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程。(1)如图乙为某次电压表的示数，其大小为______V。1.40电压表量程为0～3V，每小格表示0.1V，指针示数为1.40V。(2)选择合适的定值电阻，在如图丙所示虚线框内画出电路图，并用题中给定的符号标明图中各元件。答案：见解析图当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为1.0kΩ，可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻Rx串联，接在直流电源两端，把电压表接在定值电阻两端，则有

得Rx＝1.5kΩ，故Rx为电阻R6，电压表应与电阻R6并联构成电路。当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程，电路图如图所示。(3)液面与出液口等高时电压表的示数为______V。(结果保留2位有效数字)当液面与出液口等高时，光源完全被遮光板遮住，此时三个光敏电阻的阻值均为10kΩ，则电压表的示数为U＝

·R6≈0.43V。0.43(4)若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kΩ，则定值电阻的阻值应变为____kΩ，便可达到题目要求。(结果保留2位有效数字)若光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kΩ，为使电压表满量程，则定值电阻的阻值变为Rx′，Rx′满足3V＝解得Rx′＝1.8kΩ。1.8对点练1.

(2023·湖北黄冈模拟)体温监测是进行疾病诊疗的基本手段之一。某同学在老师指导下利用负温度系数热敏电阻(NTC)设计制作一个简易温度计。(1)该同学通过查找资料，发现该热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的图像如图甲所示，则该热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的函数关系式为__________________。Rt＝－5t＋385(Ω)设热敏电阻Rt的阻值随温度t变化的函数关系为Rt＝kt＋b由题图甲可得斜率k＝

Ω/℃＝－5Ω/℃则k＝Ω/℃

解得b＝385Ω因此可得Rt＝－5t＋385(Ω)。(2)该同学使用直流电源、毫安表、保护电阻R0、热敏电阻(NTC)、开关S、导线若干设计组装的热敏温度计的电路图如图乙所示。若电源的电动势为E、内阻为r，保护电阻的阻值为R0，热敏电阻的阻值为Rt，毫安表的内阻为Rg，则毫安表示数I＝______________；若电源的电动势E＝3V、内阻不计，毫安表的量程为15mA、内阻为5Ω，要求该温度计测量的量程为45℃，则保护电阻R0＝______Ω。35Ω根据闭合电路的欧姆定律有E＝I(r＋R0＋Rg＋Rt)解得I＝根据题意，当温度计的测量值达到最大值时，电流达到最大值，根据闭合电路的欧姆定律有E＝I(R0＋Rg＋Rt)此时Rt＝－5t＋385(Ω)＝－5×45＋385(Ω)＝160Ω代入已知数据可得R0＝

－Rg－Rt＝35Ω。(3)当该温度计使用一段时间后，其所用电源会有一定程度老化。电动势E基本不变，内阻逐渐增大，则使用一段时间后该温度计所测温度会比实际温度______(选填“偏低”“偏高”或“相同”)。根据闭合电路的欧姆定律有I＝当该温度计使用一段时间老化后，电动势E基本不变，内阻逐渐增大，则当电流表满偏时，热敏电阻Rt的实际值要比测量值偏小，根据热敏电阻随温度变化的关系Rt＝－5t＋385(Ω)可知，测量温度要比实际温度偏低。偏低对点练2.摄影中常用测光表来测定光的强度以便确定合适的曝光时间。光的强弱可以用照度来计量，光越强，照度越大，照度单位为lx。如图1为某光敏电阻Rp在不同照度下阻值的变化情况。某同学按照图2所示的电路图连成电路，测出不同照度下对应的电流值，然后将照度值标在电流表表盘对应的刻度线上，这样就将电流表改装成一个简易的测光表。现有的器材及规格如下：A．光敏电阻RpB．微安表μA(量程0～500μA，内阻rA＝500Ω)C．电源E(电动势3.0V，内阻不计)D．滑动变阻器RE．开关K(1)此简易测光表上较大的照度值对应______(选填“较大”或“较小”)的电流值；根据题图1可知，照度值越大，光敏电阻Rp的阻值越小，题图2中的总电阻越小，电流越大，故此简易测光表上较大的照度值对应较大的电流值。较大(2)此简易测光表上相邻刻线对应的照度值之差是否恒定？____(选填“是”或“否”)；根据题图1可知，光敏电阻Rp与照度不是正比关系，题图2中的电流与总电阻成反比，故照度与电流之间不是线性关系，所以此简易测光表上相邻刻线对应的照度值之差不是恒定的。否(3)若此简易测光表的最大照度值为800lx，则图2中滑动变阻器的阻值应调节到R＝______Ω；照度值最大时，电流表的示数最大，此时回路中的电流为500μA，则有I＝

根据题图1可知照度值为800lx时，光敏电阻Rp的阻值为3000Ω，可得滑动变阻器的阻值为R＝

－Rp－rA＝

Ω－3000Ω－500Ω＝2500Ω。2500(4)一段时间后，电源的电动势不变，内阻变大为某一值而不能忽略，调节滑动变阻器使测光表能测的最大照度依然为800lx。则照度的测量值________真实值。A．大于B．等于C．小于√由于最大照度依然为800lx，电源的电动势不变，所以最大电流对应的电路总电阻不变，即滑动变阻器的阻值与电源内阻的和等于原来滑动变阻器的阻值2500Ω，则照度的测量值等于真实值，B正确，A、C错误。故选B。类型二拓展创新实验(2023·山东滨州高三期末)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。现有一压力传感器：(1)利用图甲所示的电路测量该传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：电源电动势为3V电流表A(量程250μA，内阻约为50Ω)电压表V(量程3V，内阻约为20kΩ)滑动变阻器R(阻值0～100Ω)为了提高测量的准确性，开关S1应该接__(选填“1”或“2”)，开关S2应该接__(选填“3”或“4”)；例323RN的阻值约几十千欧，因此有RN＞

Ω＝1000Ω为了提高测量的准确性，采用电流表内接法，开关S1应该接2。实验需要测量多组数据，且电压从零开始变化，实验时滑动变阻器要用分压式接入电路，因此开关S2应该接3。(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乙所示：(3)由图乙可知，压力越大，阻值_____(选填“越大”或“越小”)，且压力小于2.0N时的灵敏度比压力大于2.0N时的灵敏度(灵敏度指电阻值随压力的变化率)___(选填“高”或“低”)；由题图乙可知，压力越大，阻值越小。由灵敏度指电阻值随压力的变化率可知，压力小于2.0N时的灵敏度比压力大于2.0N时的灵敏度高。越小高(4)利用该压力传感器设计了如图丙所示的自动分拣装置，可以将质量不同的物体进行分拣，图中RN为压力传感器，R′为滑动变阻器，电源电压为6V(内阻不计)。分拣时将质量大小不同的物体用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，控制电路两端电压小于3V时，杠杆OB水平，物体水平通过杠杆进入通道1，当控制电路两端电压大于3V时，杠杆的B端就会被吸下，物体下滑通过杠杆进入通道2，从而实现分拣功能。若R′调为30kΩ，取重力加速度g＝10m/s2，该分拣装置可以实现将质量超过_____kg的物体进行分拣(结果保留2位有效数字)，若要将质量超过0.20kg的货物实现分拣，应该将R′调成_____kΩ(结果保留3位有效数字)。0.1426.0由题意可知，当控制电压等于3V时，控制电路的电流为I＝

A＝1×10－4A压力传感器上的电压为3V，压力传感器的电阻值为RN＝

Ω＝3×104Ω由题图乙可知此时传感器上的压力为1.40N，则物体质量为0.14kg，因此由压力传感器的特点可知，该分拣装置可以实现将质量超过0.14kg的物体分拣。若要将质量超过0.20kg的货物实现分拣，由以上计算分析可知，当物体质量为0.20kg即传感器上的压力为2.0N时，由题图乙可知，压力传感器的电阻值为26.0kΩ，因此应该将R′调成26.0kΩ，当质量超过0.20kg的货物时，压力传感器的电阻值小于26.0kΩ，控制电路两端电压大于3V，货物实现分拣。返回课时测评1．(15分)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．30Ω

B．300Ω

C．420Ω√因为电流表的量程为6mA，由欧姆定律可得，电路中的总电阻至少为R总＝

＝500Ω由于调零电阻R2最大为100Ω，由题图乙可知，金属热电阻在t＝0℃的电阻阻值为40Ω，故R1阻值的最小值为R1min＝360Ω，故选C。

(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。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。40(3)现对表盘进行重新赋值，原3mA刻度线应标注_____℃。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＝

－R1－R2＝540Ω由题图乙可得，金属热电阻R与温度t的关系式为R＝

t＋40解得t＝600℃。600(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______℃。(结果均保留1位小数)4.3221.4根据题意可知，先调零，则电路总电阻为R总′＝

≈466.7Ω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＝

t＋40，可知，当t＝240℃时R＝240Ω电池老化前，可得t＝240℃对应的电流I1＝

≈4.3mA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＝

≈651.2Ω则R的实际阻值R实＝R总实－R1－R2′＝224.5Ω2．(15分)(2023·四川遂宁模拟)高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅，如图甲是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量m0＝500kg的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上。已知电路中电源电动势为26V、内电阻r＝10Ω，电流表量程为0.3A、内阻RA＝10