2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-第4讲 传感器　实验十七　利用传感器制作简单的自动控制装置

第4讲传感器实验十七利用传感器制作简单的自动控制装置学习目标1.知道什么是传感器,知道光敏电阻和热敏电阻等敏感元件的特性和应用。2.学会传感器的简单使用并会制作简单的自动控制装置。考点一常见的传感器1.传感器的工作原理:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等量,或转换为电路的。把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、、处理和。传感器应用的一般模式如图所示:

2.传感器的核心元件(1)敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。(2)转换元件:能将敏感元件输出的信号直接转换成的部分。

(3)信号调整与转换电路:能把输出的微弱的电信号放大的部分。3.传感器的分类工作原理举例物理传感器利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息力传感器、磁传感器、声传感器等化学传感器利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号离子传感器、气体传感器等生物传感器利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等4.五种敏感元件的作用和特点敏感元件作用特点热敏电阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大金属热电阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,随温度的降低而减小光敏电阻将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,随光照强度的减弱而增大霍尔元件将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH=kIBd压敏电阻将压力这个力学量转换为电阻这个电学量压敏电阻的阻值随压力的变化而变化判断正误(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。()(2)传感器只能感受温度和光两个物理量。()(3)随着光照的增强,光敏电阻的电阻值一定逐渐增大。()(4)电子秤所使用的测力装置是力传感器,它是把力信号转换为电压信号。()例1某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压需小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是()A.U1<U2B.R2为压力传感器C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高听课笔记

例2(2025·八省联考云南卷,3)某学习小组在暗室中利用多用电表验证“硫化镉光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小”的特性,实验电路如图甲所示。保持电阻箱R的阻值不变,则()A.直接测量R的电压时,按图乙接入多用电表B.直接测量R的电流时,按图丙接入多用电表C.正确测量R的电压时,多用电表示数随光照强度增大而增大D.正确测量R的电流时,多用电表示数随光照强度增大而减小听课笔记

考点二利用传感器制作简单的自动控制装置例3(2025·四川成都模拟)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。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(不计内阻)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:(1)图甲中应将b端与(选填“a”或“c”)端相连。

(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。

(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是℃。

例4为了节能环保,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R随光的照度I变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx)。(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示,根据表中的数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并判断光敏电阻的阻值R与照度I是否成反比关系。答:(选填“是”或“否”)。

照度I/lx0.20.40.60.81.01.2阻值R/kΩ5.83.72.72.32.01.8甲乙(2)图乙为街道路灯自动控制电路,利用直流电源E为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在(填“AB”或“CD”)之间。

(3)已知线圈的电阻为140Ω,直流电源E的电动势E=36V,内阻忽略不计。当线圈中的电流大于10mA时,继电器的衔铁将被吸合,滑动变阻器R'的阻值应调为Ω时,才能使天色渐暗照度低于1.0lx时点亮路灯。

(4)使用一段时间后发现,路灯在天色更亮时就已点亮了,为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭,变阻器R'的阻值应适当调些(选填“大”或“小”)。

考点三利用传感器的电学实验例5(2024·河北卷,12)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0~20V)、数字电流表(0~20mA)、滑动变阻器R(最大阻值50Ω,1.5A)、白炽灯、可调电阻R1(0~50kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10k”电阻挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙)。由此判断M端为二极管的(选填“正极”或“负极”)。

(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的、、接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。

②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而(选填“增大”或“减小”)。

(3)组装光强报警器电路并测试其功能图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。

例6(2023·湖南卷,12)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。(1)先用电阻表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是Ω;

(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为(用R1、R2、R3表示);

(3)依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如下表所示:次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;(4)完成前面三步的实验工作