第十三章　第73课时　电磁振荡　电磁波　传感器　实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置-2026版一轮复习

第73课时电磁振荡电磁波传感器实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置目标要求1.了解振荡电路中电磁振荡过程的能量转化情况，掌握电磁振荡的周期公式。2.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接收。3.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。4.能利用传感器制作简单的自动控制装置。考点一电磁振荡1.振荡电路：产生大小和方向都做周期性迅速变化的电流(即振荡电流)的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡。3.电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。(2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。4.电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝2πLC。(2)频率f＝12π5.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小。(×)2.LC振荡电路中，回路中的电流最大时回路中的磁场能最大。(√)3.电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。(×)例1(2024·山东威海市检测)如图为理想LC振荡电路工作中的某时刻，电容器两极板间的电场强度E的方向与线圈内的磁感应强度的方向如图所示，M是电路中的一点。下列说法中正确的是()A.电路中的磁场能在增大B.流过M点的电流方向向右C.电路中电流正在减小D.电容器所带电荷量正在减小答案C解析根据电容器极板间的电场方向可知上极板为正极板，由安培定则可知电路中电流方向为逆时针，所以该时刻电容器正在充电。电路中的电场能在增大，流过M点的电流方向向左，电路中电流正在减小，电容器所带电荷量正在增大。故A、B、D错误，C正确。LC振荡电路充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电例2某LC电路的振荡频率为520kHz，为能提高到1040kHz，以下说法正确的是()A.调节可变电容，使电容增大为原来的4倍B.调节可变电容，使电容减小为原来的1C.调节电感线圈，使线圈电感增加到原来的4倍D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的1答案B我用夸克网盘分享了「与您分享-国家、地方、行业、团体标准」，点击链接即可保存。打开「夸克APP」，无需下载在线播放视频，畅享原画5倍速，支持电视投屏。链接：/s/45a9f612fe59提取码：t9EX联系qq:1328313560我的道客巴巴：/634cd7bd0a3f5a7311db139533c20794

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解析由振荡频率公式f＝12πLC可知，要使频率提高到原来的2倍，则可以减小电容使之变为原来的14，或减小电感使之变为原来的14，故B正确，A、考点二电磁波的特点及应用1.麦克斯韦电磁场理论2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要(填“需要”或“不需要”)介质。在真空中不同频率的电磁波传播速度相同，都等于光速3×108m/s。在同一介质中不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越小。(3)v＝λf，f是电磁波的频率。3.无线电波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟收到的无线电波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫作解调。5.(1)电磁波谱：按照电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。(2)电磁波谱分类及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波<3×1011>10－3波动性强，易发生衍射无线电技术波长越长，越容易产生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越高，折射率越大，速度越小红外线1011~101510－7~10－3热效应红外遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015~101610－8~10－7化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线1016~101910－11~10－8穿透本领强检查、医用透视γ射线>1019<10－11穿透本领最强工业探伤、医用治疗1.振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。(√)2.要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。(√)3.振荡电路的电场和磁场必须集中到尽可能小的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。(×)4.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(×)5.解调是调制的逆过程。(√)例3以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是()A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场B.电磁波是机械波，传播需要介质C.电磁波的传播速度是3×108m/sD.电磁波可在真空中传播答案D解析变化的电场与变化的磁场相互联系，它们统称为电磁场，选项A错误；电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s，选项C错误；电磁波可在真空中传播，选项D正确。例4(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机答案AB考点三传感器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、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。传感器应用的一般模式如图所示：2.常见敏感元件(1)光敏电阻①特点：一般情况下，光照越强，电阻越小。②原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。③作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。(2)热敏电阻和金属热电阻①热敏电阻热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线。②金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。③作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。(3)电阻应变片①作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。②电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是应变片。③电子秤的工作原理金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化例5电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数。下列说法正确的是()A.温度升高时，双金属片会向上弯曲B.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度降低C.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度升高D.适当增加输入电压，可以使设定温度升高答案B解析当温度升高时，双金属片向热膨胀系数小的金属发生弯曲，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数，所以温度升高时，双金属片会向下弯曲，触点断开，故A错误；调节“调温旋钮”，使螺丝上移并推动弹性铜片上移，使双金属片只要稍向下弯曲，就能使触点断开，调节前后对比，双金属片向下弯曲程度要小一些，温度要更低一些，故B正确，C错误；电压不影响设定温度，故D错误。例6(2024·浙江1月选考·16Ⅲ)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：温度/℃4.19.014.320.028.038.245.560.4电阻/(×102Ω)2201601006045302515某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3kΩ、5kΩ、12kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20℃，现要求将室内温度控制在20~28℃范围，且1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是，定值电阻R的阻值应选kΩ，1、2两端的电压小于V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。答案C31.8解析电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；电路B，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分到的电压越小，无法实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故B错误；电路C，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分到的电压越大，可以实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故C正确；由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20℃的阻值为60×100Ω＝6kΩ，由题意可知U12＝RtRt＋RE＝6kΩ6kΩ＋R×3V＝2V，解得R＝3kΩ；28℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5kΩ，此时1、2两端的电压U12'＝34.5×103＋3×103×4.5×103V＝1.8例7(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R10~50kΩ、发光二极管LED、光敏电阻RG、(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(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(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(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。答案(1)负极(2)①AAD(或C)②减小(3)增大解析(1)根据电阻表结构，使用时电阻表黑表笔接内部电源正极，故当黑表笔接M端时电阻无穷大，说明M端为二极管的负极。(2)①电压表、电流表读数从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D。②由图像可知，随光照强度增加，I－U图像斜率增大，所以电阻减小。(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。课时精练(分值：50分)1~6题每小题5分，共30分1.5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特点之一为具有超高速的数据传播速率，5G信号一般采用3.3×109~6×109Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G采用的是1.88×109~2.64×109Hz频段的无线电波，则下列说法正确的是()A.空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象B.5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快C.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站D.5G信号比4G信号波长更长答案C解析空间中的5G信号和4G信号的频率不同，不会产生干涉现象，故A错误；5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播速度一样，均等于光速，故B错误；5G信号相比于4G信号的频率高，波长短，更不容易发生衍射，所以5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故C正确，D错误。2.(2024·山东聊城市期中)干簧管是能够感知磁场的常用传感元件，小明在实验中发现一个常开型干簧管，即初始状态两金属片断开，下列哪些操作不能使干簧管闭合()答案A解析干簧管的簧片触点需要被不同的极性磁化才能正常工作，如果磁铁正对触点中心，簧片两端磁化的极性相同，根据“同性相斥”的原理，簧片无法被吸引闭合，则选项A操作不能使干簧管闭合，选项B、C、D操作均能使干簧管闭合。故选A。3.(2025·山东临沂市校考)如图为某温度报警器的电路图。蜂鸣器M两端的电压超过某一数值时会鸣响，热敏电阻Rt的阻值随着温度的升高而减小，R0为定值电阻，电源E的内阻不能忽略。某温度下蜂鸣器不响，温度升高时()A.电压表的示数增大B.电源输出功率一定增大C.电源的总功率一定减小D.升高到某一温度，蜂鸣器可能会鸣响答案D解析温度升高时，热敏电阻的阻值减小，干路电流增大，电压表示数U＝E－Ir减小，故A错误；内、外电阻相等时输出功率最大，由于不知道初始时外电阻与内阻的关系，无法判断输出功率如何变化，故B错误；干路电流增大，电源的总功率P＝EI增大，故C错误；当Rt减小时，R0两端的电压U0＝IR0增大，当其达到蜂鸣器的域值时，蜂鸣器就会鸣响，故D正确。4.(多选)(来自教材改编)如图，为测量储物罐中不导电液体的高度，有人设计了一个监测液面高度变化的传感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储物罐中，电容C可通过开关S与电感或电源相连，当开关从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知液面的升降情况。关于此装置，下面说法正确的是()A.电源电动势越小，则振荡电流的频率越低B.当电路中电流最大时，电容器两端的电压最小C.开关a拨向b瞬间，电感L的自感电动势为零D.检测到振荡电流的频率增加，说明液面高度在降低答案BD解析振荡电流的频率为f＝12πLC，则振荡频率与电源电动势无关，故A错误；当电路中电流最大时，电容器放电完毕，此时电容器两端电压最小，故B正确；开关a拨向b瞬间，电流最小，电流变化率最大，即电感L的自感电动势最大，故C错误；检测到振荡电流的频率增加，说明电容器的电容减小，根据C＝εrS4πkd5.(来自教材改编)(2024·北京卷·12)如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的指针位于表盘中央。当P端电势高于Q端时，指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是()A.若M位于R的中点右侧，P端电势低于Q端B.电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比C.若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右D.若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右答案D解析由题意可知，M位于R中点位置时与两电源间的电势相等，设R的中点电势为零，则M位于R的中点右侧，P端电势高于Q端电势，A错误；由欧姆定律及电阻定律可知，P端与Q端电势差与M偏离R中点的距离x成正比，由牛顿第二定律可知2kx＝ma，k为弹簧的劲度系数，m为滑块的质量，则a与x成正比，故电压表的示数与物体的加速度成正比，B错误；若电压表指针位于表盘左侧，只能确定加速度的方向，不能确定速度的方向，C错误；若电压表指针位于表盘左侧，滑块左侧弹簧压缩、右侧弹簧伸长，滑块所受合力向右，故物体加速度方向向右，D正确。6.(来自教材改编)如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上。R1所受压力越大阻值越小，当R2两端电压超过某一值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣开关的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是()A.为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数B.为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小C.为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值D.质量大的苹果将进入上通道答案B解析大苹果通过托盘秤时，R2两端的电压达到使控制电路接通的电压，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道，故D错误；由题意：当R2两端电压超过某一值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。可知控制电路是否接通是由R2决定的，与电磁铁线圈匝数无关，故A错误；为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因R1减小，而其他条件不变的情况下，只能减小和传感器R1相连接电路中电源A的输出电压，故B正确；为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，R2的电压就会变得更大，则要想保持R2的电压和原来一致，则只适当减小R2的阻值，故C错误。7、8题每小题10分，共20分7.(10分)(2024·贵州卷·12)某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律，探测温度控制室内的温度。选用的器材有：热敏电阻RT；电流表G(内阻Rg为240Ω，满偏电流为Ig)；定值电阻R(阻值为48Ω)；电阻箱R0(阻值0~999.9Ω)；电源E(电动势恒定，内阻不计)；单刀双掷开关S1、单刀单掷开关S2；导线若干。请完成下列步骤：(1)(2分)该小组设计了如图(a)所示的电路图。根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。(2)(4分)开关S1、S2断开，将电阻箱的阻值调到(填“最大”或“最小”)。开关S1接1，调节电阻箱，当电阻箱读数为60.0Ω时，电流表示数为Ig。再将S1改接2，电流表示数为Ig2，断开S1。得到此时热敏电阻RT的阻值为(3)(2分)该热敏电阻RT阻值随温度t变化的RT－t曲线如图(c)所示，结合(2)中的结果得到温度控制室内此时的温度约为℃(结果取整数)。(4)(2分)开关S1接1，闭合S2，调节电阻箱，使电流表示数为Ig。再将S1改接2，如果电流表示数为Igk(k>1)，则此时热敏电阻RT＝Ω(用k表示)，根据图(c答案(1)见解析图(2)最大300(3)9(4)50(k－1)解析(1)由题图(a)所示的电路图，题图(b)中的实物图连线如图所示。(2)由题图(a)可知，电阻箱起到保护电路的作用，因此开关闭合前，将电阻箱的阻值调到最大。开关S1接1时，由闭合电路欧姆定律可得Ig＝ES1接2时，则有I联立解得RT＝R0＋Rg＝60Ω＋240Ω＝300Ω(3)由题图(c)可知，RT＝300Ω时，对应的温度约为9℃。(4)开关S1接1，闭合S2，调节电阻箱，使电流表示数为Ig，由并联电路的分流作用，结合Rg＝5R，可得干路电流为6Ig，则有并联部分的电阻R并＝R由闭合电路欧姆定律可得6Ig＝E结合Ig＝ER0＝60Ω解得R0'＝10ΩS1接2时，电流表示数为Igk(k>1同理可得干路电流为6kIg由闭合电路欧姆定律可得6kIg＝结合6I