2027届新高考物理热点精准复习利用传感器制作简单的自动控制装置

物理2027届新高考物理热点精准复习利用传感器制作简单的自动控制装置目录12基础自主落实课前

自检自测·回归教材

能力探究突破课中课堂互动·考教衔接基础

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一、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敏感元件作用特点光敏电阻将光照强弱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的增强而减小,随光照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力敏电阻将力这个力学量转换为电阻这个电学量力敏电阻的阻值随力的变化而变化二、利用传感器制作简单的自动控制装置(一)实验:门窗防盗报警装置1.功能门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路,启动防盗报警装置。当门窗紧闭时,蜂鸣器不响,指示灯亮;当门窗被打开时,蜂鸣器发出声音警报,指示灯灭。2.实验器材及电路图干簧管SA、继电器(虚线框内)、发光二极管LED、蜂鸣器H、限流电阻R、电源、开关、导线、磁体M。3.实验原理闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点C与常开触点A接通,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点C与常闭触点B接通,蜂鸣器H发声报警。4.实验操作(1)连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常运动。(2)确定各元件可以正常工作后,按照电路图连接电路。(3)接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。(二)实验:光控开关1.功能光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。利用光敏电阻设计电路,在天色暗到一定程度时让路灯自动开启,而在天明时自动熄灭。2.实验器材及电路图可调电阻R1、光敏电阻RG、晶体三极管VT、发光二极管LED、限流电阻R2、继电器、二极管D、小灯泡L、电源、开关、导线等。甲乙3.实验原理当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。4.实验操作(1)按照电路图连接电路,检查无误后,接通电源。(2)让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射,调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。(3)遮挡光敏电阻RG,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。易错辨析(1)传感器通常是把电学量转换为非电学量进行测量、传输、处理和控制。(

)(2)声控—光控开关可以感知环境的明暗和声音的强弱,只有环境的亮度低于某一数值,同时声音的强弱高于某一数值时,声控—光控开关才会接通。(

)(3)光敏电阻在光照增强时电阻减小,光照减弱时电阻增大。(

)(4)热敏电阻的电阻率都是随温度的升高而增大。(

)×√√×考点一教材原型实验能力探究突破课中

课堂互动·考教衔接例1(2026湖北宜昌阶段训练)城市街道的路灯常用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关实现自动控制,光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图所示(照度反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx)。(1)该同学首先利用多用电表电阻“×100”挡粗测该光敏电阻在某状态下的阻值,示数如图所示,则此时光敏电阻的阻值R1=

Ω。

1900(2)利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,在夜晚打开。为模拟自动照明控制系统,某同学选用下图所示的路灯自动控制的模拟电路图,用直流电路给电磁铁供电作为控制电路,用220V交流电源给路灯供电。为了实现根据光照情况控制路灯通断,请用笔画线表示导线,正确连接电路图。(3)图中直流电源的电动势为15V,内阻忽略不计,电磁铁线圈电阻为400Ω,滑动变阻器有三种规格可供选择:R1(0~100Ω)、R2(0~1500Ω)、R3(0~3000Ω),当线圈中的电流大于或等于2mA时,继电器的衔铁将被吸合。要求天色渐暗照度降低至20lx时点亮路灯,滑动变阻器应选择

(选填“R1”“R2”或“R3”)。

(4)小明同学想利用右图为自己家的车库设计自动开门装置,当车灯照到光敏电阻上时,开门电动机启动打开车库的门。开门电动机应连接在

(选填“A、B”“B、C”或“A、C”)接线柱上。

R3B、C解析

(1)多用电表电阻挡读数为19

Ω,乘上倍率100后,故读数为1

900

Ω。(2)为满足实验要求,控制电路的连接情况如图所示

考点二创新拓展实验例2(2024河北卷)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”)。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示数从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”)

AAD或C②下图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”)。

减小(3)组装光强报警器电路并测试其功能,下图为利用光敏电阻、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。

增大解析

(1)根据多用电表的结构,使用多用电表电阻挡时黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端时,电阻无穷大,当红表笔接M端时,有一定的电阻,说明M端为二极管的负极。(2)要求电压表、电流表示数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路,故L1、L2接滑动变阻器的接线柱A,L3必须接在金属杆两端的接线柱中的任意一个,即C或D。由题图丁可知,随光照强度增加,I-U图像斜率增大,所以光敏电阻的阻值减小。(3)三极管未导通时,RG与R1串联。随着光照强度增强,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。例3(2026安徽黄山模拟)力敏电阻是一种将机械力转换为电信号的特殊元件,它的工作原理是利用半导体材料的电阻随所受压力大小改变而改变,主要用于各种张力计、转矩计、加速度计、半导体传声器及各种压力传感器中。某社团活动小组对一个力敏电阻研究的过程中设计了以下实验:(1)利用伏安法测出力敏电阻Rx在承受压力FN=50