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

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学习目标:1.掌握制作传感器常用元件光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片、霍尔元件的基本特性及工作原理。2.探究传感器的工作原理及传感器应用的一般模式。3.能利用传感器制作简单的自动控制装置。一、实验目的1.了解传感器的工作过程,探究热敏电阻和光敏电阻等敏感元件的特性。2.学会传感器的简单使用并会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.其工作过程如下图所示。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)。甲(2)准备好记录电阻与温度关系的表格。(如下表)次数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图中,得图像如图乙所示。乙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。(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。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω

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。命题分析1.考装置:器材选择、装配和电路设计的正误。2.考运算:由闭合电路欧姆定律或相关图像计算电压、电阻、温度等物理量。3.考图像:由图像的斜率、截距和某些特殊值来分析电路。4.考电路设计:根据实现的功能要求来设计电路,从安全、分压、限流、内接、外接、误差分析等各个角度综合考虑。5.考变化:电路设计、器材选用、实验方法等多个角度进行创新变化。注意事项

1.在做热敏实验时,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.光敏实验中,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。考点一教材原型实验典例1

寒冷的冬季,某农场会用自动控温系统对蔬菜大棚进行控温,要求当蔬菜大棚内的温度低于15℃时,加热系统立即启动。实验小组对上述工作系统进行了如下探究:(1)先用伏安法测量某热敏电阻Rx的阻值(约为几十千欧),实验室提供以下器材:A.电流表(量程0~6A,内阻约为15Ω)B.电流表(量程0~6mA,内阻约为100Ω)C.电压表(量程0~5V,内阻约为5kΩ)D.电压表(量程0~15V,内阻约为20kΩ)E.滑动变阻器(阻值范围0~200Ω,允许的最大电流2A)F.滑动变阻器(阻值范围0~20Ω,允许的最大电流1A)G.待测热敏电阻RxH.蓄电池(电动势E=12V,内阻不计)I.开关和导线若干J.恒温室①为了使测量结果更准确,采用下列实验电路进行实验,较合理的是

。②实验时滑动变阻器应选用

,电压表应选用

,电流表应选用

。(均填器材前面的字母)

BFDB(2)经过测量不同温度下热敏电阻Rx的阻值,得到其阻值与温度的关系如图甲所示。实验小组用该热敏电阻设计了如图乙、丙所示的两种温度控制电路,Rx为热敏电阻,R为电阻箱,控制系统可视为阻值为48kΩ的定值电阻,电源的电动势E0=10V(内阻不计)。当通过控制系统的电流大于0.2mA时,加热系统将开启;当通过控制系统的电流小于0.2mA时,加热系统将关闭。若要使得温度低于15℃时,加热系统立即启动,应该选用

(选填“图乙”或“图丙”)电路,应将R调为

Ω;若将R调大,则加热系统的开启温度将

(选填“高于”或“低于”)15℃。

图丙800低于

考点二拓展创新实验典例2

为了建设安全校园,某校物理教师带领兴趣小组的学生,利用光敏电阻和电磁继电器,为学校教学楼内所有楼梯口的照明灯安装了亮度自动控制装置。如图所示为他们设计的原理图,R0为光敏电阻(阻值随亮度的增加而减小),R1为滑动变阻器,电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成,R2为电磁铁的线圈电阻,K为单刀双掷开关。(1)为使楼内亮度降低到一定程度照明灯自动点亮,亮度升高到一定程度照明灯自动熄灭,单刀双掷开关应置于

(选填“a”或“b”)。

(2)为了提升校园安全系数,使照明灯在不太暗的时候就点亮,滑动变阻器接入电路的电阻应

(选填“调大”或“调小”)。

(3)已知直流电路中的电流达到10mA时电磁继电器的衔铁正好会被吸下,R0从正午最亮到夜晚最暗的阻值变化范围为50~200Ω,R2约为5Ω,直流电源电动势E=3V,内阻r约为1Ω,现有三个最大电阻阻值分别为100Ω、300Ω、3000Ω的滑动变阻器,为实现调控目标,R1最好应选择最大阻值为

Ω的滑动变阻器。

b调大300(4)兴趣小组同学想要对原设计进行改进,使亮度降低到一定程度触发衔铁吸下,请你在下图的虚线框中用笔画线代替导线重新连接直流电路中c、d、e、f、g、h各点,以实现这一改进目标。

解析

(1)亮度降低R0变大,电流减小,电磁铁吸力减小,衔铁被放开,此时照明灯应被点亮,所以单刀双掷开关应接b。(2)电磁继电器的衔铁被吸下或放开有一个电流的临界值,对应一个总电阻的临界值,所以滑动变阻器调得越大,对应R0的触发值越小,能使照明灯在不太暗的时候就点亮。(3)电动势为3

V,触发电流为10

mA,可得对应总电阻为300

Ω。滑动变阻器选100

Ω,R0可触发的阻值范围约为194~200

Ω,范围太小,对应亮度太低;300

Ω的阻值足够调控,对应R0触发值范围足够大;3

000

Ω阻值太大,对于某一亮度对应阻值的调节不精准。(4)为了实现“亮度降低到一定程度触发衔铁吸下”可让R0与电磁铁并联,这样亮度降低时R0增大,电磁铁中的电流增大,可触发衔铁被吸下,电路图如图。典例3

某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表,设计的电路如图甲所示。实验器材如下:待改装电压表(量程0~3V,可视为理想电压表),定值电阻R0,压敏电阻Rx,电源(4V,内阻不计),开关S,导线。选用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规