2026年高考物理实验解读与针对性训练：实验17 利用传感器制作简单的自动控制装置（解析版）

高考实验解读与针对性训练

实验17利用传感器制作简单的自动控制装置

【实验解读】

L实验一：门窗防盗报警装置

(1)实验目的与要求

当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮：当门窗被打开时，蜂鸣器发出警报声，指示灯灭.

(2)电路图

(3)实验器材和装置

干簧管SA、继电器(虚线框部分)、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源、小磁体、

开关.

(4)电路工作原理

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。与常开触点〃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。与常闭触点〃接通，蜂鸣器H发声报警.干簧

管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关.

(5)实验操作

a.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

否正常动作.

b.确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路.

c.接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象.

2.实验二：光控开关

(1)实验目的与要求

模拟光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭.

(2)电路图

（3）实验器材和装置

发光二极管LED、三极管VT、可调电阻心、继电器K、限流电阻心、光敏电阻AG、二极

管D、电源、小灯泡L.

（4）电路工作原理

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.

（5）实验操作

a.按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源.

b.让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R使发光二极管LED或小灯泡L

刚好不发光.

c.遮挡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.

d.让光照加强，当光照强到某种程度时，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.

【高考典例】

【典例1】.（2025高考广东卷）（8分）科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和员I盘

控制部分组成。图（a）是电磁铁磁感应强度的测量电路。所用器材有：电源E（电动势15V,

内阻不计）；电流表A（星程有0.6A和3A,内阻不计）；滑动变阻器RP（最大阻值100Q）；

定值电阻R。（阻值10C）;开关S;磁传感器和测试仪；电磁铁（线圈电阻16Q）；导线若干。

图（b）是实物图，图中电机和底座相固定，圆形铝盘和电机转轴相固定。

图⑸W(b)

请完成下列实验操作和计算。

⑴量程选择和电路连接。

①由器材参数可得电路中的最大电流为A（结果保留2位有效数字），为减小测

量误差，电流表的量程选择0.6A挡。

②图（b）中已正确连接了部分电路，请在虚线框中完成即、R。和A间的实物图连线o

⑵磁感应强度8和电流/关系测显。

①将图（。）中的磁传感器置于电磁铁中心，滑动变阻器心的滑片P置于b端。置于b端

目的是使电路中的电流，保护电路安全。

②将滑片P缓慢滑到某一位置，闭合S。此时A的示数如图所示，读数为Ao分

别记录测试仪示数B和/,断开So

③保持磁传感器位置不变，重及步骤②。

④下图是根据部分实验数据描绘的B-I图线，其斜率为mT/A（结果保留2位有效

（3）制动时间t测量。

利用图（b）所示装置测量了3结果表明8越大，t越小。

【答案】⑴0.58（2分）

分）

⑵最小（1分）0.48（1分）30（2分）

【解析】（1）①囚由题知，电源内阻不计、电流表内阻不计，则当滑动变阻器的阻值为零

E

时，电路中有最大电流/=/k=0・58A

②⑵由于电路中最大电流为0.58A,则电流表应选择0~0.6A量程，根据电路图实物图连线

保护电路安全。

②［2］电流表读数为0.48A。

③⑶根据题图中数据可知B-I图线斜率为无=詈=空mT/A=30mT/A

0.5-0.Io

【典例2］（8分）（2025高考河北卷）自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。

某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时，集气室内气体压强增大，铁芯

进入电感线圈的长度增加，从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电

路的频率来确定水位高度，

/水位传感器

电感线圈

铁盲落

LC振荡电路

膜片凶

H气压传感器

H水

D

图1

某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。

⑴研究集气室内气体压强与体积的关系

①洗衣桶内水位H一定时，其内径。的大小（填"会〃或"不会”）影响集气室内气

体压强的大小。

②测量集气室高度%、集气室内径d,然后缓慢增加桶内水晶，记录桶内水位高度H和集

气室进水高度，同时使用气压传感器测量集气室内气体压强P。片和万数据如下表所示。

H/cm15.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.00

/z/cm0.330.400.420.520.610.700.780.87

实验中使用同一把刻度尺对H和6进行测量，根据数据判断，测量（填或?"）

产生的相对误差较小。

③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与"的关系曲线，如图2所示。图中拟合直

线的延长线明显不过原点，经检查实验仪器完好，实验装置密封良好，操作过程规范，数据

图2

⑵研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示

的〃―图像，U的频率即为LC振荡电路的频率。LC振荡电路的频率/与线圈自感系数L

【答案】（1）不会（2分）H（2分）与集气室相连的细管中的气体被忽略

不计，导致集气室气体体积丫相比于实际气体体积偏小（2分）（2）乙（2分）

【解析】（1）①⑴集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生

的压强和大气压强之和，根据P二2g也可知其内径D的大小不会影响影响集气室内气体压

强的大小；

②⑵由于实验中使用同•把刻度尺进行测量，分度值相司，根据数据分析，桶内水位高度”

明显大于•集气室内进水高度人所以测最桶内水位高度〃产生的相对•误差较小；

③⑶该延长线不过原点的主要原因是：与集气室相连的细管中的气体被忽略不计，导致集

气室气体体积V相比于实际气体体积偏小。

（2）桶内水位高度，越大，集气室内气体压强越大，铁芯进入电感线圈的长度越大，电感

线圈的自感系数越大，根据7=2万辰可知LC震荡电路的周期越大，所以图3中乙对应

的水位较高。

【针对性训练】

1.（广东省广州市2025届高三下学期物理6月保温训练）某兴趣学习小组根据所学的电学

原理，利用相同的器材，自制了如图所示两种不同的电子秤。实验器材有：

直流电源（电动势为七=3.0V,内阻为/•=O.5C）：

理想电压表V（量程为3.0V）；

限流电阻与-9.5G；

竖直固定的滑动变阻器H（总长/=10.0cm,总阻值R=20.0Q）；

电阻可忽略不计的弹簧（下端固定于水平地面，上端固定秤盘且与滑动变阻器R的滑动端连

接，滑片接触良好且无摩擦，弹簧劲度系数欠=10'N/m）;

实验步骤如下:

①两种电子秤，托盘中未放被测物前，滑片恰好置于变目器的最上端。处，电压表的示数均

为零。

②两种电子秤，在弹簧的弹性限度内，在托盘中轻轻放入被测物，待托盘静止平衡后，当滑

动变阻器的滑片恰好处于下端〃处，此时均为电子秤的最大称重。

请回答下列问题：（所有计算结果保留•位小数。重力加速度取g=10m/s2,不计摩擦和其

他阻力。）

⑴两种电子秤，当滑动变阻器的滑片恰好置于最下端〃时，电压表的示数均为—V；该

电子秤的最大可测质量均为—kg.

（2）当电压表的指针刚好指在表盘刻度的正中间时，如左翱所示的第一套方案电子秤测得质

量为网=—kg,如右图所示的第二套方案电子秤测得质量为，%=—kg。

⑶第（填“一"或"二〃）套方案更为合理，理由是

【答案］⑴2.010.0（2）7.55.0

（3）笫套方案中电压表读数与物体质量成线性关系，电压表改装的电了秤刻度是

均匀的，便于测量。

【解析】（1）［1］滑动变阻器的滑片恰好置「最下端时，由欧姆定律可得

ER=3

U=x20V=2.0V

R+&+r20+9.5+0.5

⑵由受力平衡可得见皿g=kl

解得电子称的最大可测质量为4ax=仪=生"kg=IO.Okg

g10

（2）当电压表的指针刚好指在表盘刻度的正中间时，电压表读数U=1.5V,

［1］如左图所示的第•套方案，根据闭合电路欧姆定律可得。=,•2R

K++rI

由平衡条件可得〃随=3联立解得见=7.5kg

⑵如右图所示的第二套方案，设滑动变阻器接入电路的阻值为此，根据闭合电路欧姆定律

F

可得U=---------K、

&+R°+-

又&'R,履2=”联立解得吗=5kg

Ex

（3）左边方案一，根据闭合电路欧姆定律可得u=々°Q上々R

又〃「"联立可得黑+,）

可得U与，〃成线性关系，电子秤刻度均匀;

E

右边方案二根据闭合电珞欧姆定律可得八K74

mgRE

又R］、R,收=〃.联立可得U=

mgR+kt(&)+r)

U与机不成线性关系，甩子秤刻度不均匀；故方案一更合理，甩压表示数与物体的质量成

正比，甩压表改装的电子秤刻度是均匀的，便于测量。

2.（2025年5月广西桂林市高三二模）热敏电阻是电路中经常使用的传感器元件：

（1）某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:

待测热敏电阻&（实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；

电源E（电动势1.5V,内阻「约为0.5Q）；

电阻箱R（阻值范围0~9999.99Q）；

滑动变阻器总（最大阻值20Q）；

滑动变阻器R2（最大阻值2000C）；

微安表（量程100M，内阻等于2500C）：

开关两个，温控装置一套，导线若干。

该小组设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：

温控装置1°―

—£

—¥-

甲

a.按图甲连接电路；

b.闭合Si、S2,调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏：

c.保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2,调节电阻箱，使微安表指针半偏；

d.记录此时的温度和电阻箱的阻值。

回答下列问题：

①为了使微安表所在支路两端电压基本不变，滑动变阻器应选用（选填或

“R2”）；

②某温度卜微安表半偏时，电阻箱的读数为6500.00Q,该温度下热敏电阻的测量值为

Q（保留整数），该测量值（选填"大于"或"小于"）真实值。

（2）在坐标纸中描绘热敏电阻的凡一/图像，如图所示。利用该热敏电阻、电动势七二3V

（内阻不计）的电源、定值电阻R（其中阻值有3000Q、50000、12000C三种可供选

择）、控制开关和加热系统，设计电路，以实现环境温度控制。要求将环境温度控制在

200c〜28℃之间，且当1、2两端电压大于2V时，控制开关开后加热系统加热。则下列A、

B、C三种电路中，可以满足要求的是（填标号），定值电阻R的阻值应选______Q,

加热系统

控制开关

ABC

【答案】(l)①.R]②.4000(3).大于

(2)①.B②.3000®.1.8

【解析】(1)①⑴用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S?闭合前、后

保持不变，由「该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S?闭合

前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选飞；

②⑵⑶微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即用+“二宠=6500.00。

可得R=4000Q

当断开S2,微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电

阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻

箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。

(2)口小电路八，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，A错误；

B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，热敏电阻分得电压

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，B正确；

C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，定值电阻分得电压

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，C错误；

故选B..

⑵热敏电阻凡在20℃的阻值为凡=6000。

R

1E=2V

由题意可知〃12=Dd

A.+A

解得R=3000C

⑶28c时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为45000,此时1、2两点间的电压为

4500

x3V=1.8V

4500+3000

则1、2两端的电压小于1.8V时，自动关闭加热系统。

3.（2025年5月成都三诊）某实验小组利用压力传感器制作一个简易的台秤来测量物体的

质量。小组测得某传感器狎值RF随压力F的变化规律如图（a）所示，并设计了如图（b）

所示的电路。制作台秤的关键步骤是在电压表表盘刻度」.重新标记以kg为单位的质量刻度,

这个步骤称为表盘定标。已知电源电动势E为6V，内阻r为2。，电压表V的量程为0~3V,

电阻箱R的调节范围为0~999.9C,重力加速度大小为g=10m/s2。小组同学提出了两种不同

的定标方案，具体操作如下：

（1）方案一：采用实验测量法完成表盘定标

①闭合开关之前，将电阻箱R调到（填“最小值"或"最大值"）；

②压力传感器上未放置物体，闭合开关S,调节电阻箱R的阻值，使电压表⑰满偏，指针所

在位置标为质量零刻度；

③保持电阻箱阻值不变，改变压力传感器上物体的质量，同时记录下电压表示数U和物体

质量m,利用测量数据完成表盘定标。

（2）方案二：采用理论推导法完成表盘定标

若将电压表视为理想电压表，结合图（a）、图（b）信息，计算出电压表满偏时电阻箱R的

阻值为。，将电阻箱R阻值调为计算出的阻值，并在电压表满偏位置标为质最零刻

度；计算出电压表示数U随物体的质量m变化的函数U=（表达式中除m外，其

余物理量均代入数值），并根据函数关系完成表盘定标；新表盘刻度值分布满足（填

“均匀分布〃、"左密右疏"或"左疏右密"）；

（3）对标定方案进行评估时，若采用方案二定标的表盘进行读数，则测量值（选

填。〃、"<〃或"="）物体质量的真实值。

【答案】（1）最大值（2）①.48.0②.〃二空二型③.左疏右密

10-m

（3）>

【解析】（1）在闭合开关之前，为了保护电路，应将电阻箱R调到最大值，这样可以使电

路中的电流最小，防止过大电流损坏元件。

（2）⑴⑵⑶根据闭合电路欧姆定律可得〃+=（«+/）

当电压表满偏U=3V,由图（a）可知当压力「=0时・，=50Q,E=6V,r=2Q,代入可得

6=48.0。；

由图（a）可得仆与F的关系为%=50平

因为F=mg

所以有=5O-mg

再根据闭合电路欧姆定律可得£=U+与（A+-）

联立代入数据可得U=号型

由此可知。与m不是线性关系，U随m的变化越来越慢，所以新表盘刻度值分布满足左疏

右密；

（3）方案二是在理想电压表的基础上推导的，而实际电压表有内阻，会分流，使得测量的

u=——--

电压值比实际值偏小，根据U与m的关系]।5

5-ni

可知，测量值大于物体质量的真实值。

4.（山东青岛2025年高三年级第三次适应性检测）某同学要用一气敏电阻制作甲醛气体浓度

报警器。首先通过实验获得气敏电阻。R“随甲醛浓度1变化的关系，为此他设计了如图甲

所示电路。实验可供选择的器材如下:

A、电源E（电动势6V,内阻不计）

B、电压表匕（量程3V,内阻为2kC）

C、电压表匕（量程6V,内阻约5kQ）

D、滑动变阻器R］（最大阻值10Q,额定电流0.2A）

匚、滑动变阻器&（最大阻值2kC,额定电流0.2A）

F、开关、导线若干

（1）在图甲电路中，滑动变阻器应选择（选填器材前序号）；

（2）根据实验测得数据，描绘出的4-〃图像如图乙所示。当甲醛浓度为安全上限时，电

压表匕、匕读数分别为2.30V、5.29V,则甲醛安全浓度上限为kg/m3；

（3）该同学利用该气敏电阻设计了如图丙所示的报警正路，用来检测室内甲醛是否超标。

电路中蜂鸣器的电阻可视为无穷大，电源电动势E2=6.0V（内阻不计），接通电路后当蜂

鸣器两端电压达到4.5V时报警，则凡的阻值为k。（保留2位有效数字）。要使报警

器在甲醛浓度更低时报警，则应将用（选填”调大〃"调小”或"不变

【答案】（1）D（2）1.0乂10一7

（3）①.0.87②.调小

【解析】（1）

在图甲电路中，采用的是滑动变阻器的分压接法；为了能更好地调节电压，滑动变阻器的总

电阻应远小于与它并联部分的电阻，滑动变阻器应选择总电阻较小的。

故选择D.

（2）根据串并联电路的特点可得气敏电阻两端的电压

U=U2-U]=5.29V-2.30V=2.99V

通过气敏电阻的电流/=与=A=0.00115A

AV1zuuu

U299

由欧姆定律可得气敏电阻的阻值Rq=J=——Q=2600Q

，\_z•V/\_711J

则从图乙中可查得当（=26000时，甲醛安全浓度上限为1.0xICT，kg/m3

⑶当蜂鸣器两端电压达到4.5V时报警，即凡两端的电压为4.5V,则总两端的电压为

UR=6.0V-4.5V=1.5V

R01.5

由电阻之比等于电压之比,二7W

Kq4.5

可得N）=gR«=0.87kQ

R

从图乙可知甲醛浓度越低，气敏电阻R“越小；根据串联电路分压规律D"DE

要使报警器在甲醛浓度更低时报警（U仍为4.5V）,则应将尼调小。

5.（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九维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•侧

光敏

电阻

5

D

1

1出液口

、遮光板

甲

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人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。

为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻尺、&、氐，分别位于管的上端、下端和中央;

它们的暗电阻均为R=10kQ,被管内光源照亮时电阻均为R，=1.0kQ。给定的仪器还有:

直流电源风电动势为9V,电阻不计)，3个定值电阻，阻值分别为R4=2.5kQ,/?5=1.8kQ,

R6=L5kC；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。

乙

⑵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。

丙

⑶液面与出液口等高时电压表的示数为Vo(结果保留2位有效数字)

(4)若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kC,则定值电阻的阻值应变

为kC,便可达到题目要求。(结果保留2位有效数字)

答案：⑴1.40(2)见解析图(3)0.43(4)1.8

解析：⑴电压表量程为。〜3V,每小格表示0.1V,指针示数为L40V。

(2)当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为1.0k。，可把三个光敏电阻串

R

联后再与定值电阻凡串联，接在直流电源两端，把电压表接在定值电阻两端，则有不士■

=誉，得&=L5kC,故R、为电阻能，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。

E-&

(3)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10kQ,

E

则电压表的示数为V。

3f\-rA6

(4)若光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kC,为使电压表清量程，则定值电阻的阻值变为RJ,

R.J满足3V=RJ+3X1.2kQ

解得RJ=L8kQo

6.(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凡随温度，变化的图像如图甲所示，则该

热敏电阻的阻值凡随温度/

(2)该同学使用直流电源、亳安表、保护电阻岛、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。若电源的电动势为从内阻为，，保护电阻的阻值为

Ro,热敏电阻的阻值为R”亳安表的内阻为R,则亳安表示数/=;若电源的

电动势E=3V、内阻不计，亳安表的量程为15mA、内阻为5C,要求该温度计测量的量

程为45℃,则保护电阻Ro=

⑶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”"偏岛”或"相同”

E

答案：(l)R尸一5/+385(Q)(2>35Q(3)偏低

r+Ro+Rg+4

解析：(1)设热敏电阻尺的限值随温度/变化的函数关系为R尸ki+b

I.60X102-2.60X102

由题图甲可得斜率女=------------------Q/C=-5Q/℃

1.60Xl()2一人

C/C

则卜=45—。

解得b=385Q

因此可得R=-5r+385(C)。

⑵根据闭合电路的欧姆定律有七=/(，•+&+%+R)

E

解得'=/*+Ro+4+V

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

£=/(/%|-/?g!-/?()

此时R(=一5/+385(C)=-5X45+385(C)=160C

代入已知数据可得/?()=£-35Qo

F

⑶根据闭合电路