2027物理高考调研夯基版高考总复习 12.4 实验：利用传感器制作简单的自动控制装置

01基础记忆考点专练02内容导航ContentNavigation12.4实验：利用传感器制作简单的自动控制装置基础记忆一、传感器1．定义：能够感受___________，并能把它们按照一定的规律转换为电学量的一类元件．2．作用：把非电学量转换为__________，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．非电学量电学量二、传感器工作流程三、常见传感器元件1．金属热电阻：有些金属随温度升高____________．2．NTC热敏电阻：有些半导体随温度升高____________．3．光敏电阻：光照越强，__________．4．电阻应变片：力敏元件，在_______作用下电阻随机械形变而变化．电阻增大电阻减小电阻越小外力考点专练

热敏电阻是用半导体材料制成，随温度升高电阻减小，把这一特性应用到电路中，可以将温度这个热学量转换为电阻这个电学量．热敏电阻的应用1．(2025·河南)实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱．该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图1所示，保温箱原理图如图2所示．回答下列问题：(1)图1中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是________(填“线性”或“非线性”)的．非线性解析(1)由题图1可知，热敏电阻的阻值随温度非线性变化．(2)存在一个电流值I0，若电磁铁线圈的电流小于I0，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于I0，衔铁与下固定触头b接触．保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值．则图2中加热电阻丝的c端应该与触头________(填“a”或“b”)相连接．a解析(2)根据题图1可知，保温箱内温度升高时热敏电阻阻值减小，电磁铁线圈中电流增大，又电流大于I0时衔铁与下固定触头b接触，可知在温度较低时衔铁与上固定触头a接触，加热电阻丝连入电路工作，即加热电阻丝的c端与触头a相连接．(3)当保温箱的温度设定在50℃时，电阻箱旋钮的位置如图3所示，则电阻箱接入电路的阻值为________Ω.130.0解析(3)根据电阻箱的读数规则可知，电阻箱接入电路的阻值为1×100Ω＋3×10Ω＋0×1Ω＋0×0.1Ω＝130.0Ω.(4)若要把保温箱的温度设定在100℃，则电阻箱接入电路的阻值应为________Ω.210.02．(2026·广东模拟)某实验小组想利用热敏电阻制作一个简易的温控报警器，当温度达到或超过60℃时，报警器会发出警报．具体操作如下：(1)测量热敏电阻在60℃时的阻值．已知该热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低．有以下实验器材和实验电路图可供选择．A．电源E(电动势为15V，内阻不计)B．电流表A(量程为0.6A，内阻约5Ω)C．电压表V(量程为15V，内阻约4000Ω)D．滑动变阻器R1(最大电阻为10Ω，额定电流3.0A)E．滑动变阻器R2(最大电阻为500Ω，额定电流为1.0A)F．热敏电阻RL(60℃时阻值在20～30Ω之间)G．电阻箱(0～999.9Ω)①为了更准确测定阻值，滑动变阻器应选择________(填仪器符号)，电路图应选择________(选填“甲”或“乙”)．②利用加热装置对热敏电阻加热至60℃，保持温度不变，滑动滑动变阻器的滑片，得到电压表和电流表的多组数据，并画出了I－U图像，由图像可得RL＝________Ω.(保留三位有效数字)R1乙25.0(2)调试报警器．①按照图丁连接器材，已知报警器报警最低电流为0.02A，功率极小，电源为可调电源，内阻不计，调试时输出电压为3V.②在常温下，闭合开关S1，开关S2接通b，再将电阻箱的阻值调为________Ω，然后滑动变阻器滑片从c向d滑动，直至报警器发出警报，再将开关S2接通a，报警器调试完成．此步骤有三种滑动变阻器可供选择，应选择________(选填“R3”“R4”或“R5”，R3的最大阻值为50Ω，R4的最大阻值为100Ω，R5的最大阻值为200Ω，三者的额定电流都为1.0A)．25.0R5(3)实验中发现达到60℃时，报警器仍没发出警报，在排除仪器故障的前提下，为了保证准确发出警报，在调试中可采取哪些措施_________________________________________(请列举一条)．调小滑动变阻器阻值或增大电源输出电压解析(3)实际调试中，电源有一定的内阻，故可采取调小滑动变阻器阻值或增大电源输出电压．光敏电阻的应用光敏电阻随光照增强阻值变小，把这一特性应用到电路中，可以将光照这个光学量转换为电阻这个电学量．3．(2025·山西二模)某学校为了创建绿色校园，新装了一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制．光控开关的主要传感器是光敏电阻，光敏电阻是阻值随光的照度(光越强，照度越大，照度单位为勒克斯，符号lx)发生变化的元件．某光敏电阻R0在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻R0(kΩ)704828201512(1)由上述数据可知，该光敏电阻的阻值随光的照度增大________(选填“均匀”或“非均匀”)变化．非均匀解析(1)由上述数据可知，该光敏电阻的阻值随光的照度增大非均匀变化．(2)如图是某学生利用该光敏电阻设计的节能路灯自动控制电路，直流电源E为电磁铁供电，照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯与照明电源串联后的两个接线柱P、Q应与继电器引线上的________连接(选填“A、B”“B、C”或“A、C”)．A、B解析(2)当光线较强时，R0阻值减小，回路电流变大，则螺线管中磁性增强，衔铁被吸引下来，此时照明灯泡应该断电，则路灯与照明电源串联后的两个接线柱P、Q应与继电器引线上的A、B连接．(3)为了更加节能，让天色更暗些，路灯才点亮，滑动变阻器R的阻值应适当调________些(选填“大”或“小”)．小解析(3)因电源E所在回路电流小到一定值时路灯才会点亮，若天色更暗些，路灯才点亮，即光敏电阻R0阻值较大，则要滑动变阻器R的阻值应适当调小些．4．(2024·河北邯郸一模)智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格，其中包括对光照强度的调控，小明准备利用所学知识设计智能光控电路．智能光控电路的核心元件是光敏电阻R.(1)(多选)小明首先利用图1中多用电表粗略测量了光敏电阻阻值．下列关于实验过程的描述，正确的是(

)A．用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，必须重新机械调零B．测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量C．图1中光敏电阻测量值R＝20ΩD．测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开√√解析(1)用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，不必重新机械调零，但需要进行欧姆调零，故A项错误；测量电阻时，如果指针偏转过大，说明待测电阻阻值较小，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量，故B项正确；欧姆表的读数为指针所指刻度与倍率的乘积，所以图1中光敏电阻测量值为R＝20×100Ω＝2000Ω，故C项错误；测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开，故D项正确．故选B、D两项．(2)为了精确测量多组不同光照强度下光敏电阻的阻值，小明采用图2中的实验器材进行实验，部分实物连接已经完成，描绘的阻值R随照度I[反映光照的强弱，光越强，照度越大，单位为勒克斯(lx)]变化的图像如图3，根据图3可知，光敏电阻的阻值随照度减小而________(选填“增大”或“减小”)．若电压表的量程为0～3V，内阻约为3kΩ，毫安表的量程为0～3mA，内阻约为5Ω，请将图2中导线P、Q连接在合适的位置，形成完整测量电路．增大答案(2)图见解析(3)小明设计如图4所示的智能光控电路．当光敏电阻R两端的电压U增加到一定值时照明系统开始工作，自动控制系统开始补光．为了照度更小时，自动控制系统就开始补光，则需要________(选填“增大”或“减小”)电阻箱R2的阻值．增大解析(3)若增大电阻箱R2的阻值，则外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中电流减小，则光敏电阻需要变大才能达到两端的电压定值，可以达到照度更小，光敏电阻阻值较大时，自动控制系统开始补光的目的．传感器实验拓展与创新除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：(1)压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)．(2)气敏电阻：将气体浓度转换为电学量(电阻)．(3)光电管：将所收到的光信号转换成电信号．(4)电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)．(5)霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压)．(6)弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)．5．(2026·河北模拟)某同学发现手机有一软件可测量磁场的磁感应强度，其原理是霍尔效应．为了研究这一原理，该同学设计的实验电路如图1所示，假设磁场垂直于霍尔元件前后表面，该实验可选用的器材如下．A．霍尔元件：金属棒(单位体积内自由电子数为n＝8.5×1028个/m3)、砷化镓半导体棒(单位体积内自由电子数为n＝1.0×1016个/m3)；横截面是边长均为d＝1cm的正方形，长均为L＝0.5m，元电荷e＝1.6×10－19CB．电流表：A1量程为10mA、A2量程为3AC．电压表：V1量程为15mV、V2量程为3VD．滑动变阻器：R1最大阻值为9000Ω，R2最大阻值为10ΩE．电源：电动势为15V，内阻可忽略不计F．开关、导线若干依据测量数据，画出霍尔电压随电流的变化关系如图2所示，请回答下列问题：(1)在相同条件下为了获得较大的霍尔电压，选择的霍尔元件为______________(填“金属棒”或“半导体棒”)．半导体棒(2)该实验选取的电流表为A1，选择的电压表为________(填“V1”或“V2”)．V1(3)选择的滑动变阻器为________(填“R1”或“R2”)．R1(4)磁感应强度的表达式为____________(用对应物理量字母表示)．(5)可得出磁场磁感应强度大小为______________．8×10－6T6．(2025·福建一模)某电子秤的工作原理是将物体的重量通过传感器转化为电信号，经过电路处理就能将所测质量大小显示出来，电路中所用到的核心元件是阻值会随压力变化而变化的压敏电阻．为探究压敏电阻的阻值RF随压力大小F变化的规律，提供了器材如下：

A．压敏电阻RF(无压力时阻值RF0＝300Ω)B．滑动变阻器R(最大阻值10Ω)C．灵敏电流计G(量程2.5mA，内阻33Ω)D．电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)E．直流电源E(电动势3V，内阻很小)F．开关S、定值电阻、导线若干(1)根据实验需要，先将灵敏电流计G改装成量程为30mA的电流表A，需用一个阻值R′＝________Ω的定值电阻与灵敏电流计G________(选填“串联”或“并联”)．3并联解析(1)灵敏电流计改装成电流表，需要并联一个电阻，根据Ig＋＝I，解得R′＝3Ω.(2)利用(1)中所改装的电流表A及所提供的器材，设计一个探究阻值RF随压力F大小变化规律的部分电路，如图甲所示，请将虚线框内的电路补充完整．答案(2)图见解析解析(2)压敏电阻的阻值大于滑动变阻器阻值，采用分压式电路，因为电流表内阻已知，所以电流表采用内接法．故电路图如图．(3)探究得到RF－F的关系图像如图乙所示，其中0～300N范围内的变化是线性的．若利用该压敏电阻设计了如图丙的电路，测量静置于压敏电阻上物体的质量，需要将表盘电压刻度值改为对应的质量刻度值，其中电压刻度值越大的位置对应的质量刻度值________(选填“越大”或“越小”)；在0～30kg的示数范围内质量刻度值分布________(选填“均匀”或“不均匀”)，理由是____________.越小不均匀见解析7．(2025·四川二模)气敏电阻在安全环保领域有着广泛的应用．某气敏电阻说明书给出的气敏电阻Rq随甲醛浓度η变化的曲线如图a所示．(1)为检验该气敏电阻的参数是否与图a一致，实验可供选用的器材如下：A．蓄电池(电动势6V，内阻不计)B．毫安表A1(量程2mA，内阻为200Ω)C．毫安表A2(量程5mA，内阻约20Ω)D．定值电阻R0(阻值2800Ω)E．滑动变阻器R1(最大阻值10Ω，额定电流0.2A)F．滑动变阻器R2(最大阻值200Ω，额定电流0.2A)G．开关、导线若干探究小组根据器材设计了图b所示电路来测量不同甲醛浓度下气敏电阻的阻值，其中：①滑动变阻器RP应选用________(填“R1”或“R2”)；②开关S闭合前，应将滑动变阻器RP的滑片置于_______