备考2024届高考物理一轮复习讲义第十三章交变电流电磁振荡与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

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置1.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.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R1、继电器K、限流电阻R2、光敏电阻RG、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R1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.研透高考明确方向命题点1　教材基础实验1.[教材原型实验/2021广东]某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律.根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材. （1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势.选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔　短接　，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0Ω”处.测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而　减小　.（2）再按下图连接好电路进行测量.①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到　b　端（选填“a”或“b”）.将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01.闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置.记录此时电压表和电流表的示数、T和R01.断开开关S.再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S.反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同.记录此时电阻箱的阻值R02.断开开关S.②实验中记录的阻值R01　大于　R02（选填“大于”“小于”或“等于”）.此时热敏电阻阻值RT＝　R01－R02　.（3）改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律.解析　（1）用多用电表欧姆挡测量电阻时，在选择适当倍率后，需要先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮进行调零.热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，说明热敏电阻阻值随温度的升高而减小.（2）①闭合开关S前，为保护电路，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，因此应将滑动变阻器R1的滑片滑动到b端.②温度为T时，R01＝R02＋RT，显然R01大于R02，此时热敏电阻阻值RT＝R01－R02.命题点2　创新设计实验2.[压敏电阻]材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小.若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中RF、R0 分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的阻值RF.请按要求完成下列实验.（1）设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图（压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102N，不考虑压力对电路其他部分的影响），要求误差较小，提供的器材如下：A.压敏电阻，无压力时阻值R0＝6000ΩB.滑动变阻器R，最大阻值为200ΩC.电流表A，量程2.5mA，内阻约30ΩD.电压表V，量程3V，内阻约3kΩE.直流电源E，电动势3V，内阻很小F.开关S，导线若干（2）正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为　2.00　V.（3）此时压敏电阻的阻值为　1.5×103　Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝　60　N.（计算结果均保留两位有效数字）解析　（1）根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，如图所示.（2）根据电压表读数规则知，电压表读数为2.00V. （3）由欧姆定律知，此时压敏电阻的阻值为RF＝UI－RA≈1.5×103Ω，R0RF＝60001.5×103＝4，由题图甲可知，对应的待测压力F＝60N.