2025届高三一轮复习 第十一章　交变电流　传感器实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置练习

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置一、热敏电阻的特性实验装置图操作要领注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。1.按图连接好电路。2.把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。3.向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。4.将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。二、光敏电阻的特性实验装置图操作要领注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的。(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。1.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好，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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。4.用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。,考点一　温度传感器的应用例1(2021·广东卷，12)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________，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________。(2)再按图1连接好电路进行测量。图1①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________端(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________R02(填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT＝________。(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。答案　(1)短接　减小　(2)①b　②大于　R01－R02解析　(1)使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接。温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(2)①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到b端。②将电压,表与热敏电阻C端间的导线改接到D，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01＞R02，RT＝R01－R02。考点二　光电传感器的应用例2(2022·辽宁省适应性测试)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图2所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。图2实验时，先按图2连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表。d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.0018.5020.0022.0023.5025.00U/mV271.0220.0180.0156.7114.9114.094.889.578.672.565.0回答下列问题：(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________(用E、r、R、U表示)；(2)在图3的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U－d的非线性曲线；图3(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而________(填“增,大”或“减小”)；(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图4电路，则电路中______(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。图4答案　(1)R－r－R　(2)见解析　(3)增大(4)R2解析　(1)根据闭合电路欧姆定律，可得R＝U，解得RG＝R－r－R。(2)描点、连线如图所示(3)当光源距离光敏电阻越远时，光照强度越小，电压表示数越小，根据RG＝R－r－R，可知，光敏电阻的阻值RG越大。(4)如果R1为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，路端电压降低，灯泡变暗；当R2为光敏电阻时，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流强度增大，内电压升高，路端电压降低，流过R1的电流减小，因此流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，因此R2为光敏电阻。,考点三　自动控制电路的设计与分析例3某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图5甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。图5(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的序号)。①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值,⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转(4)⑤④②③①解析　(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过15mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80℃时，滑动变阻器接入电路的电阻为R＝－Rt－R继＝330.9Ω，故滑动变阻器应选R2。(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。(4)欲使衔铁在50℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①。跟踪训练某同学用热敏电阻制作了一个简易自动报警器，热敏电阻的阻值R随温度t变化的图像如图6甲所示，简易自动报警器的电路图如图丙所示，请回答以下问题：(1)用多用电表欧姆挡测继电器线圈ed(图乙所示)的电阻时，将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测线圈ed电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择开关旋至________(填“×10”或“×1k”)进行测量，经正确操作，多用表示数如图丁所示，则所测继电器的阻值为________Ω；,丙丁图6(2)为使温度在达到报警温度时，简易报警器响起，单刀双掷开关c应该接________(选填“a”或“b”)；(3)流过继电器线圈ed的电流I0＝10mA时才会报警，若直流电源电动势E1为18V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60℃报警器响起，则滑动变阻器规格应该选择________。A.0～200Ω　B.0～500Ω　C.0～1500Ω答案　(1)×10　220　(2)a　(3)C解析　(1)测电阻时指针偏转过大，则读数太小误差较大，需要选择小量程让读数变大些才能减小误差，所以应把选择开关旋至×10挡进行测量。所测继电器的阻值为：表盘刻度读数×倍率＝22×10Ω＝220Ω。(2)由于温度升高热敏电阻阻值减小，通过继电器的电流增大，其产生的磁场磁感应强度增大，把铁片向左吸引，所以要让报警器响起，则单刀双掷开关c应该接a。(3)流过继电器线圈ed的电流I0＝10mA时才会报警，若直流电源电动势E1为18V，则回路的总电阻的最小阻值为Rmin＝＝Ω＝1.8×103Ω，滑动变阻器的最小阻值R滑＝Rmin－R－R继＝1800Ω－580Ω－220Ω＝1000Ω，所以滑动变阻器规格应该选择C。,1.(2023·江苏常州高三期末)磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器。如图1所示，将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向。探头可能是(　　)图1A.感应线圈B.热敏电阻C.霍尔元件D.干簧管答案　C解析　将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向，将磁信号转变为电信号，所以探头可能是霍尔元件，故C正确。2.将多用电表的选择开关置于欧姆挡，然后进行欧姆调零。如图2所示，将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断(　　)图2A.θ′＝θB.θ′<θC.θ′>θD.不能确定θ和θ′的关系答案　B解析　光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始有光照射，光敏电阻较小，当用手掌挡住部分光线，光敏电阻的阻值增大，则电流变小，则电流表指针偏转角度变小，故A、C、D错误，B正确。3.如图3所示，R为定值电阻，RT为负温度系数热敏电阻，L,为小灯泡。当温度降低时(　　)图3A.R两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱答案　C解析　温度下降，RT电阻增大，并联部分电阻增大，总电阻增大，总电流减小，R两端电压减小，电流表示数减小，故A、B错误；因为R两端电压减小，根据串联电路电压特点可知，灯泡的电压增大，通过灯泡的电流增大，故灯泡变亮，故C正确，D错误。4.(2021·山东卷，14)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，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RT(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r约为0.5Ω)；电阻箱R(阻值范围0～9999.99Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值20Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值2000Ω)；微安表(量程100μA，内阻等于2500Ω)；开关两个，温控装置一套，导线若干。同学们设计了如图4所示的测量电路，主要实验步骤如下：图4,①按图示连接电路；②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；③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；④记录此时的温度和电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)。(2)请用笔画线代替导线，将实物图5(不含温控装置)连接成完整电路。图5(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6000.00Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________Ω(结果保留到个位)，该测量值________(填“大于”或“小于”)真实值。(4)多次实验后，学习小组绘制了如图6所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(填“增大”或“减小”)。图6答案　(1)R1　(2)如解析图所示(3)3500　大于　(4)减小解析　(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于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，S2,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R1。(2)电路连接图如图所示。(3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝R＝6000.00Ω，可得RT＝3500Ω，当断开S2，电路的总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，干路电流减小，路端电压增大，并联部分的电压增大，电阻箱分压大于原并联电压的一半，即电阻箱的电阻大于热敏电阻和微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。(4)由于是lnRT－图像，当温度T升高时，减小，从图中可以看出lnRT减小，从而RT减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。