2022-2023年高考物理一轮复习 实验：传感器的应用(1)

3实验：传感器的应用\n一、实验原理1．光控开关(1)电路如图631所示．图631\n(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8V)的时候,Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．(3)光控开关的原理：白天,光照强度较大,光敏电阻RG阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通；\n当天暗到一定程度时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V,输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯),这样就达到了使路灯天明时自动熄灭,天暗时自动开启的目的．\n2．温度报警器(1)电路如图632所示．图632\n(2)工作原理：常温下,调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声；当温度升高时,热敏电阻RT阻值减小,斯密特触发器输入端A的电压升高,当达到某一值(高电平)时,其输出端Y由高电平跳到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声．R1的阻值不同,则报警温度不同,可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．\n二、实验器材1．光控开关实验斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸．2．温度报警器实验斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．\n一、光控开关实验步骤1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．2．检查各元件的连接,确保无误．3．接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．\n4．用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态．5．逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态．\n二、温度报警器实验步骤1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．2．检查各元件的连接,确保无误．3．接通电源,调节电阻R1,使蜂鸣器常温下不发声．4．用热水使热敏电阻的温度升高,注意蜂鸣器是否发声．5．将热敏电阻从热水中取出,注意蜂鸣器是否发声．\n三、注意事项1．安装前,对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装．2．光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接,否则继电器不能正常工作．3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮,应该把R1的阻值调大些．4．温度报警器实验中,要使蜂鸣器在更低的温度时报警,应该把R1的阻值调大些．\n实验探究一光控电路的分析如图633是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图,试说明其工作原理．图633\n【解析】天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通；天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启；天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭．\n【答案】见解析\n分析有关电磁继电器的问题时,弄清电路结构,知道哪一部分是控制电路,哪一部分是被控制电路是关键．\n1．如图634甲所示为斯密特触发器,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V),Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．如图634乙所示为一光控电路,用发光二极管LED模仿路灯,RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中错误的是()\n图634\nA．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门C．要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时,二极管发光\n【解析】斯密特触发器是一种特殊的非门,它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,A项说法错误,B项说法正确．把R1的阻值调大些,只有RG的阻值达到更大,才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6V),即天更暗时才能使路灯亮；当输出端Y突然跳到低电平时,发光二极管导通发光,C、D项说法正确．【答案】A\n2．(多选)如图635所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯,RG为光敏电阻,A为斯密特触发器输入端,在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是()图635\nA．天黑时,Y处于高电平B．天黑时,Y处于低电平C．当R1调大时,天更暗时,灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时,天较亮时,灯(发光二极管)就能点亮【解析】天黑时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值,输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时,A端电压降低,只有天更暗时,RG电阻更大时,路灯才点亮,故B、C正确．【答案】BC\n实验探究二温控电路分析现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干,如图636所示,试设计一个温控电路,要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程．图636\n【解析】热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示当温度低于某一值时,热敏电阻的阻值很大,流过电磁继电器的电流很小,继电器无法吸引衔铁P,K处接通,电\n炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时,热敏电阻的阻值变得很小,通过电磁继电器的电流较大,继电器吸引衔铁P,K处断开,电炉丝停止加热．【答案】见解析\n3．(多选)如图637是温度报警器电路示意图,下列关于此电路的分析正确的是()图637\nA．当RT的温度升高时,RT减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声B．当RT的温度升高时,RT减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声C．当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声D．当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声\n【解析】由于温度升高时,RT变小,A端电势升高而Y端电势降低,蜂鸣器发声报警,则B项正确而A项错误；又由于RT与R1是串联关系,当R1增大时,A端电势升高而Y端电势降低,蜂鸣器会发声报警,故C项正确而D项错误．【答案】BC\n4．如图638所示,1是弹簧,2是衔铁,3是触点,4是电磁铁,5是热敏电阻,6是滑动变阻器,7是电铃,它们组成一种温度自动报警电路．说明这种简单温度自动报警电路的工作原理．图638\n【解析】当热敏电阻的温度升高时,电阻减小,电磁铁电路中电流增大,当电流达到一定值时,电磁铁吸引衔铁下降使电铃所在电路接通,电铃发声报警；当温度下降后,热敏电阻阻值增大,电流减小,电磁铁磁性减弱,衔铁被弹簧拉起,电铃所在电路断开,电铃不发声．【答案】见解析