2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十三章交變電流電磁振蕩與電磁波傳感器實(shí)驗(yàn)十七利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置學(xué)案

實(shí)驗(yàn)十七利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置1.門窗防盜報(bào)警裝置具有自動(dòng)提示報(bào)警的功能．在睡覺前連接好電路，啟動(dòng)防盜報(bào)警裝置．當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警，指示燈滅．2．光控路燈根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉．即在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)關(guān)閉．實(shí)驗(yàn)一門窗防盜報(bào)警裝置1．實(shí)驗(yàn)電路圖2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作．用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常工作．(2)確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路．(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．3．注意事項(xiàng)(1)檢查干簧管的簧片是否能正常開合．(2)確定各元件可以正常工作后．按照設(shè)計(jì)的電路圖連接電路．連接發(fā)光二極管時(shí)要注意將其正、負(fù)極與電源正、負(fù)極對(duì)應(yīng)連接．實(shí)驗(yàn)二光控開關(guān)1．實(shí)驗(yàn)電路圖2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照電路圖連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源．(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．3．注意事項(xiàng)(1)安裝前，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝．(2)光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接．(3)如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1如圖所示是具有自動(dòng)報(bào)警功能的防盜門，它利用干簧管作為傳感器，繼電器(虛線方框部分)作為執(zhí)行裝置．下列說(shuō)法不正確的是()A．當(dāng)門緊閉時(shí)，磁體M處在干簧管SA里面，開關(guān)c與b接通B．當(dāng)門緊閉時(shí)，磁體M處在干簧管SA里面，開關(guān)c與a接通C．當(dāng)門被推開時(shí)，磁體M離開干簧管SA，繼電器被斷電，開關(guān)c與b接通D．當(dāng)門被推開時(shí)，磁體M離開干簧管SA，開關(guān)c與b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警例2光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉，如圖所示是利用光敏電阻和晶體三極管制作的光控開關(guān)的原理電路圖．當(dāng)天色逐漸變暗時(shí)，LED燈自動(dòng)點(diǎn)亮，下列說(shuō)法正確的是()A．光敏電阻RG逐漸變小B．光敏電阻RG的電壓變小C．晶體三極管被斷開D．如果想要在更暗的時(shí)候LED燈被點(diǎn)亮，應(yīng)將R1調(diào)大一點(diǎn)例3傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(電學(xué)量)，例如熱敏傳感器．某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器線路圖．問：(1)為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器響鈴，c應(yīng)接在________(選填“a”或“b”)處．(2)若要使啟動(dòng)報(bào)警的溫度降低些，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向________(選填“左”或“右”)移動(dòng)．(3)如果在調(diào)試報(bào)警器報(bào)警溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)將報(bào)警器放在預(yù)定的報(bào)警溫度的環(huán)境時(shí)，報(bào)警器一直報(bào)警，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，報(bào)警器都一直報(bào)警，可能的原因和解決的辦法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.例4為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)，照度越大，照度單位為lx)．(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，在如圖甲的坐標(biāo)系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線．由圖像可求出照度為0.6lx時(shí)的電阻約為________kΩ.照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ5.83.72.32.01.8(2)如圖乙，是街道路燈自動(dòng)控制設(shè)計(jì)電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電．為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在________(填“AB”或“BC”)之間．(3)用多用電表“×10Ω”擋，按正確步驟測(cè)量圖乙中電磁鐵線圈電阻時(shí)，指針示數(shù)如圖丙，則線圈的電阻為________Ω；已知當(dāng)線圈中的電流大于或等于2mA時(shí)，繼電器的銜鐵將被吸合，圖乙中直流電源的電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻忽略不計(jì)，滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格可供選擇：R1(0～200Ω，1A)、R2(0～2000Ω，0.1A)．要求天色漸暗照度降低至1.0lx時(shí)點(diǎn)亮路燈，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇________(填“R1”或“R2”)．為使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈，應(yīng)適當(dāng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向________(填“左”或“右”)端移動(dòng)．考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例5[2023·湖南卷]某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量微小壓力的裝置，其電路如圖(a)所示，R1、R2、R3為電阻箱，RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器，C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無(wú)窮大)．(1)先用歐姆表“×100”擋粗測(cè)RF的阻值，示數(shù)如圖(b)所示，對(duì)應(yīng)的讀數(shù)是________Ω；(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時(shí)，RF的阻值為________(用R1、R2、R3表示)；(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小)，讀出電壓傳感器示數(shù)U，所測(cè)數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn)，繪制U-m關(guān)系圖線；(4)完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后，該測(cè)量微小壓力的裝置即可投入使用．在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0，電壓傳感器示數(shù)為200mV，則F0大小是________N(重力加速度取9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字)；(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測(cè)量C、D間電壓，在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1，此時(shí)非理想毫伏表讀數(shù)為200mV，則F1________F0(填“>”“＝”或“<”)．例6某科技興趣小組對(duì)具有自動(dòng)加水功能的家用電熱壺的原理十分感興趣，于是自行設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)化的裝置示意圖和電路圖，如圖1所示．該裝置可以實(shí)現(xiàn)在壺中的水量不足時(shí)自動(dòng)加水，而在達(dá)到“預(yù)設(shè)水量”時(shí)，又能夠自動(dòng)停止加水的目的．底座可以承受水壺和水的全部重量，底座壓在一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為固定轉(zhuǎn)軸的L形杠桿上．杠桿ABO段水平，另一端與壓力傳感器R1接觸，R1的阻值與壓力F之間的關(guān)系圖像如圖2所示．當(dāng)“控制電路”的輸入端電壓大于等于1V時(shí)，能控制水泵的電機(jī)開始工作，將水抽到水壺中．已知電源的電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1Ω，R2為電阻箱(0～99.9Ω)，水壺中沒有水時(shí)，水壺和底座的總質(zhì)量為0.5kg，重力加速度g取10m/s2，“控制電路”輸入端中的電流十分微弱，可以忽略，杠桿絕緣且質(zhì)量不計(jì)，不考慮加水時(shí)水流的沖擊力．回答下列問題：(1)水龍頭往水壺加水的過(guò)程中，R1的阻值逐漸________，R2兩端的電壓逐漸________(均選填“增大”或“減小”)；為了實(shí)現(xiàn)上述功能，“控制電路”的輸入端應(yīng)該并聯(lián)在電路的________端點(diǎn)(選填“a、b”或“c、d”)．(2)該小組的同學(xué)調(diào)節(jié)底座與杠桿的接觸位置B，使圖中OA的長(zhǎng)度為OB長(zhǎng)度的2倍，并要求“預(yù)設(shè)水量”為1L(對(duì)應(yīng)的水的質(zhì)量為1kg)．已知電阻R1受到的壓力F＝OBOA·FB，其中FB為杠桿上B點(diǎn)受到的壓力，則應(yīng)將R2調(diào)節(jié)為________Ω，此時(shí)R2[解題心得]實(shí)驗(yàn)十七利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一例1解析：當(dāng)門緊閉時(shí)，磁體處在干簧管里面，繼電器接通，開關(guān)c與a接通，LED燈亮，當(dāng)門被推開時(shí)，磁體離開干簧管，繼電器斷電，開關(guān)c與b接通，LED燈不亮，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警，選項(xiàng)B、C、D正確，A錯(cuò)誤．答案：A例2解析：由光敏電阻的特性可知，光照越暗，電阻越大，所以光敏電阻的分壓就越大，這時(shí)晶體三極管被導(dǎo)通，想要在更暗的時(shí)候接通LED燈的開關(guān)，這時(shí)光敏電阻就要更大，R1電阻也必須變大，選項(xiàng)D正確．答案：D例3解析：(1)由題圖甲可知，熱敏電阻RT在溫度升高時(shí)阻值變小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，把右側(cè)銜鐵吸引過(guò)來(lái)，與a接觸，故c應(yīng)接在a處．(2)若要使啟動(dòng)報(bào)警的溫度降低些，熱敏電阻的阻值增大，滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)．(3)在預(yù)定的報(bào)警溫度的環(huán)境時(shí)該熱敏電阻RT和滑動(dòng)變阻器的總電阻之和過(guò)小，電流過(guò)大，可以換一個(gè)阻值大一點(diǎn)的滑動(dòng)變阻器．答案：(1)a(2)右(3)在預(yù)定的報(bào)警溫度的環(huán)境時(shí)該熱敏電阻RT和滑動(dòng)變阻器的總電阻之和過(guò)小，可以換一個(gè)阻值大一點(diǎn)的滑動(dòng)變阻器例4解析：(1)從圖像上可以看出當(dāng)照度為0.6lx時(shí)的電阻約為2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)．(2)當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻的阻值變小，所以回路中電流增大，則銜鐵被吸下來(lái)，此次觸片和下方接觸，此時(shí)燈泡應(yīng)該熄滅，說(shuō)明燈泡接在了AB上．(3)根據(jù)歐姆表的讀數(shù)規(guī)則，所以電阻值為R＝14×10Ω＝140Ω，回路中的電流為2mA時(shí)回路中需要的電阻Rx＝EI＝60.002Ω＝3000Ω，所以選擇滑動(dòng)變阻器R2比較合理．若要求天答案：(1)2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)(2)AB(3)140ΩR2左考點(diǎn)二例5解析：(1)歐姆表讀數(shù)為10×100Ω＝1000Ω(2)當(dāng)電壓傳感器讀數(shù)為零時(shí)，CD兩點(diǎn)電勢(shì)相等，即UCB＝UDB，即UABR1+RFRF＝UAB(3)繪出U-m圖像如圖(4)由圖像可知，當(dāng)電壓傳感器的讀數(shù)為200mV時(shí)，所放物體質(zhì)量為1.75g，則F0＝mg＝1.75×10－3×9.8N＝1.7×10－2N(5)可將CD以外的電路等效為新的電源，電動(dòng)勢(shì)E′，內(nèi)阻r′，CD兩點(diǎn)電壓看做路端電壓，因?yàn)閾Q用非理想電壓傳感器時(shí)內(nèi)阻不是無(wú)窮大，此時(shí)電壓傳感器讀數(shù)U′＝E'RVRV+r'，當(dāng)讀數(shù)為U′＝200mV時(shí)，實(shí)際CD間斷路(接理想電壓傳感器時(shí))時(shí)的電壓等于答案：(1)1000(1000.0)(2)R1R3例6解析：(1)加水的過(guò)程中，壓力F變大，由題圖2知，R1的阻值逐漸減?。粍t電路總電阻逐漸減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路電流逐漸增大，則R2兩端的電壓逐漸增大；為了在水量達(dá)到“預(yù)設(shè)水量”時(shí)電機(jī)停止工作，要使“控制電路”輸入端電壓隨水量的增加而減小，則“控制電路”輸入端應(yīng)該連接電路的a、b端點(diǎn)．(2