第十三章 實(shí)驗(yàn)十六 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

第十三章交變電流電磁振蕩與電磁波傳感器實(shí)驗(yàn)十六利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置Contents教材幫讀透教材融會(huì)貫通高考幫研透高考明確方向03練習(xí)幫練透好題精準(zhǔn)分層01Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.目錄

1.實(shí)驗(yàn)一：門窗防盜報(bào)警裝置(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開(kāi)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，指

示燈滅.(2)電路圖(3)實(shí)驗(yàn)器材和裝置干簧管SA、繼電器(虛線框部分)、發(fā)光二極管LED、電阻R、蜂鳴器H、電源、小磁

體、開(kāi)關(guān).(4)電路工作原理閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài).當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管

兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作.繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開(kāi)觸

點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài).當(dāng)門窗開(kāi)啟時(shí)，磁體

離開(kāi)干簧管，干簧管失磁斷開(kāi)，繼電器被斷電.繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，

蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警.干簧管在電路中起傳感器和控制開(kāi)關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一

個(gè)自動(dòng)的雙向開(kāi)關(guān).(5)實(shí)驗(yàn)操作a.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

察簧片能否正常動(dòng)作.b.確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路.c.接通電源后，將磁體靠近和離開(kāi)干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.2.實(shí)驗(yàn)二：光控開(kāi)關(guān)(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求模擬光控路燈根據(jù)光照的變化自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉.(2)電路圖(3)實(shí)驗(yàn)器材和裝置發(fā)光二極管LED、三極管VT、可調(diào)電阻R1、繼電器K、限流電阻R2、光敏電阻RG、

二極管D、電源、小燈泡L.(4)電路工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼

電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開(kāi)狀態(tài)，小

燈泡L不亮.當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電

流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L.(5)實(shí)驗(yàn)操作a.按照電路圖連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源.b.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.c.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.d.讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅.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.

命題點(diǎn)1教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1.[教材原型實(shí)驗(yàn)/2021廣東]某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律.根據(jù)實(shí)驗(yàn)

需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材.(1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢(shì).選擇適當(dāng)倍率的歐姆擋，將兩

表筆

，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0Ω”處.測(cè)量時(shí)觀察到熱敏

電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻

阻值隨溫度的升高而

?.短接減小[解析]

用多用電表歐姆擋測(cè)量電阻時(shí)，在選擇適當(dāng)倍率后，需要先將兩表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕進(jìn)行調(diào)零.熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表

指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，說(shuō)明熱敏電阻阻值隨溫度的升高而減小.(2)再按下圖連接好電路進(jìn)行測(cè)量.①閉合開(kāi)關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片滑到

端(選填“a”或“b”).將溫控室的溫度設(shè)置為T，電阻箱R0調(diào)為某一阻值R01.閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器

R1，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置.記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)、T

和R01.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.再將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，閉合開(kāi)關(guān)S.反復(fù)調(diào)節(jié)R0和R1，使電

壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同.記錄此時(shí)電阻箱的阻值R02.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.b

②實(shí)驗(yàn)中記錄的阻值R01

R02(選填“大于”“小于”或“等于”).此時(shí)熱敏

電阻阻值RT＝

?.大于R01－R02

[解析]

①閉合開(kāi)關(guān)S前，為保護(hù)電路，應(yīng)將滑動(dòng)

變阻器R1的阻值調(diào)到最大，因此應(yīng)將滑動(dòng)變阻器R1的

滑片滑動(dòng)到b端.②溫度為T時(shí)，R01＝R02＋RT，顯然R01

大于R02，此時(shí)熱敏電阻阻值RT＝R01－R02.(3)改變溫控室的溫度，測(cè)量不同溫度時(shí)的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨

溫度的變化規(guī)律.命題點(diǎn)2創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2.[壓敏電阻]材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種

效應(yīng)可以測(cè)量壓力大小.若圖甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻—壓力特性曲線，其中

RF、R0分別表示有、無(wú)壓力時(shí)壓敏電阻的阻值.為了測(cè)量壓力F，需先測(cè)量壓敏電阻

處于壓力中的阻值RF.

請(qǐng)按要求完成下列實(shí)驗(yàn).(1)設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出

實(shí)驗(yàn)電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測(cè)壓力大小約為0.4×102～0.8×102

N，不考慮壓力對(duì)電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下：A.壓敏電阻，無(wú)壓力時(shí)阻值R0＝6000ΩB.滑動(dòng)變阻器R，最大阻值為200ΩC.電流表A，量程2.5mA，內(nèi)阻約30ΩD.電壓表V，量程3V，內(nèi)阻約3kΩE.直流電源E，電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻很小F.開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干[解析]

根據(jù)題述對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的要求，應(yīng)該采用分壓式接法、電流表內(nèi)接的電

路，如圖所示.(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測(cè)壓力下，通過(guò)壓敏電阻的電流是1.33mA，電

壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為

V.

2.00

[解析]根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則知，電壓表讀數(shù)為2.00V.(3)此時(shí)壓敏電阻的阻值為

Ω；結(jié)合圖甲可知待測(cè)壓力的大小F

＝

N.(計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

1.5×103

60

1.某學(xué)校的科技小組在一次創(chuàng)新大賽中利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一種“闖紅燈違規(guī)

記錄儀”，其工作原理如圖甲所示，當(dāng)光控開(kāi)關(guān)接收到某種顏色的光時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)

閉合，車輛經(jīng)過(guò)的路面下的壓敏電阻受到車的壓力，其阻值隨壓力變化如圖乙所

示，當(dāng)壓力變化引起電流變化達(dá)到一定值時(shí)，繼電器的銜鐵就被吸下，電路中的電

控照相機(jī)就啟動(dòng)，記錄下違規(guī)車輛實(shí)況.光控開(kāi)關(guān)未受到該種光照射就自動(dòng)斷開(kāi)，銜

鐵不被吸引，工作電路中的指示燈發(fā)光.123456圖甲圖乙(1)要記錄車輛違規(guī)闖紅燈的情境，光控開(kāi)關(guān)應(yīng)在接收到

(選填“紅”“綠”

或“黃”)光時(shí)自動(dòng)閉合.[解析]

因是闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器，故光控開(kāi)關(guān)應(yīng)在接收到紅光時(shí)自

動(dòng)閉合.紅123456(2)已知控制電路電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為2Ω，繼電器電阻為8Ω，當(dāng)控制電路中

電流大于0.06A時(shí)，銜鐵會(huì)被吸引.則只有質(zhì)量超過(guò)

kg的車輛違規(guī)時(shí)才會(huì)被記

錄.(重力加速度g取10m/s2)

400

1234562.[液位報(bào)警器/2024山東青島調(diào)研檢測(cè)]液位報(bào)警器是一種用于監(jiān)測(cè)、維護(hù)和測(cè)量

液面位置的傳感器，它會(huì)將感知到的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào).某實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)研究熱

敏電阻的特性制作了一個(gè)汽車低油位報(bào)警裝置，過(guò)程如下.(1)已知常溫下某熱敏電阻的阻值約為1.4kΩ，若用圖甲所示的多用電表測(cè)量該電阻

的阻值，需將選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋

(選填“×10”“×100”或“×1k”)

位置.[解析]多用電表在測(cè)電阻時(shí)，指針越接近中間位置，讀數(shù)越準(zhǔn)確，又讀數(shù)＝刻度×倍率，待測(cè)電阻約為1.4kΩ，則應(yīng)選×100倍率的擋位.×100

圖甲123456(2)設(shè)計(jì)圖乙電路探究該熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t變化的關(guān)系，開(kāi)關(guān)閉合前，滑片P

應(yīng)位于滑動(dòng)變阻器最

端(選填“左”或“右”)，已知定值電阻R0＝1.5kΩ，某

次測(cè)量中電流表A1的示數(shù)為3.20mA，A2的示數(shù)為2.40mA，兩電流表均可視為理想

電表，則此時(shí)熱敏電阻的阻值Rt＝

?kΩ.左2

圖乙123456(3)該實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，繪出了Rt－t圖像如圖丙所示，圖丁是他們根據(jù)此熱敏

電阻設(shè)計(jì)的汽車低油位報(bào)警器.其中電源的電動(dòng)勢(shì)E＝6.6V，定值電阻R＝1.5kΩ，長(zhǎng)

為l＝60cm的熱敏電阻下端緊靠油箱底部，不計(jì)報(bào)警器和電源內(nèi)阻.已知流過(guò)報(bào)警器

的電流I＞3.0mA時(shí)報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，若測(cè)得報(bào)警器報(bào)警時(shí)油液(油液內(nèi)熱敏電阻)的

溫度為15℃，油液外熱敏電阻溫度為50℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部

的距離約為

cm(結(jié)果保留1位小數(shù)).10.0(9.2～10.8均可)

圖丁123456(4)若保持油液的溫度為15℃，油液外熱敏電阻的溫度為50℃，隨著油箱中液面逐

漸降低，按照(3)中測(cè)量方法，實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)圖丙將電流表上“電流”刻度改為“液

面距油箱底部的距離”刻度，改裝后表盤上的刻度是

(選填“均勻”或

“非均勻”)的.[解析]根據(jù)(3)問(wèn)分析可知，改裝后表盤上的刻度是非均勻的.非均勻圖丙1234563.磁敏電阻是一種對(duì)磁敏感，具有磁阻效應(yīng)的電阻元件.磁敏電阻在磁場(chǎng)中阻值發(fā)生

變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng).某同學(xué)利用伏安法測(cè)量一磁敏電阻的阻值(幾千歐)隨磁感

應(yīng)強(qiáng)度的變化關(guān)系.所用器材：電源E，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值為20Ω)，電壓表(內(nèi)

阻約為3000Ω)，毫安表(可視為理想電表)，開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干.(1)在圖甲所給的器材符號(hào)之間畫出連線，組成測(cè)量電路圖.[解析]

因毫安表可視為理想電表，則可以采用電流表內(nèi)接法；滑動(dòng)變阻器的總

阻值為20Ω，待測(cè)磁敏電阻為幾千歐，屬于小電阻控制大電阻，則用滑動(dòng)變阻器的

分壓式接法便于操作和多測(cè)數(shù)據(jù).電路圖如圖所示.圖甲123456(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將磁敏電阻置于待測(cè)磁場(chǎng)中，記錄不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下電壓表和毫安表的

示數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的磁敏電阻阻值.若某次測(cè)量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為6.2

V和2.8mA，則此時(shí)磁敏電阻的阻值為

kΩ(保留兩位有效數(shù)字).

2.2

123456(3)實(shí)驗(yàn)中得到的該磁敏電阻阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化的曲線如圖乙所示.某次測(cè)量

中，測(cè)得磁敏電阻的阻值為10.0kΩ，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為

T(保留兩位有

效數(shù)字).[解析]根據(jù)R－B圖像可知，當(dāng)R＝10.0kΩ時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.4×10－4T.1.4×10－4

圖乙123456(4)太陽(yáng)風(fēng)是指從太陽(yáng)上層大氣射出的超聲速帶電粒子流，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)激烈爆發(fā)時(shí)，可

能會(huì)給地球帶來(lái)無(wú)法預(yù)計(jì)的磁暴災(zāi)難.某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)中的磁敏電阻制作了一種搭載

在人造衛(wèi)星上的探測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的報(bào)警器，其電路的一部分如圖丙所示.圖中E為直

流電源(電動(dòng)勢(shì)為9.0V，內(nèi)阻可忽略)，當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過(guò)3.0V時(shí)，便觸

發(fā)報(bào)警器(圖中未畫出)報(bào)警.若要求開(kāi)始報(bào)警時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為10－4T，則圖

中

(選填“R1”或“R2”)應(yīng)使用磁敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)

為

kΩ(保留兩位有效數(shù)字)；如果要提高此裝置的靈敏度(即在磁感應(yīng)強(qiáng)度更小時(shí)就能觸發(fā)報(bào)警)，應(yīng)該

(選填“增大”或“減小”)R1.R2

10

減小圖丙123456

123456

4.(1)利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來(lái)測(cè)量很小

范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高.①如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因

素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變

(選填“大”或

“小”).②上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出

熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤正中的溫度為20℃(如圖甲所示)，則25℃的刻度

應(yīng)在20℃的刻度的

(選填“左”或“右”)側(cè).小右123456③為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變化，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用圖中的

器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路.[解析]

①因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值增大，故電路中電流會(huì)

減小.②由①的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流，故在

20℃的刻度的右側(cè).③電路如圖所示.123456(2)圖丙為一測(cè)量硫化鎘光敏電阻特性的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定，內(nèi)阻不計(jì)，開(kāi)關(guān)

閉合后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡發(fā)光逐漸增強(qiáng)，測(cè)得流過(guò)電阻的電流和光

強(qiáng)的關(guān)系圖線如圖丁所示，試根據(jù)這一特性，在圖戊中用筆畫線連接給定的器材設(shè)

計(jì)一個(gè)自動(dòng)光控電路.123456[解析]

由光敏電阻的特性曲線可以看出，當(dāng)入射光增強(qiáng)時(shí)，流過(guò)光敏電阻的電

流增大，光敏電阻的阻值減小.根據(jù)題意設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)光控電路，如圖所示.控制過(guò)程是：當(dāng)有光照時(shí)，放大器輸出一個(gè)較大的電流，驅(qū)動(dòng)電磁繼電器吸引銜鐵

使兩個(gè)觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)無(wú)光照時(shí)，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩

個(gè)觸點(diǎn)閉合，工作電路接通，電燈開(kāi)始工作.1234565.[蘋果自動(dòng)分揀裝置/2023重慶高二期末]如圖甲所示為蘋果自動(dòng)分揀裝置的示意

圖.該裝置的托盤秤壓在以O(shè)1為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的杠桿上，杠桿左端壓在壓敏電阻R上，R的

阻值隨壓力變化的曲線如圖乙所示.當(dāng)質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)(0.15kg)的蘋果經(jīng)過(guò)托盤秤

時(shí)，杠桿對(duì)R的壓力為2N，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R0，使它兩端電壓恰好能使放大電路中的

電磁鐵吸動(dòng)分揀開(kāi)關(guān)的銜鐵，此電壓叫作放大電路的激勵(lì)電壓.放大電路中有保持電

路，能夠確保蘋果在銜鐵上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁鐵始終保持該蘋果在經(jīng)過(guò)托盤秤時(shí)的狀態(tài).圖甲圖乙123456(1)當(dāng)較大的蘋果通過(guò)托盤秤時(shí)，R所受的壓力較大，則電阻

(選填“較大”

或“較小”).[解析]由題圖乙可知當(dāng)較大的蘋果通過(guò)托盤秤時(shí)，R所受的壓力較大，電

阻較小.(2)自動(dòng)分揀裝置正常工作時(shí)，大于0.15kg的蘋果通過(guò)

(選填“通道A”或

“通道B”).[解析]大于0.15kg的蘋果通過(guò)托盤秤時(shí)，R0兩端的電壓達(dá)到放大電路的激勵(lì)電

壓，使放大電路中的電磁鐵吸動(dòng)分揀開(kāi)關(guān)的銜鐵，大蘋果進(jìn)入下面的通道B.

較小通道B

123456①為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值應(yīng)等于

kΩ(結(jié)果保留兩位有效數(shù)

字).②某同學(xué)想利用一塊電壓表測(cè)出每個(gè)蘋果的質(zhì)量，電壓表的示數(shù)隨蘋果質(zhì)量的增大

而增大，則電壓表應(yīng)該并聯(lián)在電阻

(選填“R”“R0”或“電源”)兩端.③已知壓敏電阻受到的壓力與蘋果的質(zhì)量成正比.若要將分揀標(biāo)準(zhǔn)提高到0.33kg，僅

將R0的阻值調(diào)為

kΩ即可實(shí)現(xiàn)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).16

R0

12

(3)若電源電動(dòng)勢(shì)為5V，內(nèi)阻不計(jì)，激勵(lì)電壓為2V.123456

1234566.[酒精檢測(cè)儀]交警在某次攔截進(jìn)行例行檢查過(guò)程中，用酒精檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)

果顯示駕駛?cè)诵⊥躐{駛小型轎車，酒精含量為48mg/100mL，屬于“酒駕”；而另

一位小李駕駛二輪摩托車，酒精含量為110mg/100mL，屬于“醉駕”.現(xiàn)代社會(huì)，

喝酒不開(kāi)車已經(jīng)成為基本行為準(zhǔn)則.某款酒精檢測(cè)儀如圖甲所示，核心部件為酒精氣

體傳感器，其電阻R與酒精氣體濃度c的關(guān)系如圖乙所示.某同學(xué)想利用該酒精氣體傳

感器設(shè)計(jì)一款酒精檢測(cè)儀，除酒精氣體傳感器外，在實(shí)驗(yàn)室中找到了如下器材.A.蓄電池(電動(dòng)勢(shì)E＝2V，內(nèi)阻r＝0.6Ω)；B.表頭G(滿偏電流6.0mA，內(nèi)阻未知)；C.