2024年高考物理第一轮复习强化练习试题：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

夯实必备知识

五种敏感元件的作用和特点

敏感元件作用特点

将温度这个热学量转一般情况下，热敏电阻的阻值随温度的

热敏电阻

换为电阻这个电学量升高而减小，随温度的降低而增大

将温度这个热学量转一般情况下，金属热电阻的阻值随温度

金属热电阻

换为电阻这个电学量的升高而增大，随温度的降低而减小

将光照强度这个光学一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强

光敏电阻量转换为电阻这个电度的增强而减小，随光照强度的减弱而

学量增大

对于某个确定的霍尔元件，它的厚度"、

将磁感应强度这个磁

霍尔系数々为定值，如果保持电流/恒定，

霍尔元件学量转换为电压这个

则霍尔电压UH就与磁感应强度8成正比

电学量

(UH=号)

将压力这个力学量转

压敏电阻压敏电阻的阻值随力的变化而变化

换为电阻这个电学量

实验1门窗防盗报警装置

(1)电路如图1所示。

(2)实验操作

①连接电路前，要先判断干簧管是否正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧

片的动作。

②连接电路，接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，观察实验现象。

实睑2光控开关

(1)电路如图2所示。

(2)实验操作

①按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源。

②让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R使发光二极管LED或

小灯泡L刚好不发光。

③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。

④让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。

(3)注意事项

①安装前，对实验器材进行测试，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。

③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。

|研透命题要点

命题点一光电传感器的应用

【例1】(2021.辽宁适应性测试)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3(a)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HG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表®;电动势

为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。

实验时，先按图(a)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/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.00

U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.0

J/cm18.5020.0022.0023.5025.00

U/mV94.889.578.672.565.0

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&;=(用£、八R、U

表示);

(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U—4的非线性

曲线；

t//mV

05.010.015.020.025.030.03/5

(b)

(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”);

⑷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(C)所示电路，则电路中(填“R1”或“心”)

为光敏电阻，另一个为定值电阻。

E

答案(。济一火一r(2)见解析图(3)增大(4冰2

解析(1)由闭合电路欧姆定律得

E=&R+r+/?G)

,,E

=

故RG~^jR—R—ro

⑵作出第二组数据点，用平滑的曲线连起来。

(3)由题知，当d增大，光照强度减小，U减小，由KG=自?一R—r可得RG增大。

(4)若用为光敏电阻，因为光照强度变大，R电阻减小，由“串反并同”可知灯

泡变暗；若上为光敏电阻，光照强度变大，R2电阻减小，通过灯泡的电流增大,

灯泡变亮，故及为光敏电阻。

命题点二温度传感器的应用

【真题示例2】(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“0Q”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。

⑵再按图4所示连接好电路进行测量。

①闭合开关S前，将滑动变阻器吊的滑片滑到端（填或

将温控室的温度设置为T,电阻箱R）调为某一阻值Rn。闭合开关S,调节滑动

变阻器R,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Roi。断开开关S。

再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到。端，闭合开关So反复调节Ro和

R,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岛2。

断开开关S。

②实验中记录的阻值Roi&2（填“大于”“小于”或“等于”）。此时热敏

电阻阻值RT=o

（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⑴短接减小⑵①b②大于R）LR）2

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。

⑵①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到人端。②将电压

表与热敏电阻C端间的导线改接到。，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ROI=RO2+RT,所以ROI>HO2,RT=ROI—R02。

命题点三应用传感器的自动控制电路

【例3】（2021.辽宁丹东市一模）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/变化的图像如图5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

“X100”位置，欧姆调零，测线圈〃电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择

开关旋至_______（填“X10”或“义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Q；

图5

⑵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

（选填或"”）;

⑶流过继电器线圈ed的电流/o=lOmA时才会报警，若直流电源电动势Ex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o

A.0-200QB.0—500QC.0l1500Q

答案（1）X10220（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

变大点才能减小误差，所以应把选择开关旋至X10挡进行测量。所测继电器的阻

值为：表盘刻度读数义倍率=22X10Q=220C。

（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

Q。

（3）流过继电器线圈〃的电流/o=10mA时才会报警，若直流电源电动势Ei为

18V,则回路的总电阻的最小阻值为Rmin=[=]o]：o3Q=1.8X1O3Q,所以滑

动变阻器规格应该选择C。

【针对训练】（2021•北京西城区5月统测）为了节能和环保，一些公共场所用光敏

电阻制作光控开关来控制照明系统，如图6为电路原理图。图中，直流电源电动

势为3V,内阻可不计，R为可变电阻，RG为光敏电阻，其在不同照度下的阻值

如下表（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。若控

制开关两端电压升至2V时将自动开启照明系统，则以下说法正确的是（）

照度/1X0.20.40.60.81.01.2

电阻HG/kQ754028232018

照明系统

控制开关

//____

Rc.R

图6

A.若将R接入电路的阻值调整为20kQ,则当照度降低到1.0lx时启动照明系统

B.若要使照明系统在照度降低到0.8lx时启动，则要将R接入电路的阻值调整

为46kC

C.R接入电路的阻值不变时，照度越大，控制开关两端的电压越大

D.若要在光照更暗时启动照明系统，应将R接入电路的阻值调大

答案D

解析将R接入电路的阻值调整为20kQ,则当照度降低到1.0以时局为201＜。，

此时控制开关两端电压升为总电压一半1.5V,还未启动照明系统，故A错误；

使照明系统在照度降低到0.8lx时启动，根据串联电路特点，将R接入电路的阻

值调整为=能,解得R=11.5kQ,故B错误；R接入电路的阻值不变

2。3；k区。；十R刀3V

时，照度越大，光敏电阻阻值变小，分压变小，故C错误；若要在光照更暗，光

敏电阻更大时启动照明系统，根据串联电路特点可知，应将R接入电路的阻值调

大，故D正确。

提升素养能力

1.一台臭氧发生器P的电阻为10kQ,当供电电压等于24V时能正常工作，否

则不产生臭氧。现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时

能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻照对它进行控制，/?!

的阻值在有光照时为100Q,黑暗时为1000Q,允许通过的最大电流为3mA；

电源E的电动势为36V,内阻不计；另有一个滑动变阻器&,阻值为0-100

Q,允许通过的最大电流为0.4A；还有一个开关S和导线若干。臭氧发生器尸

和光敏电阻凡的符号如图7所示。

图7

设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器

两固定接线柱端分别标上字母A、8（电路图画在虚线框内）。

答案如图所示

入R.//

<E)_<=>

S'E

解析因滑动变阻器最大阻值100C远小于臭氧发生器P的电阻10kQ,应该采

用滑动变阻器的分压式接法，有光照时P能正常工作，无光照时P不工作。

2.（2021.湖北选择考模拟）由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于

热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50℃

时，系统开始自动报警。所用器材有:

直流电源E（36V,内阻不计）；

电流表（量程250mA,内阻约0.1C）；

电压表（量程50V,内阻约1MQ）；

热敏电阻RT；

报警器（内阻很小，流过的电流超过10mA时就会报警，超过30mA时就会损伤）；

滑动变阻器品（最大阻值4000C）；

电阻箱R2（最大阻值9999.9Q）；

单刀单掷开关S”

单刀双掷开关S2；

导线若干。

（1）用图8a所示电路测量热敏电阻RT的阻值。当温度为27℃时，电压表读数为

30.0V,电流表读数为15.0mA；当温度为50°C时，调节舟，使电压表读数仍为

30.0V,电流表指针位置如图b所示。

温度为50c时，热敏电阻的阻值为Q。从实验原理上看，该方法测得的阻

值比真实值略微（填“偏大”或“偏小”）。如果热敏电阻阻值随温度升

高而变大，则其为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。基于以上

实验数据可知，该热敏电阻RT为（填“正”或“负”）温度系数热敏电阻。

（2）某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图c所示，其

中有一个器件的导线连接有误，该器件为（填器件名称）。正确连接后，

先使用电阻箱及进行调试，其阻值设置为C,滑动变阻器R阻值从最大

逐渐减小，直至报警器开始报警，此时滑动变阻器R