备考2025届高考物理一轮复习分层练习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器实验十六利用传感器制作简单的自动控制装置

试验十六利用传感器制作简洁的自动限制装置1.某学校的科技小组在一次创新大赛中利用所学物理学问设计了一种“闯红灯违规记录仪”，其工作原理如图甲所示，当光控开关接收到某种颜色的光时，开关自动闭合，车辆经过的路面下的压敏电阻受到车的压力，其阻值随压力变更如图乙所示，当压力变更引起电流变更达到确定值时，继电器的衔铁就被吸下，电路中的电控照相机就启动，记录下违规车辆实况.光控开关未受到该种光照耀就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光.图甲图乙（1）要记录车辆违规闯红灯的情境，光控开关应在接收到红（选填“红”“绿”或“黄”）光时自动闭合.（2）已知限制电路电源电动势为6V，内阻为2Ω，继电器电阻为8Ω，当限制电路中电流大于0.06A时，衔铁会被吸引.则只有质量超过400kg的车辆违规时才会被记录.（重力加速度g取10m/s2）解析（1）因是闯红灯违规证据模拟记录器，故光控开关应在接收到红光时自动闭合.（2）由闭合电路欧姆定律可得I＝ER＋r＋R继，解得R＝90Ω，再由R－F图像可读出当R＝90Ω时F＝4000N，由G＝mg可求出m2.[液位报警器/2024山东青岛调研检测]液位报警器是一种用于监测、维护和测量液面位置的传感器，它会将感知到的液位数据转换为电信号.某试验小组通过探讨热敏电阻的特性制作了一个汽车低油位报警装置，过程如下.图甲图乙（1）已知常温下某热敏电阻的阻值约为1.4kΩ，若用图甲所示的多用电表测量该电阻的阻值，需将选择开关旋转到欧姆挡×100（选填“×10”“×100”或“×1k”）位置.（2）设计图乙电路探究该热敏电阻的阻值Rt随温度t变更的关系，开关闭合前，滑片P应位于滑动变阻器最左端（选填“左”或“右”），已知定值电阻R0＝1.5kΩ，某次测量中电流表A1的示数为3.20mA，A2的示数为2.40mA，两电流表均可视为志向电表，则此时热敏电阻的阻值Rt＝2kΩ.图丙图丁（3）该试验小组经过多次测量，绘出了Rt－t图像如图丙所示，图丁是他们依据此热敏电阻设计的汽车低油位报警器.其中电源的电动势E＝6.6V，定值电阻R＝1.5kΩ，长为l＝60cm的热敏电阻下端紧靠油箱底部，不计报警器和电源内阻.已知流过报警器的电流I＞3.0mA时报警器起先报警，若测得报警器报警时油液（油液内热敏电阻）的温度为15℃，油液外热敏电阻温度为50℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为10.0（9.2～10.8均可）cm（结果保留1位小数）.（4）若保持油液的温度为15℃，油液外热敏电阻的温度为50℃，随着油箱中液面渐渐降低，依据（3）中测量方法，试验小组依据图丙将电流表上“电流”刻度改为“液面距油箱底部的距离”刻度，改装后表盘上的刻度是非匀整（选填“匀整”或“非匀整”）的.解析（1）多用电表在测电阻时，指针越接近中间位置，读数越精确，又读数＝刻度×倍率，待测电阻约为1.4kΩ，则应选×100倍率的挡位.（2）滑动变阻器以分压式接入电路，则测量电路的电压和电流应从零起先变更，即开关闭合前，滑片P应置于最左端；依据并联分流规律可得Rt＝I1I2R（3）设警戒液面到油箱底部的距离为h，依据题图丙可知，温度为15℃时，热敏电阻的阻值约为Rt1＝1.7kΩ，温度为50℃时，热敏电阻的阻值约为Rt2＝0.5kΩ，依据闭合电路欧姆定律结合电阻定律可得Rt1lh＋Rt2l（l－h）＋R（4）依据（3）问分析可知，改装后表盘上的刻度是非匀整的.3.磁敏电阻是一种对磁敏感，具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁场中阻值发生变更的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值（几千欧）随磁感应强度的变更关系.所用器材：电源E，滑动变阻器R（最大阻值为20Ω），电压表（内阻约为3000Ω），毫安表（可视为志向电表），开关S及导线若干.（1）在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图.图甲图乙（2）试验时，将磁敏电阻置于待测磁场中，记录不同磁感应强度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为6.2V和2.8mA，则此时磁敏电阻的阻值为2.2kΩ（保留两位有效数字）.（3）试验中得到的该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变更的曲线如图乙所示.某次测量中，测得磁敏电阻的阻值为10.0kΩ，此时磁感应强度为1.4×10－4T（保留两位有效数字）.（4）太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流，当太阳风激烈爆发时，可能会给地球带来无法预料的磁暴灾难.某同学利用试验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的探测磁感应强度的报警器，其电路的一部分如图丙所示.图中E为直流电源（电动势为9.0V，内阻可忽视），当图中的输出电压达到或超过3.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警.若要求起先报警时磁感应强度为10－4T，则图中R2（选填“R1”或“R2”）应运用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为10kΩ（保留两位有效数字）；假如要提高此装置的灵敏度（即在磁感应强度更小时就能触发报警），应当减小（选填“增大”或“减小”）R1.解析（1）因毫安表可视为志向电表，则可以接受电流表内接法；滑动变阻器的总阻值为20Ω，待测磁敏电阻为几千欧，属于小电阻限制大电阻，则用滑动变阻器的分压式接法便于操作和多测数据.电路图如图所示.（2）依据部分电路的欧姆定律可得磁敏电阻的阻值为R＝UI＝6.2（3）依据R－B图像可知，当R＝10.0kΩ时，磁感应强度B＝1.4×10－4T.（4）依据闭合电路欧姆定律可得输出电压为U＝ER2R1＋R2，要求输出电压达到或超过3.0V时报警，即要求磁感应强度增大时（电阻的阻值增大），输出电压增大，故须要R2的阻值增大才能实现此功能，故R2为磁敏电阻；已知报警电压为U＝3V，而B＝10－4T时，R2＝5kΩ，解得R1＝ER2U－R2＝10kΩ，在磁感应强度更小时R2的阻值较小，依据串联分压原理可知应将R1减小，从而让R24.（1）利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变更，反应快，而且精确度高.①假如将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变小（选填“大”或“小”）.②上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能干脆显示出热敏电阻旁边的温度.假如刻度盘正中的温度为20℃（如图甲所示），则25℃的刻度应在20℃的刻度的右（选填“左”或“右”）侧.③为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变更，请在图乙中用图中的器材（可增加元器件）设计一个电路.（2）图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的试验电路，电源电压恒定，内阻不计，开关闭合后，调整滑动变阻器滑片，使小灯泡发光渐渐增加，测得流过电阻的电流和光强的关系图线如图丁所示，试依据这一特性，在图戊中用笔画线连接给定的器材设计一个自动光控电路.解析（1）①因为温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值增大，故电路中电流会减小.②由①的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃的刻度的右侧.③电路如图所示.（2）由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增加时，流过光敏电阻的电流增大，光敏电阻的阻值减小.依据题意设计一个自动光控电路，如图所示.限制过程是：当有光照时，放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，电灯起先工作.5.[苹果自动分拣装置/2024重庆高二期末]如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图.该装置的托盘秤压在以O1为转动轴的杠杆上，杠杆左端压在压敏电阻R上，R的阻值随压力变更的曲线如图乙所示.当质量等于分拣标准（0.15kg）的苹果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为2N，调整可调电阻R0，使它两端电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此电压叫作放大电路的激励电压.放大电路中有保持电路，能够确保苹果在衔铁上运动时，电磁铁始终保持该苹果在经过托盘秤时的状态.图甲图乙（1）当较大的苹果通过托盘秤时，R所受的压力较大，则电阻较小（选填“较大”或“较小”）.（2）自动分拣装置正常工作时，大于0.15kg的苹果通过通道B（选填“通道A”或“通道B”）.（3）若电源电动势为5V，内阻不计，激励电压为2V.①为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值应等于16kΩ（结果保留两位有效数字）.②某同学想利用一块电压表测出每个苹果的质量，电压表的示数随苹果质量的增大而增大，则电压表应当并联在电阻R0（选填“R”“R0”或“电源”）两端.③已知压敏电阻受到的压力与苹果的质量成正比.若要将分拣标准提高到0.33kg，仅将R0的阻值调为12kΩ即可实现（结果保留两位有效数字）.解析（1）由题图乙可知当较大的苹果通过托盘秤时，R所受的压力较大，电阻较小.（2）大于0.15kg的苹果通过托盘秤时，R0两端的电压达到放大电路的激励电压，使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道B.（3）①杠杆对R的压力为2N时R阻值为24kΩ，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值需满意RR0＝（5－2②随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不变，R0分压增大，为了满意电压表的示数随苹果质量的增大而增大，须要将电压表并联在R0两端.③依据m1m2＝F1F2可知分拣标准到0.33kg时，压力为4.4N，此时R的阻值为18kΩ，依据①中分析知6.[酒精检测仪]交警在某次拦截进行例行检查过程中，用酒精检测仪进行检测，结果显示驾驶人小王驾驶小型轿车，酒精含量为48mg/100mL，属于“酒驾”；而另一位小李驾驶二轮摩托车，酒精含量为110mg/100mL，属于“醉驾”.现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为准则.某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示.某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在试验室中找到了如下器材.A.蓄电池（电动势E＝2V，内阻r＝0.6Ω）；B.表头G（满偏电流6.0mA，内阻未知）；C.电流表A（满偏电流10mA，内阻未知）；D.电阻箱R1（最大阻值999.9Ω）；E.电阻箱R2（最大阻值999.9Ω）；F.开关及导线若干.图甲图乙（1）该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头G的量程扩大为原来的10倍，他进行了如下操作：先断开开关S1、S2、S3，将R1、R2调到最大值.合上开关S1，将S3拨到2处，调整R2，使表头G满偏，电流表A示数为I.此时合上开关S2，调整R1和R2，当电流表A示数仍为I时，表头G示数如图丁所示，此时R1为108.0Ω，则改装电表时应将R1调为6.0Ω，改装结束后断开全部开关.图丙图丁（2）该同学若将图中开关S1、S2合上，而将S3拨到1处，电阻箱R2的阻值调为14.0Ω，酒精气体浓度为零时，表头G的读数为2.0mA.（3）完成步骤（2）后，某次在试验室中测试酒精含量时，表头指针指向5.0mA.已知酒精含量在0.2～0.8mg/mL之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过0.8mg/mL属于“醉驾”，则该次测试的酒精含量属于醉驾（选填“酒驾”或“醉驾”）.（4）运用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整R2（选填“R1”或“R2”），则此时所测的酒精气体浓度仍为精确值.解析（1）合上开关S1，将S3拨到2处，调整R2，使表头G满偏，电流表A示数为I.则表头G与电流表A串联，可知I＝Ig＝6.0mA.合上开关S2，调整R1和R2，当电流表A示数仍为I时，表头G与R1并联，由题图丁可知表头G的示数I'＝4mA，则R1中的电流I1＝I－I'＝2mA，由I'Rg＝I1R1，解得表头G的内阻Rg＝12R1＝54.0Ω.将表头G的量程扩大为原来的10倍，则与表头G并联的电阻R1中的电流为