2025高考物理总复习实验利用传感器制作简单的自动控制装置

第4讲实验利用传感器制作简单的自动控制装置高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验:门窗防盗报警装置1.功能门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路,启动防盗报警装置。当门窗紧闭时,蜂鸣器不响,指示灯亮;当门窗被打开时,蜂鸣器发出声音警报,指示灯灭。2.实验器材及电路图

干簧管SA、继电器(虚线框内)、发光二极管LED、蜂鸣器H、限流电阻R、电源、开关、导线、磁体M。3.实验原理闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。4.实验操作(1)连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常运动。(2)确定各元件可以正常工作后,按照电路图连接电路。(3)接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。二、实验:光控开关1.功能光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。利用光敏电阻设计电路,在天色暗到一定程度时让路灯自动开启,而在天明时自动熄灭。2.实验器材及电路图可调电阻R1、光敏电阻RG、晶体三极管VT、发光二极管LED、限流电阻R2、继电器、二极管D、小灯泡L、电源、开关、导线等。甲乙3.实验原理当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。4.实验操作(1)按照电路图连接电路,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R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。(3)遮挡光敏电阻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。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。×√√×研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

门窗防盗报警装置典题1(1)实验器材和装置干簧管作为传感器,用于感知磁体磁场是否存在,继电器(虚线框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示,R为发光二极管的

,起保护作用,蜂鸣器H作为

,电路设计如图所示。

限流电阻警报提醒(2)电路工作原理当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两簧片被

相吸,继电器接通而工作。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁

,继电器被断电,动触点c与常闭触点b

,蜂鸣器H发声报警。

(3)实验操作①检查干簧管。用

直接靠近干簧管,观察干簧管

能否正常运动。

②连接电路前,要检查其他元件是否也能正常工作。③接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。磁化断开接通磁体簧片解析

(1)二极管的正向电阻很小,需要限流电阻起保护作用,蜂鸣器可以起到警报提醒作用。(2)当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两簧片被磁化相吸,继电器接通而工作。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电,动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。(3)用磁体直接靠近干簧管,观察干簧管簧片能否正常运动。考向二

光控开关典题2(2024安徽亳州模拟)光敏电阻广泛地应用于光控制电路中,物理探究小组设计了图甲所示的电路测量不同照度下的光敏电阻的阻值,照度单位为勒克斯(lx)。小组成员先将照射光敏电阻的光调至某一照度,将电阻箱阻值调到最大,先闭合开关S1,再将开关S2与1连接,调节电阻箱的阻值如图乙所示时,此时通过电流表G的电流为I,然后将开关S2与2连接,当调节电阻箱的阻值如图丙所示时,电流表的示数恰好也为I。甲乙丙(1)图乙的读数R1=

Ω,图丙的读数R2=

Ω,此照度下光敏电阻的阻值R0=

Ω。

乙丙23201120

1200(2)该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系图像如图丁所示,由图丁可知(1)中的光照度为

lx(保留两位有效数字)。

(3)此光敏电阻随光照强度的减小而

(选填“增大”“不变”或“减小”)。

丁1.0增大(4)小组设计了如图戊所示的电路控制路灯,图戊中R0为此实验的光敏电阻,R1为滑动变阻器,电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成,R2为电磁铁的线圈电阻,K为单刀双掷开关。当光照强度小到某一值时,衔铁就会被吸下,交流电路接通,当光照强度达到某一值时,衔铁就会被弹簧拉起,交流电路就会断开,路灯熄灭,请在图戊中原有电路的基础上用笔画连接电路实现这一功能。戊见解析解析

(1)根据电阻箱各旋钮的示数,可知R1=2

320

Ω,R2=1

120

Ω;根据题意可知,开关与1连接和与2连接时电流表的示数都为I,根据闭合电路欧姆定律可知两种情况下电路中电阻大小相等,所以R0=R1-R2=2

320

Ω-1

120

Ω=1

200

Ω;(2)根据R0的阻值,结合图丁可知(1)中的光照度为1.0

lx;(3)根据图丁可知,此光敏电阻随光照强度的减小而增大;(4)将线圈与光敏电阻并联,然后与滑动变阻器以及电源串联,这样当光照强度减小时,光敏电阻的阻值增大,并联部分的分压变大,线圈中的电流增大,螺线管的磁性变强,将衔铁吸下,路灯接通;当光照强度增大时,光敏电阻阻值变小,并联部分分压变小,线圈中的电流减小,螺线管的磁性变弱,衔铁弹起,路灯熄灭。考点二实验的改进与创新考向一

温度传感器的应用典题3(2023山东东营模拟)小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示(虚线框内的连接没有画出)。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的甲下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电源E1=5V,内阻不计,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0=30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图乙所示。乙(1)由图乙可知,当环境温度为80℃时,热敏电阻阻值为

Ω;

(2)由图乙可知,当环境温度升高时,热敏电阻阻值将

(选填“增大”“减小”或“不变”),继电器的磁性将

(选填“增强”“减弱”或“不变”);

30减小增强(3)图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱

(选填“A”或“B”)相连;

(4)当环境温度大于等于

℃时,警铃报警。

甲A40解析

(1)由图乙可知,当环境温度为80

℃时,热敏电阻阻值为30

Ω。(2)由图乙可知,当环境温度升高时,热敏电阻阻值将减小;热敏电阻阻值减小,则流过继电器的电流增大,磁性增强。(3)由于继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮。所以图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。(4)当线圈中的电流大于等于50

mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。根据欧姆定律E1=I(R0+R),得R=70

Ω,此时温度为40

℃,则环境温度大于等于40

℃时,警铃报警。考向二

压力传感器的应用典题4(2023湖南常德模拟)某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某力敏电阻Rx的压阻效应,然后将该力敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻Rx的阻值变化范围为50~250Ω。供选择的实验器材如下:A.电源E:电动势为3V,内阻不计B.电流表A1:量程为0~3mA,内阻r1=10ΩC.电流表A2:量程为0~30mA,内阻r2约为1ΩD.电阻箱R1:阻值范围0~9999.9ΩE.定值电阻R0:R0=50ΩF.开关S、导线若干(1)为了较准确地测量力敏电阻Rx,某同学设计了图甲的实验电路图,根据所设计的电路图,设电流表A1、A2的示数分别为I1、I2,电阻箱的电阻为R1,则Rx的测量值为Rx=

。(用题中所给物理量表示)

(2)该同学根据实验测量结果,作出力敏电阻Rx随所加外力F的Rx-F图像,如图乙所示,则由此图像可知,随压力F的增大,力敏电阻Rx的阻值