2025版新教材高考物理复习特训卷考点82实验：利用传感器制作简单的自动控制装置

考点82试验：利用传感器制作简洁的自动限制装置1.下图是学生设计的苹果自动分拣装置的示意图．该装置把大小不同的苹果，按肯定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果．该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在半导体薄膜压力传感器R1上．调整托盘秤压在杠杆上的位置，使杠杆对R1的压力处在传感器最灵敏的压力区间，R1所受的压力较小，电阻较大；所受的压力较大，电阻较小．（1）闭合开关S后，当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压（选填“较大”或“较小”），电磁铁（选填“吸动”或“不能吸动”）分拣开关，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道；（2）当大苹果通过托盘秤时，电磁铁（选填“吸动”或“不能吸动”）分拣开关，让大苹果进入下面通道．（3）托盘秤在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0.若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则应当调整托盘秤压在杠杆上的位置向（填“左”或“右”）移动一些才能符合要求．2.某同学依据所学学问制作了一台简易电子秤，原理图如图甲所示，图中电压表可视为志向电压表（量程为3V），滑动变阻器的最大阻值为R＝12Ω，该同学用刻度尺测得滑动变阻器有电阻丝缠绕的ab部分的长度为L＝20cm（电阻丝缠绕匀称）.（1）该同学先利用如图乙所示电路测定电子秤里两节纽扣电池（如图丙所示）的电动势和内阻，依据多次测量得到的数据作出的U′­I图像如图丁所示，可知这两节纽扣电池串联后的电动势为E＝V，内阻为r＝Ω；（2）该同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下试验：①调整图甲中滑动变阻器的滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零；②在托盘里缓慢加入细砂，直到滑动变阻器的滑片P恰好滑到b端，然后调整电阻箱R0，直到电压表达到满偏，试验过程中弹簧始终处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数为R0＝Ω；③已知所用的弹簧的劲度系数为k＝2.0×102N/m，重力加速度g＝10m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝kg（结果保留两位有效数字）；（3）试验过程所称量物体的质量和电压表的示数U的关系为（填“线性”或“非线性”）.3.如图所示，图甲为热敏电阻的R­t图像，图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一简易温控开关，继电器的电阻为60Ω.当继电器电流超过10mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控．为继电器线圈供电的电池E的内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．（1）供应以下试验器材：电源E1（3V），电源E2（6V），滑动变阻器R1（0～20Ω），滑动变阻器R2（0～220Ω），为使该装置实现对20～60℃之间随意温度的限制，电源应选（填“E1”或“E2”）；滑动变阻器应选（填“R1”或“R2”）.（2）为了实现恒温箱系统保持温度为40℃，试验时进行了以下操作：①断开开关，滑动变阻器调整至（填“最大”或“最小”），需将电阻箱调到一固定的阻值Ω；②将单刀双掷开关向c端闭合；③缓慢调整滑动变阻器的阻值视察到继电器的衔铁恰好被吸合；④保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷开关向另一端闭合，恒温箱系统正常工作；（3）若恒温箱系统要保持温度为40℃，则需把滑动变阻器调整到Ω；若恒温箱系统要保持温度为35℃，则滑动变阻器正常工作时须向（填“左”或“右”）移动滑动触头．4.为了节能环保，一些公共场所运用光控开关限制照明系统．光控开关可采纳光敏电阻来限制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生改变的元件（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx）.（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，依据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度改变的曲线．由图像可求出照度为0.6lx时的电阻约为kΩ.照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ5.83.72.32.01.8（2）如图乙，是街道路灯自动限制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在（填“AB”或“BC”）之间．（3）用多用电表“×10Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻为Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽视不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：R1（0～200Ω，1A）、R2（0～2000Ω，0.1A）.要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择（填“R1”“R2”）.为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动变阻器的滑片向（填“左”或“右”）端移动．5.国家有关酒驾的裁量标准如下：驾驶员血液酒精含量≥20mg/100mL，<80mg/100mL≥80mg/100mL行为定性饮酒驾驶醉酒驾驶酒精检测仪是交警执法时通过让司机呼气来检测司机是否酒驾的检测工具．现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”，即气敏电阻，气敏电阻的阻值随酒精气体浓度的改变而改变，下表显示了某气敏电阻Rx的阻值随酒精气体浓度的改变状况．酒精气体浓度/（mg/mL）00.10.20.30.40.50.60.70.8阻值/Ω1007055453935333130为了较精确测量酒精气体浓度为0.35mg/mL时气敏电阻Rx的阻值，试验室供应如下器材．A.电流表A1（0～100mA，内阻约为15Ω）B.电流表A2（0～0.6A，内阻约为5Ω）C.电压表V1（0～5V，内阻约为5kΩ）D.电压表V2（0～15V，内阻约为20kΩ）E.滑动变阻器R1（阻值范围为0～20Ω，允许通过的最大电流为2A）F.滑动变阻器R2（阻值范围为0～5Ω，允许通过的最大电流为0.2A）G.待测气敏电阻RxH.电源E（电动势为6V，内阻r约为2Ω）I.开关和导线若干J.恒温检测室（1）在如图所示的虚线框中画出测量Rx阻值的试验电路图．（2）为使测量尽量精确，试验时滑动变阻器应选，电压表应选，电流表应选．（填器材前面的序号）（3）某同学用该气敏电阻Rx设计了一个测定酒精气体浓度的电路用来检测是否酒驾，如图所示，该电路运用一个电压表，正常工作时，若被测气体酒精浓度为0，电压表指针满偏．运用一段时间后，电源电动势会稍变小，内阻会稍变大，保持滑动变阻器滑片不动，则酒精气体浓度的测量值将（选填“偏大”或“偏小”）.6.电子体温计（图1）正在渐渐替代水银温度计．电子体温计中常用的测温元器件是热敏电阻．某物理爱好小组制作一简易电子体温计，其原理图如图2所示．（1）爱好小组测出某种热敏电阻的I­U图像如图3所示，那么他们应当选用图电路（填“甲”或“乙”）；（2）现将上述测量的两个相同的热敏电阻（伏安特性曲线如图3所示）和定值电阻、恒压电源组成如图4所示的电路，电源电动势为6V，内阻不计，定值电阻R0＝200Ω，热敏电阻消耗的电功率为W（结果保留3位有效数字）；（3）热敏电阻的阻值随温度的改变如图5所示，在设计的电路中（如图2所示），已知电源电动势为5.0V（内阻不计），电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动（导通）电压为3.0V，即发光二极管两端电压U≥3.0V时点亮，同时电铃发声，红色发光二极管启动后对电路电阻的影响不计．试验要求当热敏电阻的温度高于38.5℃时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻（填“R1”或“R2”）为定值电阻，其阻值应调为Ω（结果保留3位有效数字）.考点82试验：利用传感器制作简洁的自动限制装置1．答案：(1)较小不能吸动(2)吸动(3)右解析：(3)因要提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则应使R1所受的压力减小，使电阻R1阻值较大，R2两端获得较小电压，使电磁铁不吸引分拣开关，故应调整托盘秤压在杠杆上的位置向右移动，从而使R1所受的压力减小．2．答案：(1)4.00.5(2)3.54.0(3)线性解析：(1)对图乙所示电路，依据闭合电路欧姆定律可得E＝U′＋Ir即U′＝E－Ir，U′­I图像与纵轴交点的纵坐标等于两节纽扣电池串联后的电动势，图线斜率的肯定值等于电池的内阻，由题图丁可知电动势为E＝4.0V，内阻为r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(2.0－4.0,4.0)))Ω＝0.5Ω.(2)电压表达到满偏时滑动变阻器接入电路的阻值为R＝12Ω，依据欧姆定律可得eq\f(U,R)＝eq\f(E,R0＋R＋r)，解得R0＝3.5Ω.滑动变阻器的滑片P滑到b端，弹簧的形变量增加了20cm，由平衡条件有kΔx＝mg，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝4.0kg.(3)所称量物体的质量m＝eq\f(kx,g)，电压表的示数为U＝eq\f(E,R＋R0＋r)·eq\f(R,L)x联立可得U＝eq\f(ERg,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＋R0＋r))Lk)m，可知所称量物体的质量m和电压表的示数U的关系为线性关系．3．答案：(1)E1R2(2)最大60(3)180左解析：(1)为使该装置实现对20～60℃之间随意温度的限制，滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻改变，故R>110Ω滑动变阻器选用R2；又有继电器电阻r＝60Ω电路中的电流I＝eq\f(E,r＋Rt＋R)，计算可知，若选用E2＝6V的电源，电路中的最小电流仍大于10mA，无法实现温控功能，而E1＝3V的电源可以满意试验要求，故选用电源E1；(2)将滑动变阻器调整至最大起爱护作用，由题图甲可知40℃时热敏电阻对应阻值为60Ω，因此需将电阻箱阻值调到60Ω；(3)当恒温箱内的温度保持40℃，应调整滑动变阻器R的阻值，使电流达到10mA，由闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,r＋Rt＋R)即R＝eq\f(E,I)－r－Rt＝180Ω，即滑动变阻器R的阻值应调整为180Ω；恒温箱系统要保持温度为35℃，热敏电阻阻值变大，滑动变阻器R的阻值须变小，即向左移动滑动触头．4．答案：(1)2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)(2)AB(3)140ΩR2左解析：(1)从图像上可以看出当照度为0.6lx时的电阻约为2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)；(2)当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应当熄灭，说明灯泡接在了AB上．(3)依据欧姆表的读数规则，所以电阻值为R＝14×10Ω＝140Ω，回路中的电流为2mA时回路中须要的电阻Rx＝eq\f(E,I)＝eq\f(6,0.002)Ω＝3000Ω，所以选择滑动变阻器R2比较合理．若要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，则天色更暗时间敏电阻更大，要先保证回路中的电流2mA不变，则应减小滑动变阻器的阻值，即向左滑动滑动变阻器．5．答案：(1)见解析(2)ECA(3)偏大解析：(1)因滑动变阻器阻值均比较小，所以采纳分压接法，又由eq\f(RV,Rx)＝eq\f(5000,40)＝125>eq\f(Rx,RA)＝eq\f(40,2)＝20，采纳电流表外接法，故试验电路应为(2)滑动变阻器F的额定电流太小，所以滑动变阻器选择E；依据表格，酒精气体浓度为0.35mg/ml时气敏电阻的阻值约为40Ω，电源电动势为6V，电压表选择C；气敏电阻的最大电流为I＝eq\f(5,40)A＝125mA，电流表选择A；(3)电压表满偏时，依据闭合电路欧姆定律得Um＝eq\f(E,Rx＋R1＋r)Rx运用一段时间后，电源电动势略微变小，内阻略微变大，调解R1后，电压表仍旧能满偏，因为电动势变小，回路的总电阻变小，电表的刻度必需随之变小才能精确测量，因为电表没有随着更改，所以酒精气体浓度的测量值将偏大．6．答案：(1)乙(2)1.44×10－2(3)R252.5解析：(1)描绘热敏电阻的伏安特性曲线，要求电压从0起先调整，故选择分压电路乙．(2)设热敏电阻两端电压为U、通过热敏