高考物理一轮复习课时练习 第13章第4练　传感器　实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置（含详解）

1．基于“巨磁电阻效应”开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法中错误的是()A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用2．(2023·北京市人大附中检测)物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3V，内阻不计，实验室某日的照度随时间变化曲线如图乙，当控制开关两端电压U≥2V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是()照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754024201815A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大C．若将定值电阻的阻值变为20kΩ，该天6：00后照明系统即可工作D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短3．(2024·湖北省模拟)如图所示，虚线框内为漏电保护开关的原理示意图：变压器A处用火线和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器。B处有一个输出线圈，一旦线圈B中有电流，经放大后便能推动继电器切断电源。如果甲、乙、丙、丁四人分别以图示方式接触电线(裸漏部分)，甲、乙、丙站在木凳上，则下列说法正确的是()A．甲会发生触电事故，继电器不会切断电源B．乙会发生触电事故，继电器会切断电源C．丙会发生触电事故，继电器会切断电源D．丁会发生触电事故，继电器会切断电源4．图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件。安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是()A．当门关闭时，干簧管两簧片接通B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成C．如将门上镶嵌磁体的N、S极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电磁感应原理控制电路5．(2023·福建福州市二模)电子温度计的核心元件是热敏电阻。某型号的热敏电阻说明书显示的RT－t图像如图甲所示。学习小组想测量该热敏电阻RT在34～42℃的阻值与温度的关系。实验器材有电源(输出电压恒为U＝12.0V，不计内阻)，电流表A(量程Ig＝50mA，内阻rg＝50Ω)等，实验电路图如图乙所示。主要实验步骤如下：①闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电流表满偏；②保持滑动变阻器R接入电路的阻值不变，断开开关S，将RT做好防水处理后同温度计一起放进烧杯里，烧杯中倒入温水，当温度计示数为合适值时，读出电流表示数I；③水温逐渐降低，读出不同温度下电流表示数I，填到记录表格中。请完成以下问题；(1)有两个滑动变阻器可供选择，最大阻值分别为100Ω、200Ω，本实验应选择最大阻值为________Ω的滑动变阻器。(2)温度为42℃时电流表指针如图丙所示，读数为I＝__________mA，则测得的此温度下热敏电阻的阻值RT＝__________Ω(保留1位小数)。(3)小组利用此热敏电阻和电磁继电器设计一个温度报警装置，环境温度低于42℃时报警指示灯不亮，达到或超过42℃时指示灯亮，电路图如图丁所示。则指示灯应连接在___________(填“AB”或“CD”)间。6．(2023·河北省联考)某科技兴趣小组对具有自动加水功能的家用电热壶的原理十分感兴趣，于是自行设计了一个简化的装置示意图和电路图，如图甲所示。该装置可以实现在壶中的水量不足时自动加水，而在达到“预设水量”时，又能够自动停止加水的目的。底座可以承受水壶和水的全部重量，底座压在一个以O点为固定转轴的L形杠杆上。杠杆ABO段水平，另一端与压力传感器R1接触，R1的阻值与压力F之间的关系图像如图乙所示。当“控制电路”的输入端电压大于等于1V时，能控制水泵的电机开始工作，将水抽到水壶中。已知电源的电动势为6V，内阻为1Ω，R2为电阻箱(0～99.9Ω)，水壶中没有水时，水壶和底座的总质量为0.5kg，重力加速度g取10m/s2，“控制电路”输入端中的电流十分微弱，可以忽略，杠杆绝缘且质量不计，不考虑加水时水流的冲击力。回答下列问题：(1)水龙头往水壶加水的过程中，R1的阻值逐渐________，R2两端的电压逐渐________(均选填“增大”或“减小”)；为了实现上述功能，“控制电路”的输入端应该并联在电路的________端点(选填“a、b”或“c、d”)。(2)该小组的同学调节底座与杠杆的接触位置B，使图甲中OA的长度为OB长度的2倍，并要求“预设水量”为1L(对应的水的质量为1kg)。已知电阻R1受到的压力F＝eq\f(|OB|,|OA|)·FB，其中FB为杠杆上B点受到的压力，则应将R2调节为______Ω，此时R2两端的电压为________V。7．(2020·全国卷Ⅲ·23)已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R滑(最大阻值为20Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100Ω)。(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图(a)求得，此时室温约为________℃(保留3位有效数字)。(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中，E为直流电源(电动势为10V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中________(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。8．(2024·山东青岛市检测)山东省有全国最大的温室智能化育苗蔬菜基地，蔬菜育苗过程对环境要求严格，温室内的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等都很重要。其中光照强度简称照度，可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx。蔬菜生长适宜的照度为4000～25000lx，为了控制照度，科技人员设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于4000lx时，启动照明系统进行补光。(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R0，某同学如图乙连接各元件，测量光敏电阻在不同照度时的电阻，则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器滑到________(选填“1”或“2”)端；请根据图乙在虚线框内画出对应的电路图；(2)通过测量得出了电阻随照度变化的规律如图丙所示，由图可判断光敏电阻的阻值R0与照度______________反比例函数关系(选填“满足”或“不满足”)；(3)该同学用上述光敏电阻连接成图甲所示的控制电路，其中电源电动势E＝9.0V，内阻r＝10Ω，定值电阻R1＝100Ω，电阻箱R2的阻值调节范围是0～999.9Ω，光敏电阻R0的电压U增加到2.0V时光照系统开始工作，为了使光敏电阻在照度降低到4000lx时，自动控制系统开始补光，电阻箱R2的阻值应该调节为________Ω；(4)该光控装置使用较长时间后电源内阻变大，使得自动控制系统正常工作时的最小照度______4000lx。(选填“大于”“小于”或“等于”)第4练传感器实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置1．D[热敏电阻对温度很敏感，可用于温度测控装置中，光敏电阻对光照很敏感，是一种光电传感器，电阻丝可用于电热设备中，所以A、B、C三个说法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误。]2．D[当控制开关两端电压U≥2V时，控制开关自动启动照明系统，可知照度小时，控制开关两端电压大；根据表格数据可知照度小时，光敏电阻阻值大，则R1为光敏电阻，R2为定值电阻；照度越大，光敏电阻R1阻值越小，该电路控制开关两端的电压越小，故A、B错误；若将定值电阻的阻值变为20kΩ，由串联电路分压规律知控制开关自动启动时光敏电阻为40kΩ，此时对应照度为0.4lx，根据题图乙可知该天系统工作时间段为0～6：00、18：00～24：00，故C错误；该电路中定值电阻阻值越大，控制开关自动启动时光敏电阻越大，此时对应照度越小，该天的照明系统工作的时间越短，故D正确。]3．D[从题图中可知A线圈是用火线和零线双股平行线绕制成线圈，正常情况下火线和零线中电流方向相反、大小相等，线圈A产生的总磁通量为零，当漏电时，火线和零线中电流方向相反、大小不等，线圈A产生的总磁通量不为零，增加了，故会在线圈B中产生感应电流，经放大后便能推动继电器切断电源。甲、乙站在木凳上(人与地绝缘)接触火线时，火线和零线中电流方向相反、大小相等，线圈A产生的总磁通量为零，线圈B中不产生感应电流，继电器均不会切断电源，甲、乙不会发生触电事故，但丙双手接触“火线与零线”会触电(人与地绝缘)，火线和零线中电流方向相反、大小相等，线圈A产生的总磁通量为零，线圈B中不会产生感应电流，故继电器不会切断电源，但人会触电，A、B、C错误；当丁如题图中所示接触火线时会触电，会导致一部分电流通过大地，火线和零线中电流方向相反、大小不等，线圈A产生的总磁通量不为零，即增加了，故会在线圈B中产生感应电流，经放大后便能推动继电器切断电源，D正确。]4．A[干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，故D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，故B错误；如将门上镶嵌磁体的N、S极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误。]5．(1)200(2)30.7150.9(3)CD解析(1)闭合开关，调节滑动变阻器R，当电流表满偏时有eq\f(U,Ig)＝R＋rg＝240Ω，因此可知滑动变阻器需要调节到190Ω，则需选择最大阻值为200Ω的滑动变阻器。(2)根据电流表的表盘刻度可知，该电流表的精度为1mA，因此读数时需估读到下一位，根据指针所示可读得电流表得示数为30.7mA；根据闭合电路欧姆定律有U＝I(RT＋rg＋R)，代入数据解得RT≈150.9Ω。(3)根据温度报警器组装的电路图，当温度低于42℃时，热敏电阻的阻值较大，电磁继电器线圈中的电流较小，磁力不足以把衔铁吸下，灯不亮，说明报警指示灯连接在CD间。6．(1)减小增大a、b(2)24.04.8解析(1)加水的过程中，压力F变大，由题图乙知，R1的阻值逐渐减小，则电路总电阻逐渐减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路电流逐渐增大，则R2两端的电压逐渐增大；为了在水量达到“预设水量”时电机停止工作，要使“控制电路”输入端电压随水量的增加而减小，则“控制电路”输入端应该连接电路的a、b端点。(2)达到“预设水量”1L时，水壶和水的总重力为G＝(m水＋m0)g＝(1＋0.5)×10N＝15N，压力传感器R1上的压力为F＝eq\f(|OB|,|OA|)·FB＝eq\f(1,2)×15N＝7.5N，由题图乙读得R1的阻值为5.0Ω，由题意知达到“预设水量”时R1的电压应为1V，通过R1的电流应为I1＝eq\f(1,5.0)A＝0.2A，则R2的阻值应为R2＝eq\f(E,I1)－R1－r＝eq\f(6,0.2)Ω－5.0Ω－1Ω＝24.0Ω，此时R2两端的电压为U2＝I1R2＝0.2×24.0V＝4.8V。7．(1)见解析图(2)1.8(3)25.5(4)R11.2解析(1)滑动变阻器最大阻值仅20Ω，应采用分压式接法，电压表为理想电表，应采用毫安表外接法，测量电路图如图所示。(2)热敏电阻的阻值R＝eq\f(U,I)＝eq\f(5.5V,3.0mA)≈1.8kΩ。(3)根据R－t图像，R＝2.2kΩ时，t约为25.5℃。(4)输出电压变大时，R2两端电压变大，R1两端电压变小。根据R－t图像知，温度升高时热敏电阻的阻值减小，则电路中电流变大，固定电阻两端的电压变大，所以固定电阻应为R2，热敏电阻应为R1，t＝50℃时，R1＝0.8kΩ，根据串联电路中电阻与电压的关系可得eq\f(R1,R2)＝eq\f(10－6.0,6.0)，解得R2＝1.2kΩ。8．(1)2见解析图(2)不满足(3)65.0(4)小于解析(1)