2025年高考物理一轮总复习课件 第13章 实验16 利用传感器制作简单的自动控制装置

第十三章交变电流电磁振荡和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实验知识·自主回顾核心考点·重点突破提能训练练案[68]实验知识·自主回顾一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2．学会利用传感器制作简单的自动控制装置。二、实验原理1．常见传感器元件(1)金属热电阻：有些金属随温度升高电阻增大。(2)NTC热敏电阻：有些半导体随温度升高电阻________。(3)光敏电阻：光照越强，电阻越______。减小小2．传感器及其工作原理传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等________量，或转换为电路的________把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、________处理和________。传感器应用的一般模式如图所示：电学通断传输控制三、门窗防盗报警装置1．实验目的(1)了解门窗防盗报警装置的工作原理。(2)练习使用传感器自动控制设备。2．示意图及电路图3．实验器材和装置(1)干簧管SA：作为__________，感知磁体M磁场是否存在。(2)继电器(虚线框部分)：作为执行装置。(3)发光二极管LED：作为电路正常工作提示。(4)电阻R：作为发光二极管的限流电阻，起________作用。(5)蜂鸣器H：作为____________。传感器保护报警提醒4．电路工作原理闭合电路开关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____________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________，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。干簧管在电路中起__________和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。磁化相吸断开传感器5．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，观察簧片能否正常动作。(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。四、光控开关1．实验目的(1)了解光控开关电路及控制原理。(2)会组装光控开关。2．电路如图所示3．工作原理当环境光比较______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______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．实验器材发光二极管LED、晶体三极管VT、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸、小灯泡L。强弱5．实验步骤(1)按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源。(2)让________电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻_______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。光敏R16．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。核心考点·重点突破1教材原型实验(基础考点·自主探究)【跟踪训练】(利用光敏电阻制作简单的自动控制电路)为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(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，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线，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/kΩ5.83.7

2.32.01.82.8(2)如图乙，是街道路灯自动控制设计电路，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。AB(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，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：140R1(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”或“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。[解析]

(1)从图像上可以看出当照度为0.6lx时的电阻约为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，磁性增强，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，说明灯泡接在了AB上。R2左(利用热敏电阻制作简单的自动控制电路)(2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲。设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭。当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1kΩ)：指示灯L1和L2(2.5V,0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T。(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)。A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭CD(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是______________(填写各步骤前的字母)。A．将选择开关旋转到“×100”位置B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D．测量指示灯L1两端的阻值E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡CABDE操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是_______断路损坏；若指针如图4所示，可判断是_______断路损坏。(用电路中的元件符号表示)L1R1(2)多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两只表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表。故正确顺序为CABDE。由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出L1两端有1100Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏。由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图4可看出欧姆表的示数几乎为零，此时选用的是“×100”挡则说明灯泡L1正常，则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏。2创新实验提升(能力考点·深度研析)除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：1．压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)。2．气敏电阻：将气体浓度转换为电学量(电阻)。3．光电管：将所收到的光信号转换成电信号。4．电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)。5．霍尔元件：(1)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡。6．弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)。►考向1霍尔元件(2024·定远县高三月考)如图甲所示，利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率的自行车速度计。一块磁铁安装在自行车前轮上，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。如图乙所示，为霍尔元件的工作原理图，电源输出电压为U1。当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现如图乙所示的电势差，称为霍尔电势差U2。下列说法正确的是()A．图乙中霍尔元件的载流子带正电B．自行车的车速越大，霍尔电势差U2越大C．若传感器的电源输出电压U1变小，霍尔电势差U2仍保持不变D．已知自行车车轮的半径，再根据单位时间内的脉冲数，即可求得车速大小D►考向2利用压敏电阻制作简单的自动控制电路

传感器可以感受光强、温度、力、磁感应强度等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中，在图甲中，热敏电阻的阻值随温度变化对应的图线是______(选填“1”或“2”)线。2(2)利用压敏电阻制作的传感器，可用于设计制作“车辆闯红灯违规记录仪”，仪器主要由控制电路和工作电路组成，如图乙所示，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开。将控制电路中的压敏电阻埋在路面停止线前侧，压敏电阻阻值随压力的变化如图丙所示。控制电路中电源的电动势为9V，内阻为1Ω，继电器线圈电阻为9Ω，滑动变阻器连入电路的电阻为50Ω；当控制电路中的电流大于0.06A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。①当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表A的示数会变______(选填“小”或“大”)。②只有车辆对压敏电阻的压力超过_____________N后