第十三章 实验十六 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Contents教材帮读透教材融会贯通高考帮研透高考明确方向03练习帮练透好题精准分层01Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.目录

1.实验一：门窗防盗报警装置(1)实验目的与要求当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出警报声，指

示灯灭.(2)电路图(3)实验器材和装置干簧管SA、继电器(虚线框部分)、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源、小磁

体、开关.(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.干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一

个自动的双向开关.(5)实验操作a.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.b.确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路.c.接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象.2.实验二：光控开关(1)实验目的与要求模拟光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭.(2)电路图(3)实验器材和装置发光二极管LED、三极管VT、可调电阻R1、继电器K、限流电阻R2、光敏电阻RG、

二极管D、电源、小灯泡L.(4)电路工作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.(5)实验操作a.按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源.b.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.c.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.d.让光照加强，当光照强到某种程度时，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.

命题点1教材基础实验1.[教材原型实验/2021广东]某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律.根据实验

需要已选用了规格和量程合适的器材.(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势.选择适当倍率的欧姆挡，将两

表笔

，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0Ω”处.测量时观察到热敏

电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻

阻值随温度的升高而

⁠.短接减小[解析]

用多用电表欧姆挡测量电阻时，在选择适当倍率后，需要先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮进行调零.热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表

指针向右偏转角度越大，说明热敏电阻阻值随温度的升高而减小.(2)再按下图连接好电路进行测量.①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到

端(选填“a”或“b”).将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01.闭合开关S，调节滑动变阻器

R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置.记录此时电压表和电流表的示数、T

和R01.断开开关S.再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S.反复调节R0和R1，使电

压表和电流表的示数与上述记录的示数相同.记录此时电阻箱的阻值R02.断开开关S.b

②实验中记录的阻值R01

R02(选填“大于”“小于”或“等于”).此时热敏

电阻阻值RT＝

⁠.大于R01－R02

[解析]

①闭合开关S前，为保护电路，应将滑动

变阻器R1的阻值调到最大，因此应将滑动变阻器R1的

滑片滑动到b端.②温度为T时，R01＝R02＋RT，显然R01

大于R02，此时热敏电阻阻值RT＝R01－R02.(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随

温度的变化规律.命题点2创新设计实验2.[压敏电阻]材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种

效应可以测量压力大小.若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中

RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压敏电阻

处于压力中的阻值RF.

请按要求完成下列实验.(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出

实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102

N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：A.压敏电阻，无压力时阻值R0＝6000ΩB.滑动变阻器R，最大阻值为200ΩC.电流表A，量程2.5mA，内阻约30ΩD.电压表V，量程3V，内阻约3kΩE.直流电源E，电动势3V，内阻很小F.开关S，导线若干[解析]

根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电

路，如图所示.(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电

压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为

V.

2.00

[解析]根据电压表读数规则知，电压表读数为2.00V.(3)此时压敏电阻的阻值为

Ω；结合图甲可知待测压力的大小F

＝

N.(计算结果均保留两位有效数字)

1.5×103

60

1.某学校的科技小组在一次创新大赛中利用所学物理知识设计了一种“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，其阻值随压力变化如图乙所

示，当压力变化引起电流变化达到一定值时，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射就自动断开，衔

铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光.123456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

(选填“红”“绿”

或“黄”)光时自动闭合.[解析]

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.红123456(2)已知控制电路电源电动势为6V，内阻为2Ω，继电器电阻为8Ω，当控制电路中

电流大于0.06A时，衔铁会被吸引.则只有质量超过

kg的车辆违规时才会被记

录.(重力加速度g取10m/s2)

400

1234562.[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.某实验小组通过研究热

敏电阻的特性制作了一个汽车低油位报警装置，过程如下.(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

(选填“×10”“×100”或“×1k”)

位置.[解析]多用电表在测电阻时，指针越接近中间位置，读数越准确，又读数＝刻度×倍率，待测电阻约为1.4kΩ，则应选×100倍率的挡位.×100

图甲123456(2)设计图乙电路探究该热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的关系，开关闭合前，滑片P

应位于滑动变阻器最

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，两电流表均可视为理想

电表，则此时热敏电阻的阻值Rt＝

⁠kΩ.左2

图乙123456(3)该实验小组经过多次测量，绘出了Rt－t图像如图丙所示，图丁是他们根据此热敏

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时报警器开始报警，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

cm(结果保留1位小数).10.0(9.2～10.8均可)

图丁123456(4)若保持油液的温度为15℃，油液外热敏电阻的温度为50℃，随着油箱中液面逐

渐降低，按照(3)中测量方法，实验小组根据图丙将电流表上“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

(选填“均匀”或

“非均匀”)的.[解析]根据(3)问分析可知，改装后表盘上的刻度是非均匀的.非均匀图丙1234563.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

变化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

应强度的变化关系.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(可视为理想电表)，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.[解析]

因毫安表可视为理想电表，则可以采用电流表内接法；滑动变阻器的总

阻值为20Ω，待测磁敏电阻为几千欧，属于小电阻控制大电阻，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.图甲123456(2)实验时，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6.2

V和2.8mA，则此时磁敏电阻的阻值为

kΩ(保留两位有效数字).

2.2

123456(3)实验中得到的该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图乙所示.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

T(保留两位有

效数字).[解析]根据R－B图像可知，当R＝10.0kΩ时，磁感应强度B＝1.4×10－4T.1.4×10－4

图乙123456(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计的磁暴灾难.某同学利用实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，内阻可忽略)，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.若要求开始报警时磁感应强度为10－4T，则图

中

(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应

为

kΩ(保留两位有效数字)；如果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)，应该

(选填“增大”或“减小”)R1.R2

10

减小图丙123456

123456

4.(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

范围内的温度变化，反应快，而且精确度高.①如果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

(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，就能直接显示出

热敏电阻附近的温度.如果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

(选填“左”或“右”)侧.小右123456③为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请在图乙中用图中的

器材(可增加元器件)设计一个电路.[解析]

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.123456(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，内阻不计，开关

闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光

强的关系图线如图丁所示，试根据这一特性，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.123456[解析]

由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电

流增大，光敏电阻的阻值减小.根据题意设计一个自动光控电路，如图所示.控制过程是：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，电灯开始工作.1234565.[苹果自动分拣装置/2023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

阻值随压力变化的曲线如图乙所示.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，调节可调电阻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123456(1)当较大的苹果通过托盘秤时，R所受的压力较大，则电阻

(选填“较大”

或“较小”).[解析]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)自动分拣装置正常工作时，大于0.15kg的苹果通过

(选填“通道A”或

“通道B”).[解析]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.

较小通道B

123456①为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值应等于

kΩ(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，则电压表应该并联在电阻

(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

kΩ即可实现(结果保留两位有效数字).16

R0

12

(3)若电源电动势为5V，内阻不计，激励电压为2V.123456

1234566.[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，在实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.