第4講傳感器實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置[教材閱讀指導(dǎo)](對應(yīng)人教版選擇性必修第二冊相關(guān)內(nèi)容及問題)第五章閱讀“1認(rèn)識傳感器”。第五章第2節(jié)結(jié)合“圖5.2-4電阻隨溫度的變化關(guān)系”，說一說金屬熱電阻阻值隨溫度變化的特點與熱敏電阻的不同。提示：與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。第五章第2節(jié)閱讀[拓展學(xué)習(xí)]“霍爾元件”。第五章閱讀“3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置”。第五章第3節(jié)[練習(xí)與應(yīng)用]T1。提示：P端電勢低于Q端，指針向零點左側(cè)偏轉(zhuǎn)。第五章[復(fù)習(xí)與提高]A組T3。提示：電路原理圖如圖所示：第五章[復(fù)習(xí)與提高]B組T4；T5。提示：T4：U＝eq\f(mgRE,kl（R＋R0＋r）)。T5：(1)用左手定則分析電子所受洛倫茲力時，注意電子帶負(fù)電，運(yùn)動方向與電流方向相反，下側(cè)面A′電勢高。(2)由eq\f(UH,h)·e＝Bev，I＝nevhd聯(lián)立可得：UH＝eq\f(BI,ned)。(3)有影響，應(yīng)使磁感線平行A、A′面，且與電流I的方向垂直；設(shè)k為放大顯示的倍數(shù)，由U＝kUH，UH＝eq\f(BI,ned)，得U＝eq\f(kBI,ned)，則k、I、n、e、d一定時，U與B成正比，即磁傳感器的示數(shù)與被測磁感應(yīng)強(qiáng)度有線性關(guān)系。必備知識梳理與回顧一、傳感器及其工作原理1．傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等eq\x(\s\up1(01))電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的eq\x(\s\up1(02))通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、eq\x(\s\up1(03))傳輸、處理和eq\x(\s\up1(04))控制。傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示：2．傳感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測eq\x(\s\up1(05))非電學(xué)量的部分。(2)轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成eq\x(\s\up1(06))電信號的部分。(3)信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：能把輸出的微弱的電信號放大的部分。3．傳感器的分類工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制成力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等化學(xué)傳感器利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度轉(zhuǎn)換為電信號離子傳感器、氣體傳感器等生物傳感器利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)酶傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器等二、常見敏感元件1．光敏電阻(1)特點：光照越強(qiáng)，電阻eq\x(\s\up1(01))越小。(2)原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能eq\x(\s\up1(02))差；隨著光照的eq\x(\s\up1(03))增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。(3)作用：把eq\x(\s\up1(04))光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為eq\x(\s\up1(05))電阻這個電學(xué)量。2．熱敏電阻和金屬熱電阻(1)熱敏電阻熱敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯。如圖甲所示為一種熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性曲線，溫度升高時，其電阻eq\x(\s\up1(06))減小。(2)金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而eq\x(\s\up1(07))增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線。(3)作用：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。注意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。3．電阻應(yīng)變片(1)電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體eq\x(\s\up1(08))形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為eq\x(\s\up1(09))電阻這個電學(xué)量。(2)應(yīng)變式電子秤的組成及敏感元件：由金屬梁和電阻eq\x(\s\up1(10))應(yīng)變片組成，敏感元件是eq\x(\s\up1(11))應(yīng)變片。(3)應(yīng)變式電子秤的工作原理一、堵點疏通1．傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。()2．傳感器只能感受溫度和光兩個物理量。()3．隨著光照的增強(qiáng)，光敏電阻的電阻值逐漸增大。()4．應(yīng)變式電子秤所使用的測力裝置是力傳感器，它是把力信號轉(zhuǎn)換為電阻信號。()答案1.√2.×3.×4.√二、對點激活1.(粵教版選擇性必修第二冊·第五章第二節(jié)圖5-2-1改編)如圖所示為一種呼氣酒精測試儀的原理圖，其中酒精氣體傳感器的電阻值R′的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比，R、R0、r、E值恒定，電壓表為理想電表。電壓表示數(shù)為U，則下列說法正確的是()A．c與U成反比B．U越大，表示酒精濃度c越小C．酒精氣體傳感器把電信息轉(zhuǎn)化成非電信息D．當(dāng)醉酒人員對傳感器呼氣時，U變大答案D解析由題意可知，酒精氣體傳感器的電阻R′與酒精氣體的濃度c之間的關(guān)系為R′＝eq\f(k,c)，其中k為常量，由閉合電路的歐姆定律得，電路中的電流I＝eq\f(E,r＋R0＋R＋R′)，又U＝IR0，聯(lián)立得U＝eq\f(ER0,r＋R0＋R＋\f(k,c))，則c與U不成反比，A錯誤；由U的表達(dá)式知，酒精濃度c越大，U越大，B錯誤，D正確；酒精氣體傳感器把非電信息(酒精氣體濃度)轉(zhuǎn)化成電信息(電阻)，C錯誤。2．(魯科版選擇性必修第二冊·第5章第3節(jié)圖5-18改編)一種指紋識別器是通過電容傳感器來識別指紋的。該傳感器上有大量面積相同的小極板，當(dāng)手指貼在傳感器上時，這些小極板和正對的皮膚表面部分形成大量的小電容器，傳感器給所有電容器充電后使所有電容器達(dá)到某一特定的電壓值，由于指紋的凸起和凹下處與小極板的距離不同，識別器中不同位置的電容器的電容值也不相同，根據(jù)電容器放電快慢的不同，就可以探測指紋信息，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。下列說法正確的是()A．用指紋的照片蒙在該傳感器上，也可以實現(xiàn)手機(jī)解鎖功能B．指紋凹下處電容器的電容較大C．充電后指紋凸起處電容器所帶電荷量較大D．潮濕的手指對指紋識別沒有影響答案C解析用指紋的照片蒙在該傳感器上，由于沒有指紋的凸起和凹下皮膚與小極板形成小電容器，因此不能實現(xiàn)手機(jī)解鎖功能，A錯誤；指紋凹下處電容器兩極板間距離較大，由C＝eq\f(εrS,4kπd)可知，該處電容器的電容較小，同理，指紋凸起處的電容器電容較大，由題意知充電完畢時所有小電容器兩極板間電壓相等，再結(jié)合Q＝CU可知，充電后指紋凸起處電容器所帶電荷量較大，B錯誤，C正確；潮濕的手指指紋之間可能被水填充，被水填充部分的電容會發(fā)生變化，所以可能會對指紋識別有影響，D錯誤。3．(人教版選擇性必修第二冊·課題研究圖研-4改編)(多選)用如圖所示的裝置自動分揀同一品種的蘋果，該裝置把大小不同的蘋果按一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動分揀為大蘋果和小蘋果。R1為壓力傳感器，R2為可調(diào)電阻，R2兩端電壓越大，電磁鐵對分揀開關(guān)的銜鐵吸引力越強(qiáng)，假設(shè)同品種蘋果的密度相同，下列說法正確的是()A．壓力越大R1越大B．壓力越大R1越小C．調(diào)節(jié)R2的大小不能改變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)D．調(diào)節(jié)R2的大小可以改變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)答案BD解析大蘋果對托盤秤的壓力較大，由題圖可知，大蘋果通過托盤秤時，電磁鐵對分揀開關(guān)銜鐵吸引力較強(qiáng)，則R2兩端電壓較大，R1較小，所以壓力越大，R1越小，故A錯誤，B正確；由題意可知，只有R2兩端電壓達(dá)到或超過某一數(shù)值U0時，下面的通道才會打開，通過調(diào)節(jié)R2的大小，可以改變R2的兩端電壓為U0時，R1所對應(yīng)的阻值，即可改變打開下面通道的蘋果的最小質(zhì)量，從而改變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)，故C錯誤，D正確。關(guān)鍵能力發(fā)展與提升考點一傳感器的特性及應(yīng)用深化理解霍爾元件的應(yīng)用霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏元件。一般用于電機(jī)中測定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓、電腦中的散熱風(fēng)扇等。(1)霍爾元件的工作原理：如圖所示，E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B時，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓。(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，載流子所受靜電力和洛倫茲力二力平衡。(3)霍爾電壓：UH＝keq\f(IB,d)(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù))。其中UH與B成正比，所以霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。考向1熱敏電阻的特性及應(yīng)用例1(2022·重慶高考)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時，其阻值隨溫度的變化關(guān)系。實驗電路如圖所示，實驗設(shè)定恒定電流為50.0μA，主要實驗器材有：恒壓直流電源E、加熱器、測溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V。(1)用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，為使電流表的示數(shù)仍為50.0μA，須調(diào)節(jié)____________(選填一種給定的實驗器材)。當(dāng)RT兩端未連接電壓表時，電流表示數(shù)為50.0μA；連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，須將原電壓表更換為內(nèi)阻________(選填“遠(yuǎn)大于”“接近”“遠(yuǎn)小于”)RT阻值的電壓表。(2)測得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示，由圖可得溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是________kΩ·℃－1(保留2位有效數(shù)字)。[答案](1)可變電阻R1遠(yuǎn)大于(2)－1.2[解析](1)由題知恒壓直流電源E提供的電壓不變，用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，RT的阻值發(fā)生改變，要確保電流表的示數(shù)仍為50.0μA，則必須控制整個回路的總電阻不變，故須調(diào)節(jié)的器材是可變電阻R1。連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，則說明電壓表與RT并聯(lián)的總阻值R總明顯小于RT，根據(jù)并聯(lián)電阻R總＝eq\f(RTRV,RT＋RV)＝eq\f(RT,\f(RT,RV)＋1)，可知要保證R總近似等于RT，須將原電壓表更換為內(nèi)阻RV遠(yuǎn)大于RT阻值的電壓表。(2)由題中U-t圖像可得，溫度為35.0℃時RT兩端的電壓為1.60V，根據(jù)歐姆定律可知此時熱敏電阻的阻值RT1＝eq\f(1.60,50.0×10－6)Ω＝32kΩ；溫度為40.0℃時RT兩端的電壓為1.30V，根據(jù)歐姆定律可知此時熱敏電阻的阻值RT2＝eq\f(1.30,50.0×10－6)Ω＝26kΩ。則溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是k＝eq\f(ΔRT,Δt)＝eq\f(26－32,40－35)kΩ·℃－1＝－1.2kΩ·℃－1，負(fù)號表示隨著溫度升高RT的阻值減小?？枷?光敏電阻的特性及應(yīng)用例2某同學(xué)為定性探究光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度變化的關(guān)系，設(shè)計了如圖a所示的電路。所用器材有：置于暗箱(圖中虛線區(qū)域)中的光敏電阻RG、小燈泡和刻度尺；阻值為R的定值電阻；理想電壓表V；電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。實驗時，先按圖a連接好電路，然后改變暗箱中光源到光敏電阻的距離d，記錄電壓表的示數(shù)U，獲得多組數(shù)據(jù)如下表。d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.00U/mV271.0220.0180.0156.7114.9114.0d/cm18.5020.0022.0023.5025.00U/mV94.889.578.672.565.0回答下列問題：(1)光敏電阻阻值RG與電壓表示數(shù)U的關(guān)系式為RG＝________________(用E、r、R、U表示)。(2)在圖b的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給的第二組數(shù)據(jù)點，并作出U-d曲線。(3)依據(jù)實驗結(jié)果可推斷：光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的減小而______(填“增大”或“減小”)。(4)該同學(xué)注意到智能手機(jī)有自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強(qiáng)度大時屏幕變亮，反之變暗。他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實現(xiàn)“有光照射光敏電阻時，小燈泡變亮；反之變暗”的功能，設(shè)計了如圖c所示的電路，則電路中________(填“R1”或“R2”)為光敏電阻，另一個為定值電阻。[答案](1)eq\f(E,U)R－r－R(2)圖見解析(3)增大(4)R2[解析](1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，可得eq\f(E,r＋R＋RG)R＝U，解得RG＝eq\f(E,U)R－r－R。(2)描點、連線如圖所示。(3)當(dāng)光源距離光敏電阻越遠(yuǎn)時，光照強(qiáng)度越小，電壓表示數(shù)越小，根據(jù)RG＝eq\f(E,U)R－r－R可知，光敏電阻的阻值RG越大。(4)如果R1為光敏電阻，有光照射光敏電阻時，外電路總電阻變小，路端電壓降低，燈泡兩端電壓降低，燈泡變暗；若R2為光敏電阻，有光照射光敏電阻時，外電路總電阻變小，干路電流增大，內(nèi)電壓升高，路端電壓降低，流過R1的電流減小，因此流過燈泡的電流增大，燈泡變亮。因此R2為光敏電阻?？枷?霍爾元件的特性及應(yīng)用例3(多選)如圖是霍爾元件的工作原理示意圖。如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法正確的是(工作面是指較大的平面)()A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大B．在測定地球兩極的磁場強(qiáng)弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C．在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化[答案]ABD[解析]將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，B增大，I恒定，由公式UH＝keq\f(IB,d)知，UH將變大，A正確；地球兩極的磁場方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，B正確；地球赤道上的磁場沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北方向時，B才與工作面垂直，C錯誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B垂直工作面分量的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，D正確。例4(2023·浙江1月選考)某興趣小組設(shè)計的測量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場B＝k1I，通有待測電流I′的直導(dǎo)線ab垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場B′＝k2I′。調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)電流表示數(shù)為I0時，元件輸出霍爾電壓UH為零，則待測電流I′的方向和大小分別為()A．a(chǎn)→b，eq\f(k2,k1)I0 B．a(chǎn)→b，eq\f(k1,k2)I0C．b→a，eq\f(k2,k1)I0 D．b→a，eq\f(k1,k2)I0[答案]D[解析]要使元件輸出霍爾電壓UH為零，即霍爾元件中的載流子不受前后表面間的電場力作用，也就不受前后表面間的磁場力作用，則霍爾元件處合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0。根據(jù)安培定則可知，螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場方向向下，根據(jù)磁場的疊加原理可知，直導(dǎo)線ab在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)向上，根據(jù)安培定則可知，待測電流I′的方向應(yīng)該是b→a。磁場B和B′的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，則應(yīng)有k1I0＝k2I′，解得I′＝eq\f(k1,k2)I0。故選D?？枷?其他傳感器的特性及應(yīng)用例5(2023·湖南高考)某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個測量微小壓力的裝置，其電路如圖a所示，R1、R2、R3為電阻箱，RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器，C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大)。(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值，示數(shù)如圖b所示，對應(yīng)的讀數(shù)是________Ω；(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時，RF的阻值為________(用R1、R2、R3表示)；(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小)，讀出電壓傳感器示數(shù)U，所測數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖c上描點，繪制U-m關(guān)系圖線；(4)完成前面三步的實驗工作后，該測量微小壓力的裝置即可投入使用。在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0，電壓傳感器示數(shù)為200mV，則F0大小是________N(重力加速度取9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字)；(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓，在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1，此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV，則F1________F0(填“>”“＝”或“<”)。[答案](1)1000(2)eq\f(R1R3,R2)(3)圖見解析(4)1.7×10－2(5)>[解析](1)歐姆表讀數(shù)為10×100Ω＝1000Ω。(2)當(dāng)電壓傳感器示數(shù)為0時，C、D兩點電勢相等，則UCB＝UDB，即eq\f(UAB,R1＋RF)RF＝eq\f(UAB,R2＋R3)R3，解得RF＝eq\f(R1R3,R2)。(3)描點并繪制出U-m關(guān)系圖線如圖。(4)由圖像可知，當(dāng)電壓傳感器的示數(shù)為200mV時，對應(yīng)所放物體質(zhì)量為1.77g，則F0＝mg＝1.77×10－3×9.8N＝1.7×10－2N。(5)可將C、D間以外的電路等效為新的電源，C、D兩點間電壓看作路端電壓，換用非理想毫伏表且讀數(shù)為200mV時，實際C、D間斷路(接理想電壓傳感器)時的電壓大于200mV，則此時壓力傳感器所受壓力F1>F0?！靖M(jìn)訓(xùn)練】如圖所示為電容式位移傳感器的示意圖，物體沿左右方向運(yùn)動時，電容將發(fā)生變化。如果實驗測量出電容器的電容變大，那么被測物體向________運(yùn)動(選填“左”或“右”)；如果把圖中的電介質(zhì)板換成相對介電常數(shù)更大的材料，當(dāng)物體沿左右方向運(yùn)動時，傳感器的靈敏度________(選填“變大”“不變”或“變小”，靈敏度定義為電容器電容變化量的大小與物體位置坐標(biāo)變化量大小之比)。答案左變大解析根據(jù)平行板電容器電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，若電容器的電容變大，一定是插入的電介質(zhì)板的長度變長，所以被測物體向左移動。如果把圖中的電介質(zhì)板換成相對介電常數(shù)更大的材料，當(dāng)物體沿左右方向運(yùn)動相同距離時，電容器電容的變化量變大，即傳感器的靈敏度變大?？键c二實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置1.門窗防盜報警裝置(1)實驗?zāi)康拈T窗防盜報警裝置具有自動提示報警的功能。在睡覺前連接好電路，啟動防盜報警裝置。當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。(2)實驗電路(3)工作原理閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。(4)實驗步驟①連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常工作。②確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路。③接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。(5)注意事項①檢查干簧管的簧片是否能正常開合。②確定各元件可以正常工作后，按照設(shè)計的電路圖連接電路。連接發(fā)光二極管時要注意將其正、負(fù)極與電源正、負(fù)極對應(yīng)連接。2．光控開關(guān)(1)實驗?zāi)康墓饪芈窡艨梢愿鶕?jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。即在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動關(guān)閉。(2)實驗電路(3)工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。(4)實驗步驟①按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源。②讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。③遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。④讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。(5)注意事項①安裝前，對實驗器材進(jìn)行測試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。②光控開關(guān)實驗中，二極管連入電路的極性不能反接。③如果實驗現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察?？枷?門窗防盜報警裝置例6(多選)如圖所示是具有自動報警功能的防盜門，它利用干簧管作為傳感器，繼電器(虛線方框部分)作為執(zhí)行裝置。下列說法正確的是()A．當(dāng)門緊閉時，磁體M處在干簧管SA附近，開關(guān)觸點c、b接通B．當(dāng)門緊閉時，磁體M處在干簧管SA附近，開關(guān)觸點c、a接通C．當(dāng)門被推開時，磁體M運(yùn)離干簧管SA，繼電器被斷電，開關(guān)觸點c、b接通D．當(dāng)門被推開時，磁體M遠(yuǎn)離干簧管SA，開關(guān)觸點c、b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警[答案]BCD[解析]當(dāng)門緊閉時，磁體處在干簧管附近，干簧管兩個簧片被磁化而接通，觸點c、a接通，LED燈亮；當(dāng)門被推開時，磁體遠(yuǎn)離干簧管，干簧管兩簧片失去磁性而斷開，繼電器斷電，觸點c、b接通，LED燈不亮，蜂鳴器H發(fā)聲報警，B、C、D正確，A錯誤?？枷?光控開關(guān)例7光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉，如圖所示是利用光敏電阻和晶體三極管制作的光控開關(guān)的原理電路圖。當(dāng)天色逐漸變暗時，LED燈自動點亮，關(guān)于此時光控電路的判斷，下列說法正確的是()A．光敏電阻RG的阻值逐漸變小B．光敏電阻RG的電壓變小C．晶體三極管被斷開D．如果想要在更暗的時候LED燈被點亮，應(yīng)將R1調(diào)大一點[答案]D[解析]由光敏電阻的特性可知，光照逐漸變暗時，RG的電阻逐漸變大，所以光敏電阻RG的分壓逐漸變大，當(dāng)光敏電阻兩端的電壓即晶體三極管b極的電壓增大到一定值時，晶體三極管被導(dǎo)通，A、B、C錯誤；想要在更暗的時候接通LED燈，即三極管恰好導(dǎo)通時光敏電阻對應(yīng)阻值變大，即應(yīng)將R1電阻調(diào)大，D正確。考向3利用傳感器制作的其他自動控制裝置例8某同學(xué)用光敏電阻和電磁繼電器等器材設(shè)計自動光控照明電路。(1)光強(qiáng)(E)是表示光強(qiáng)弱程度的物理量，單位為坎德拉(cd)。如圖a所示是光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化的圖線，由此可得到的結(jié)論是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)如圖b為電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含有鐵芯的線圈，P為可繞O點轉(zhuǎn)動的銜鐵，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱。工作時，應(yīng)將________(填“A、B”或“C、D”)接照明電路。(3)請在圖c中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接。(4)已知電源電動勢為3V，內(nèi)阻很小，電磁鐵線圈電阻R0＝20.0Ω，電流超過50mA時可吸合銜鐵。如果要求光強(qiáng)達(dá)到2cd時，照明電路恰好接通，則圖c中定值電阻R＝________Ω。[答案](1)隨光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值減小得越來越慢(2)C、D(3)圖見解析(4)21.5[解析](1)從圖a可知，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度變化的規(guī)律是：隨光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值迅速減小，進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，光敏電阻的阻值減小得越來越慢。(2)由電路原理可知，電磁鐵線圈連接的是控制電路，S連接的是工作電路，故工作時，應(yīng)將C、D接照明電路。(3)將光敏電阻和定值電阻接入控制電路，用電器接入工作電路，連接電路如圖所示：(4)當(dāng)外界光照強(qiáng)度達(dá)到2cd時，由圖a可知，光敏電阻的阻值R1＝18.5Ω，照明電路恰好接通開始工作，電磁鐵能吸合銜鐵的電流I＝0.05A，由I＝eq\f(E,R總)得，控制電路總電阻R總＝eq\f(E,I)＝eq\f(3V,0.05A)＝60Ω，根據(jù)串聯(lián)電路電阻規(guī)律可知，定值電阻的阻值為：R＝R總－R0－R1＝60Ω－20.0Ω－18.5Ω＝21.5Ω。例9(2022·河北高考)某物理興趣小組利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡易電飯煲，設(shè)計電路如圖1所示，選用的器材有：限溫開關(guān)S1(手動將其按下，開始持續(xù)加熱煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時自動斷開，之后不能自動閉合)；保溫開關(guān)S2(當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于80℃時自動斷開，溫度低于70℃時自動閉合)；電飯煲的框架(結(jié)構(gòu)如圖2所示)。自備元件有：加熱電阻絲R(阻值為60Ω，用于加熱煮飯)；限流電阻R1和R2(阻值均為1kΩ)；指示燈L1和L2(2.5V，0.6W，當(dāng)電流低于30mA時可視為熄滅)；保險絲T。(1)按照興趣小組設(shè)計的電路，下列說法正確的是________(多選)。A．按下S1，L1和L2均發(fā)光B．當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時，S1自動斷開，L1和L2均發(fā)光C．保溫過程中，S2自動在閉合、斷開狀態(tài)之間交替切換D．當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70℃時，S2自動閉合，L1發(fā)光，L2熄滅(2)簡易電飯煲制作完成后，試用時L1始終不亮，但加熱和保溫功能均正常。在不增加元件的前提下，斷開電源，使用多用電表判斷發(fā)生故障的元件。下列操作步驟的正確順序是________(填寫各步驟前的字母)。A．將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置B．將兩支表筆直接接觸，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”，使指針指向歐姆零點C．調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指到零刻度D．測量指示燈L1兩端的阻值E．將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋操作時，將多用電表兩表筆與L1兩端接觸，若指針如圖3所示，可判斷是________斷路損壞；若指針如圖4所示，可判斷是________斷路損壞。(用電路中的元件符號表示)[答案](1)CD(2)CABDEL1R1[解析](1)指示燈L1和L2的電阻RL＝eq\f(Ueq\o\al(2,L),PL)≈10Ω。按下S1，R2和L2被短路，L2不發(fā)光，流過L1的電流I1＝eq\f(U,R1＋RL)≈0.22A＞30mA，L1發(fā)光，A錯誤；當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時，S1和S2均處于斷開狀態(tài)，此時電路中R1和L1串聯(lián)后與R并聯(lián)，然后再與R2和L2串聯(lián)，并聯(lián)部分電阻R并＝eq\f(（R1＋RL）R,R1＋RL＋R)≈57Ω，流過L2的電流I2＝eq\f(U,R2＋RL＋R并)≈0.21A＞30mA，L2發(fā)光，流過L1的電流I1′＝I2eq\f(R,R1＋RL＋R)≈12mA＜30mA，L1熄滅，B錯誤；在保溫過程中，溫度低于70℃時S2閉合，加熱至80℃時S2斷開，當(dāng)溫度再次降低至70℃時S2又閉合，之后一直重復(fù)此過程，故C正確；當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70℃時，S2自動閉合，此時電路與S1閉合時的電路等效，結(jié)合A項分析知，此時L1發(fā)光，L2熄滅，D正確。(2)在使用多用電表前，要進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使用多用電表測量電阻時，先選擋位后歐姆調(diào)零，再進(jìn)行測量，測量完成后，將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋，故正確順序為CABDE。由題知，加熱和保溫功能正常，L1始終不亮，則S1、S2、L2、R2、R和T均連接正常。測量L1兩端電阻時，多用電表兩表筆間有兩條支路，一條支路中只有L1，另一條支路中有R1和R。若指針如圖3，測量電阻約為1100Ω，可知R1和R完好，L1斷路損壞；若指針如圖4，測量電阻接近0Ω，可知L1完好，R1斷路損壞。課時作業(yè)1.(2022·北京高考)某同學(xué)利用壓力傳感器設(shè)計水庫水位預(yù)警系統(tǒng)。如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個是定值電阻，另一個是壓力傳感器(可等效為可變電阻)。水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關(guān)自動開啟低水位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓小于U2(U1、U2為定值)時，控制開關(guān)自動開啟高水位預(yù)警。下列說法正確的是()A．U1<U2B．R2為壓力傳感器C．若定值電阻的阻值越大，開啟高水位預(yù)警時的水位越低D．若定值電阻的阻值越大，開啟低水位預(yù)警時的水位越高答案C解析根據(jù)題意可知，當(dāng)a、b兩端的電壓Uab>U1時，開啟低水位預(yù)警，Uab<U2時，開啟高水位預(yù)警，則U2≤Uab≤U1時不預(yù)警，故U1≥U2，A錯誤；根據(jù)題意可知，水位越高，壓力傳感器的電阻值越小，a、b兩端的電壓越小，根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，R1為壓力傳感器，B錯誤；根據(jù)閉合電路及部分電路歐姆定律可知，a、b兩端的電壓為Uab＝eq\f(E,R1＋R2)R1＝eq\f(E,1＋\f(R2,R1))，開啟低水位和高水位預(yù)警時a、b兩端的臨界電壓均不變，若定值電阻R2的阻值越大，則壓力傳感器R1的阻值均越大，水位均越低，C正確，D錯誤。2．(2020·北京高考)圖甲表示某金屬絲的電阻R隨攝氏溫度t變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來(圖乙)，用這段金屬絲做測溫探頭，把電流表的刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個簡易溫度計。下列說法正確的是()A．tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系B．tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系C．tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系D．tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系答案B解析由圖甲可知，tA對應(yīng)的電阻阻值較小，由閉合電路歐姆定律知對應(yīng)電路中的電流較大，故tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，而tB應(yīng)標(biāo)在電流較小的刻度上；由圖甲得R＝R0＋kt，其中R0為圖線的縱截距，由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,R＋RA＋r)，聯(lián)立解得I＝eq\f(E,RA＋r＋R0＋kt)，可知溫度t與電流I是非線性關(guān)系。故B正確，A、C、D錯誤。3．(2022·廣東高考)彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器的敏感元件。某同學(xué)測量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系，實驗過程如下：(1)裝置安裝和電路連接如圖a所示，導(dǎo)電繩的一端固定，另一端作為拉伸端，兩端分別用帶有金屬夾A、B的導(dǎo)線接入如圖b所示的電路中。(2)導(dǎo)電繩拉伸后的長度L及其電阻Rx的測量①將導(dǎo)電繩拉伸后，用刻度尺測量并記錄A、B間的距離，即為導(dǎo)電繩拉伸后的長度L。②將滑動變阻器R的滑片滑到最右端。斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)R，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置。記錄兩表的示數(shù)U和I1。③閉合S2，電壓表的示數(shù)________(選填“變大”或“變小”)。調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U，記錄電流表的示數(shù)I2，則此時導(dǎo)電繩的電阻Rx＝________(用I1、I2和U表示)。④斷開S1，增大導(dǎo)電繩拉伸量，測量并記錄A、B間的距離，重復(fù)步驟②和③。(3)該電壓表內(nèi)阻對導(dǎo)電繩電阻的測量值________(選填“有”或“無”)影響。(4)圖c是根據(jù)部分實驗數(shù)據(jù)描繪的Rx-L圖線。將該導(dǎo)電繩兩端固定在某種機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械臂彎曲后，測得導(dǎo)電繩的電阻Rx為1.33kΩ，則由圖線可讀出導(dǎo)電繩拉伸后的長度為________cm，即為機(jī)械臂彎曲后的長度。答案(2)變小eq\f(U,I2－I1)(3)無(4)51.80解析(2)閉合S2后，并聯(lián)部分的電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，電路總電流增大，電源內(nèi)阻、滑動變阻器、電流表分壓變大，電壓表的示數(shù)變小。加在導(dǎo)電繩兩端的電壓為U，分析知流過導(dǎo)電繩的電流為I2－I1，因此導(dǎo)電繩的電阻Rx＝eq\f(U,I2－I1)。(3)考慮到電壓表內(nèi)阻不是無限大，在閉合S2之前，電流表的示數(shù)I1實際包括定值電阻中的電流和電壓表分得的電流，閉合S2之后，加在電壓表兩端的電壓保持不變，因此流過電壓表和定值電阻的總電流仍為I1，故流過導(dǎo)電繩的電流是I2－I1，與電壓表內(nèi)阻無關(guān)，因此電壓表內(nèi)阻對導(dǎo)電繩電阻的測量值無影響。(4)由題圖c可知，Rx＝1.33kΩ時，L＝51.80cm，即導(dǎo)電繩拉伸后的長度為51.80cm。4．(2023·廣東省茂名市高三下沖刺模擬)由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻阻值與溫度有關(guān)，基于熱敏電阻對溫度敏感原理制作一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，所用器材有：直流電源E(電動勢為36V，內(nèi)阻不計)；電流表(量程250mA，內(nèi)阻約0.1Ω)；電壓表(量程50V，內(nèi)阻約10kΩ)；熱敏電阻RT；報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過10mA時就會報警)；滑動變阻器R1(最大阻值4000Ω)；電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)；開關(guān)S1；單刀雙擲開關(guān)S2；導(dǎo)線若干。(1)用圖a所示電路測量熱敏電阻RT的阻值。當(dāng)溫度為27℃時，電壓表示數(shù)為30.0V，電流表示數(shù)為15mA；當(dāng)溫度為50℃時，調(diào)節(jié)R1，使電壓表示數(shù)仍為30.0V，電流表指針位置如圖b所示，此時熱敏電阻的阻值為________Ω。如果熱敏電阻阻值隨溫度升高而變大，則其為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻?；谝陨蠈嶒灁?shù)據(jù)可知，該熱敏電阻RT為________(填“正”或“負(fù)”)溫度系數(shù)熱敏電阻。(2)某同學(xué)要搭建一套基于該熱敏電阻的火災(zāi)報警系統(tǒng)，要求熱敏電阻溫度升高至50℃時，系統(tǒng)開始自動報警。實物圖連線如圖c所示，其中有一個器材的導(dǎo)線連接有誤，該器件為______