2021高考物理一轮复习实验十六利用传感器制作简单的自动控制装置题型突破练含解析鲁科版

-1-实验十六利用传感器制作简单的自动控制装置热点一教材原型实验【典例1】某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现用直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线连成如图甲所示的实物图。(1)实验的主要步骤:①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,____________,_______________,断开开关。③重复第②步操作若干次,测得多组数据。(2)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得如图乙所示的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式:R=______+________t(Ω)(保留3位有效数字)。【解析】(1)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需要测出热敏电阻的阻值及相应的温度,热敏电阻的阻值用R=间接测量,故需要记录的数据是温度计的示数和电压表的示数。(2)设热敏电阻R=R0+kt,k==0.400。由图线知,温度为10℃时,热敏电阻R=104Ω,则R0=R-kt=(104-0.400×10)Ω=100Ω,-2-所以R=100+0.400t(Ω)。答案:(1)记录温度计的示数记录电压表的示数(2)1000.400热点二创新拓展实验热敏电阻的应用【典例2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60℃时阻值为650.0Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统:①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为________Ω;滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是______________。②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至____________________。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。【解析】(1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试。电路图连接如答案图所示。(2)当电路中电流Ic=10mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic=,解得R总=1800Ω,此时热敏电阻的阻值为650Ω,则滑动变阻器的阻值为1150Ω,所以滑动变阻器选R2。-3-(3)①当热敏电阻阻值小于650Ω时,报警器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值调到650Ω。若接通电源后电路中的电流过大(超过20mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于b端。②用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向c端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警。答案:(1)连线如图所示。(2)R2(3)①650.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏②c报警器开始报警光敏电阻的应用【典例3】为了节能和环保,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变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据,请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。-4-(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻RP(符号,阻值见表);直流电源E(电动势3V,内阻不计);定值电阻:R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。【解析】(1)描绘图象应注意:各点均匀分布在图线两侧,且图线应用平滑曲线,而不能只是各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图a所示,电阻的阻值随光照度的增大而减小。(2)根据串联电阻的正比分压关系,E=3V,当照度降低至1.0lx时,其电压升至2V,由图线a知,此时光敏电阻RP=20kΩ,URP=2V,则串联电阻分压UR=1V,由==2得R==10kΩ,故选定值电阻R1,电路原理图如图b所示。答案:见解析压力传感器的应用-5-【典例4】某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示。测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。请完成对该物体质量的测量:(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图。(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。【解析】(1)设计电路如图所示(2)测量步骤如下:①调节滑动变阻器,使转换器空载时的输出电压为零。②将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0,则可求k=。③将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1。④因为U0=km0g、U1=kmg,所以可求m=答案:见解析电磁继电器的应用【典例5】传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。-6-(1)为了使温度过高时报警器铃响,开关S应接在________(选填“a”或“b”)处。(2)若使启动报警器的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。【解析】温度升高时,热敏电阻阻值减小,图乙中通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警,开关S应接在a处。要实现温度更高时报警器才响铃,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动。答案:(1)a(2)左