物理
第讲 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
探究传感器的特性、传感器的应用
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
一、实验器材
可拆变压器、低压交流电源、两只多用电表、导线若干、开关。
二、实验思路
保持原线圈输入的电压一定，先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。
三、画出实验电路图
画出实验电路图如图所示。电路图上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值。要事先推测副线圈两端电压的可能数值。
四、画出数据记录表格
记录数据的表格如表1、表2所示。
表1：保持原线圈匝数n1不变
n1
U1/V
n2
U2/V
表2：保持副线圈匝数n2不变
n1
U1/V
n2
U2/V
五、实验操作步骤
1．组装可拆变压器。
2．按电路图连接电路，注意原线圈一侧接低压交流电源。
3．原、副线圈各取一定的匝数，闭合开关，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将数据记入设计的表格。
4．保持原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格1。
5．保持副线圈的匝数不变，多次改变原线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格2。
6．先将两个多用电表从电路中断开，然后断开交流电源的开关，拆除电路。
7．将多用电表的选择开关置于交流电压最大量程挡或“OFF”位置，整理器材。
六、分析数据，得出结论
原、副线圈上的电压之比近似等于它们的匝数之比。
七、误差分析
实验数据没有严格遵从实验结论所述规律，是因为
1．实验变压器工作时存在多种损耗：
(1)变压器线圈通过电流时会发热；
(2)铁芯在交变磁场的作用下会发热；
(3)交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内。
2．多用电表的读数存在误差等。
八、实验操作的注意事项
1．连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。确认无误后才能接通电源。
2．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V；即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
3．为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
4．先拆除多用电表，再断开开关，以免烧坏电表。
例1 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁体
G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
(2)下列说法正确的是______(选填字母代号)。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_________________
_______________________________________________________________。
实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1 1600 400 12．1 2．90
2 800 400 10．2 4．95
3 400 200 11．9 5．92
(4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。
A．6 V B．4．3 V
C．2．1 V
考点二 实验：探究传感器的特性、传感器的应用
一、传感器实验的两种典型问题
1．探究传感器的特性
传感器是把非电学量转化成电学量的一种器件，实验探究传感器的电阻、电流、电压随温度、光强、压力等的变化情况是典型的基础题型。
2．传感器的应用
一般传感器的应用实验分为两种：①利用传感器的特性测量非电学量，如利用温度传感器的特性制作温度计来测量温度；②利用传感器制作简单的自动控制装置。
二、电磁继电器
电磁继电器的工作原理是利用电磁铁产生的磁场来驱动触点的开闭，从而实现对电路的控制和保护。如图所示，当电流通过电磁铁的线圈时，线圈内部会产生磁场，电流越大，磁场越强，当磁场增强到一定程度时，可动触点会被吸引到固定触点上，实现电路的接通；当电磁铁的磁场过小或失去磁场时，可动触点会被弹簧拉回，实现电路的断开。
例2 (2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50．0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50．0 μA，须调节____________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50．0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35．0 ℃变化到40．0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)。
例3 (2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图a所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
(1)将图a中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图b中；氧气含量为20%时电压表的示数如图c，该示数为________V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1．50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
例4 (2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：
温度/℃ 4．1 9．0 14．3 20．0 28．0 38．2 45．5 60．4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20～28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是________，定值电阻R的阻值应选________ kΩ，1、2两端的电压小于________ V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
例5 某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。
(1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)。如图a所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：____________________________________________
______________________________________________________________________________________________________。
(2)如图b为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将________(填“A、B”或“C、D”)接照明电路。
(3)请在图c中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
(4)已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20．0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图c中定值电阻R定＝________ Ω。
课时作业
1．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为________。
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是________。
Ua/V 1．80 2．80 3．80 4．90
Ub/V 4．00 6．01 8．02 9．98
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
(3)变压器铁芯的结构和材料是________。
A．整块不锈钢铁芯 B．整块硅钢铁芯
C．绝缘的硅钢片叠成
2．某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图a所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。
实验时，先按图a连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表。
d/cm 8．50 10．00 12．00 13．50 15．00 17．00
U/mV 271．0 220．0 180．0 156．7 114．9 114．0
d/cm 18．50 20．00 22．00 23．50 25．00
U/mV 94．8 89．5 78．6 72．5 65．0
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________________(用E、r、R、U表示)。
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U d曲线。
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而______(填“增大”或“减小”)。
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图c所示的电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
3．用如图甲所示的电路研究压敏电阻应变片Rx的压阻效应。电源的电动势为3 V，内阻忽略不计，电流表A1量程为0～0．6 A，内阻r1＝1．5 Ω，其读数用I1表示；电流表A2量程为0～0．6 A，内阻约为2 Ω，其读数用I2表示。
(1)在电阻Rx上施加压力F，闭合开关S，记下电表读数，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝________(用题目中给出的字母表示)。改变压力F，得到不同的Rx值，记录数据并绘成Rx F图像如图乙所示。
(2)一同学想把电流表A1改成简易压力表，他仍然使用原来的表盘，只是把表盘上标示的数字“0．2、0．4、0．6”改为相应的压力值，实验采用的电路如图丙所示。他在表盘上表示0．1 A的刻度线处标上数字0，则电路中滑动变阻器的阻值应为R0＝________ Ω；此压力表表盘上0．2 A的刻度线处标上的压力值为________ N。
4．(2024·河北高考)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1．5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能
图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应________(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
（答案及解析）
例1 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁体
G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
(2)下列说法正确的是______(选填字母代号)。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_________________
_______________________________________________________________。
实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1 1600 400 12．1 2．90
2 800 400 10．2 4．95
3 400 200 11．9 5．92
(4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。
A．6 V B．4．3 V
C．2．1 V
[答案] (1)BCG (2)BC
(3)在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝
(4)C
[解析] (1)实验中，必须要用学生电源提供交流电；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压；本实验不需要用条形磁体，须用可拆变压器来进行实验；综上所述，需要的实验器材为B、C、G。
(2)为确保实验安全，应该使输出电压小于输入电压，则实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。
(3)通过数据分析可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。
(4)当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，设左侧线圈的匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈的匝数为4n，其中n为某一个常数；理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为：＝，如果是理想变压器，则“0”“4”接线柱间输出的电压是3 V，实验中考虑到漏磁、绕组导线中产生的焦耳热等因素，所以“0”“4”接线柱间输出的电压要小于3 V，故A、B错误，C正确。
例2 (2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50．0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50．0 μA，须调节____________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50．0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35．0 ℃变化到40．0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)。
[答案] (1)可变电阻R1 远大于 (2)－1．2
[解析] (1)由题知恒压直流电源E提供的电压不变，用加热器调节RT的温度后，RT的阻值发生改变，要确保电流表的示数仍为50．0 μA，则必须控制整个回路的总电阻不变，故须调节的器材是可变电阻R1。连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联的总阻值R总明显小于RT，根据并联电阻R总＝＝，可知要保证R总近似等于RT，须将原电压表更换为内阻RV远大于RT阻值的电压表。
(2)由题中U t图像可得，温度为35．0 ℃时RT两端的电压为1．60 V，根据欧姆定律可知此时热敏电阻的阻值RT1＝ Ω＝32 kΩ；温度为40．0 ℃时RT两端的电压为1．30 V，根据欧姆定律可知此时热敏电阻的阻值RT2＝ Ω＝26 kΩ。则温度从35．0 ℃变化到40．0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是k＝＝ kΩ·℃－1＝－1．2 kΩ·℃－1，负号表示随着温度升高RT的阻值减小。
例3 (2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图a所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
(1)将图a中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图b中；氧气含量为20%时电压表的示数如图c，该示数为________V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1．50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
[答案] (1)如图所示 (3)a (6)1．40 17
[解析] (1)由题图a可知，滑动变阻器采用分压式接法(这种接法使传感器两端电压的调节范围较大)，电流表采用内接法(可以准确测定通过传感器的电流，也不影响传感器两端电压的测量)。实物连接图如答图所示(电压表负接线柱连接滑动变阻器a端亦可)。
(3)为了保护电路，闭合开关后，电阻型氧气传感器两端的电压应为零，故应把滑动变阻器的滑片滑到a端再闭合开关。
(6)由题图c可知，电压表的分度值为0．1 V，需要估读到0．01 V，则读数为1．40 V。在题图b中描出点(20%，1．40 V)，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。根据图线可得，电压表示数为1．50 V时，氧气含量为17%。
例4 (2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：
温度/℃ 4．1 9．0 14．3 20．0 28．0 38．2 45．5 60．4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20～28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是________，定值电阻R的阻值应选________ kΩ，1、2两端的电压小于________ V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
[答案] C 3 1．8
[解析] 由题意可知，温度越低，电路中1、2两端电压应越大；电路A中，Rt与R并联，1、2两端电压始终等于电源电动势，故不能实现电路的控制；电路B、C中，Rt与R串联，温度越低，Rt阻值越大，Rt两端电压越大，R两端电压越小，故应将控制开关和加热系统并联在Rt两端，即应选择电路C。室内温度为20．0 ℃时，热敏电阻阻值为Rt1＝60×100 Ω＝6 kΩ，由题意可知，此时U12＝E＝2 V，解得R＝3 kΩ，即定值电阻R的阻值应选3 kΩ；由题意可知，室内温度高于28 ℃时关闭加热系统，室内温度为28 ℃时，热敏电阻阻值为Rt2＝4．5 kΩ，此时1、2两端的电压为U12′＝E＝1．8 V，则1、2两端的电压小于1．8 V时，自动关闭加热系统。
例5 某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。
(1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)。如图a所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：____________________________________________
______________________________________________________________________________________________________。
(2)如图b为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将________(填“A、B”或“C、D”)接照明电路。
(3)请在图c中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
(4)已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20．0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图c中定值电阻R定＝________ Ω。
[答案] (1)随光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢 (2)C、D (3)图见解析 (4)21．5
[解析] (1)从图a可知，光敏电阻的阻值随光照强度变化的规律是：随光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速减小，进一步增大光照强度，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。
(2)由电路原理可知，电磁铁线圈连接的是控制电路，S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。
(3)将光敏电阻和定值电阻接入控制电路，用电器接入工作电路，连接电路如图所示。
(4)当外界光照强度达到2 cd时，由图a可知，光敏电阻的阻值R1＝18．5 Ω，照明电路恰好接通开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流I＝0．05 A，由I＝得，控制电路总电阻R总＝＝＝60 Ω，根据串联电路电阻规律可知，定值电阻的阻值为：R定＝R总－R0－R1＝60 Ω－20．0 Ω－18．5 Ω＝21．5 Ω。
课时作业
1．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为________。
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是________。
Ua/V 1．80 2．80 3．80 4．90
Ub/V 4．00 6．01 8．02 9．98
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
(3)变压器铁芯的结构和材料是________。
A．整块不锈钢铁芯 B．整块硅钢铁芯
C．绝缘的硅钢片叠成
答案：(1)有效 4．8 V (2)C (3)C
解析：(1)由于交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；由题图乙可知，所选择挡位为交流电压10 V挡，由题图甲可知，此时电表读数为4．8 V。
(2)由表格数据可知，略大于，考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在能量损失，使得原、副线圈电压之比略大于匝数比，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na；而副线圈两端电压较小，则电流较大，所以副线圈所用导线应较粗，故A、B、D错误，C正确。
(3)由于硅钢具有更高的磁导率和电阻率，同时采用叠片结构，这些可以有效减少因涡流产生的损耗，因此铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。
2．某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图a所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。
实验时，先按图a连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表。
d/cm 8．50 10．00 12．00 13．50 15．00 17．00
U/mV 271．0 220．0 180．0 156．7 114．9 114．0
d/cm 18．50 20．00 22．00 23．50 25．00
U/mV 94．8 89．5 78．6 72．5 65．0
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________________(用E、r、R、U表示)。
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U d曲线。
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而______(填“增大”或“减小”)。
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图c所示的电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
答案：(1)R－r－R (2)图见解析
(3)增大 (4)R2
解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，可得R＝U，解得RG＝R－r－R。
(2)描点、连线如图所示。
(3)当光源距离光敏电阻越远时，光照强度越小，电压表示数越小，根据RG＝R－r－R可知，光敏电阻的阻值RG越大。
(4)如果R1为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，路端电压降低，灯泡两端电压降低，灯泡变暗；若R2为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，干路电流增大，内电压升高，路端电压降低，流过R1的电流减小，因此流过灯泡的电流增大，灯泡变亮。因此R2为光敏电阻。
3．用如图甲所示的电路研究压敏电阻应变片Rx的压阻效应。电源的电动势为3 V，内阻忽略不计，电流表A1量程为0～0．6 A，内阻r1＝1．5 Ω，其读数用I1表示；电流表A2量程为0～0．6 A，内阻约为2 Ω，其读数用I2表示。
(1)在电阻Rx上施加压力F，闭合开关S，记下电表读数，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝________(用题目中给出的字母表示)。改变压力F，得到不同的Rx值，记录数据并绘成Rx F图像如图乙所示。
(2)一同学想把电流表A1改成简易压力表，他仍然使用原来的表盘，只是把表盘上标示的数字“0．2、0．4、0．6”改为相应的压力值，实验采用的电路如图丙所示。他在表盘上表示0．1 A的刻度线处标上数字0，则电路中滑动变阻器的阻值应为R0＝________ Ω；此压力表表盘上0．2 A的刻度线处标上的压力值为________ N。
答案：(1) (2)10．5 7．5
解析：(1)由电路图可知，Rx两端电压Ux＝I1r1，流经Rx的电流Ix＝I2－I1，则该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝＝。
(2)根据闭合电路欧姆定律有E＝I(R0＋r1＋Rx)，由题图乙可知，当I＝0．1 A时，压力为零，结合图乙可知Rx＝18 Ω，代入数据解得R0＝10．5 Ω；当I＝0．2 A时，代入数据解得Rx＝3 Ω，由图乙可知，Rx与所受压力F成一次函数关系，两者关系为Rx＝(18－2F) Ω，代入数据解得，当I＝0．2 A时，对应的压力值为F＝7．5 N。
4．(2024·河北高考)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1．5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能
图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应________(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
答案：(1)负极 (2)①A A D(或A A C，或C A B，或D A B) ②减小
(3)增大
解析：(1)根据多用电表中的电流“红进黑出”，当多用电表作为欧姆表使用时，黑表笔接内部电源正极，由题可知，当黑表笔接M端时，二极管电阻为无穷大，当黑表笔接N端时，二极管的电阻较小，二极管正常导通，所以M端为二极管的负极。
(2)①实验要求电压表、电流表读数从零开始，所以滑动变阻器应采用分压式接法，故L2应接滑动变阻器A接线柱；结合电表的正、负接线柱可知，L1、L3的另一端有多种接法可供选择：L1接A接线柱时，L3可以接C接线柱或D接线柱，L3接B接线柱时，L1可以接C接线柱或D接线柱。
②根据R＝可知，题图I U图线斜率的倒数表示RG的阻值，结合题给信息可知，随着光照强度增加，光敏电阻的阻值减小。
(3)当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光报警，说明b、e间电压未达到三极管导通条件。为了使报警器正常工作，在RG阻值不变的状态下，应增大R1两端电压，而RG与R1串联，由串联电路分压原理可知，应增大R1的阻值，直至发光二极管发光。
15(共64张PPT)
第十二章 交变电流
电磁振荡与电磁波 传感器
第4讲 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
探究传感器的特性、
传感器的应用
目录
1
2
3
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
考点二 实验：探究传感器的特性、传感器的应用
课时作业
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
一、实验器材
可拆变压器、低压交流电源、两只多用电表、导线若干、开关。
二、实验思路
保持原线圈输入的电压一定，先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。
三、画出实验电路图
画出实验电路图如图所示。电路图上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值。要事先推测副线圈两端电压的可能数值。
四、画出数据记录表格
记录数据的表格如表1、表2所示。
表1：保持原线圈匝数n1不变
n1
U1/V
n2
U2/V
表2：保持副线圈匝数n2不变
n1
U1/V
n2
U2/V
五、实验操作步骤
1．组装可拆变压器。
2．按电路图连接电路，注意原线圈一侧接低压交流电源。
3．原、副线圈各取一定的匝数，闭合开关，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将数据记入设计的表格。
4．保持原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格1。
5．保持副线圈的匝数不变，多次改变原线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格2。
6．先将两个多用电表从电路中断开，然后断开交流电源的开关，拆除电路。
7．将多用电表的选择开关置于交流电压最大量程挡或“OFF”位置，整理器材。
六、分析数据，得出结论
原、副线圈上的电压之比近似等于它们的匝数之比。
七、误差分析
实验数据没有严格遵从实验结论所述规律，是因为
1．实验变压器工作时存在多种损耗：
(1)变压器线圈通过电流时会发热；
(2)铁芯在交变磁场的作用下会发热；
(3)交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内。
2．多用电表的读数存在误差等。
八、实验操作的注意事项
1．连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。确认无误后才能接通电源。
2．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V；即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
3．为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
4．先拆除多用电表，再断开开关，以免烧坏电表。
例1 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁体
G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
BCG
(2)下列说法正确的是______(选填字母代号)。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
BC
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_____________________________________________________________ ________________。
实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1 1600 400 12．1 2．90
2 800 400 10．2 4．95
3 400 200 11．9 5．92
(4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，
右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。
A．6 V B．4．3 V
C．2．1 V
C
解析 (1)实验中，必须要用学生电源提供交流电；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压；本实验不需要用条形磁体，须用可拆变压器来进行实验；综上所述，需要的实验器材为B、C、G。
(2)为确保实验安全，应该使输出电压小于输入电压，则实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。
考点二 实验：探究传感器的特性、传感器
的应用
一、传感器实验的两种典型问题
1．探究传感器的特性
传感器是把非电学量转化成电学量的一种器件，实验探究传感器的电阻、电流、电压随温度、光强、压力等的变化情况是典型的基础题型。
2．传感器的应用
一般传感器的应用实验分为两种：①利用传感器的特性测量非电学量，如利用温度传感器的特性制作温度计来测量温度；②利用传感器制作简单的自动控制装置。
二、电磁继电器
电磁继电器的工作原理是利用电磁铁产生的磁场来驱动触点的开闭，从而实现对电路的控制和保护。如图所示，当电流通过电磁铁的线圈时，线圈内部会产生磁场，电流越大，磁场越强，当磁场增强到一定程度时，可动触点会被吸引到固定触点上，实现电路的接通；当电磁铁的磁场过小或失去磁场时，可动触点会被弹簧拉回，实现电路的断开。
例2 (2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50．0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50．0 μA，须调节____________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50．0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
可变电阻R1
远大于
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35．0 ℃变化到40．0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)。
－1．2
例3 (2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随
所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电
流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下
传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关
系，这一过程称为定标。一同学用图a所示电路对他制作
的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气
传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、
电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
(1)将图a中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
答案：如图所示
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
a
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图b中；氧气含量为20%时电压表的示数如图c，该示数为________V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1．50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
1．40
17
解析 (1)由题图a可知，滑动变阻器采用分压式接法(这种接法使传感器两端电压的调节范围较大)，电流表采用内接法(可以准确测定通过传感器的电流，也不影响传感器两端电压的测量)。实物连接图如答图所示(电压表负接线柱连接滑动变阻器a端亦可)。
(3)为了保护电路，闭合开关后，电阻型氧气传感器两端的电压应为零，故应把滑动变阻器的滑片滑到a端再闭合开关。
(6)由题图c可知，电压表的分度值为0．1 V，需要估读到0．01 V，则读数为1．40 V。在题图b中描出点(20%，1．40 V)，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。根据图线可得，电压表示数为1．50 V时，氧气含量为17%。
例4 (2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：
温度/℃ 4．1 9．0 14．3 20．0 28．0 38．2 45．5 60．4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20～28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是______，定值电阻R的阻值应选______ kΩ，1、2两端的电压小于_______ V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
C
3
1．8
例5 某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。
(1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)。如图a所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：_________________________ ___________________________。
(2)如图b为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将_______(填“A、B”或“C、D”)接照明电路。
随光照强度的增加，光敏
C、D
电阻的阻值减小得越来越慢
(3)请在图c中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
(4)已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20．0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图c中定值电阻R定＝________ Ω。
答案：如图所示
21．5
解析 (1)从图a可知，光敏电阻的阻值随光照强度变化的规律是：随光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速减小，进一步增大光照强度，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。
(2)由电路原理可知，电磁铁线圈连接的是控制电路，S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。
(3)将光敏电阻和定值电阻接入控制电路，用电器接入工作电路，连接电路如图所示。
课时作业
1．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的_______值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为________。
有效
4．8 V
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是________。
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
(3)变压器铁芯的结构和材料是________。
A．整块不锈钢铁芯 B．整块硅钢铁芯 C．绝缘的硅钢片叠成
Ua/V 1．80 2．80 3．80 4．90
Ub/V 4．00 6．01 8．02 9．98
C
C
解析：(1)由于交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；由题图乙可知，所选择挡位为交流电压10 V挡，由题图甲可知，此时电表读数为4．8 V。
Ua/V 1．80 2．80 3．80 4．90
Ub/V 4．00 6．01 8．02 9．98
2．某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的
关系，设计了如图a所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图
中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的
定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开
关S；导线若干。
d/cm 8．50 10．00 12．00 13．50 15．00 17．00
U/mV 271．0 220．0 180．0 156．7 114．9 114．0
d/cm 18．50 20．00 22．00 23．50 25．00
U/mV 94．8 89．5 78．6 72．5 65．0
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝_____________(用E、r、R、U表示)。
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组
数据点，并作出U d曲线。
答案：如图所示
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度
的减小而_______(填“增大”或“减小”)。
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，
光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的
特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图c所示的电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
增大
R2
3．用如图甲所示的电路研究压敏电阻应变片Rx的压阻效应。电源的电动势为3 V，内阻忽略不计，电流表A1量程为0～0．6 A，内阻r1＝1．5 Ω，其读数用I1表示；电流表A2量程为0～0．6 A，内阻约为2 Ω，其读数用I2表示。
(1)在电阻Rx上施加压力F，闭合开关S，记下电表读数，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝________(用题目中给出的字母表示)。改变压力F，得到不同的Rx值，记录数据并绘成Rx F图像如图乙所示。
(2)一同学想把电流表A1改成简易压力表，他仍然使用原来的表盘，只是把表盘上标示的数字“0．2、0．4、0．6”改为相应的压力值，实验采用的电路如图丙所示。他在表盘上表示0．1 A的刻度线处标上数字0，则电路中滑动变阻器的阻值应为R0＝________ Ω；此压力表表盘上0．2 A的刻度线处标上的压力值为________ N。
10．5
7．5
4．(2024·河北高考)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1．5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。
负极
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的____、____、_____________________________________
接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
A
A
D(或A A C,或C A B,或D A B)
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
减小
(3)组装光强报警器电路并测试其功能
图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应______(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
增大
解析：(1)根据多用电表中的电流“红进黑出”，当多用电表作为欧姆表使用时，黑表笔接内部电源正极，由题可知，当黑表笔接M端时，二极管电阻为无穷大，当黑表笔接N端时，二极管的电阻较小，二极管正常导通，所以M端为二极管的负极。
(3)当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光报警，说明b、e间电压未达到三极管导通条件。为了使报警器正常工作，在RG阻值不变的状态下，应增大R1两端电压，而RG与R1串联，由串联电路分压原理可知，应增大R1的阻值，直至发光二极管发光。
