实验针对训练(十六)
利用传感器制作简单的自动控制装置
(总分：31分)
7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
1．(7分) 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1所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧。
(3)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，请用图2中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
2．(7分) 电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
A B
C D
7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
3．(7分) (2025·广东云浮质检)为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统，则R1＝________ kΩ。
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图丙所示的电路进行测量，电源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丁为实验时电阻箱的阻值，其读数为________ kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图戊所示，此时电流表的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值为________ kΩ(结果保留3位有效数字)。
1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
4．(10分) 磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V，内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝1 kΩ、开关、导线若干
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，实验小组设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________ V，电流表的读数为0.5 mA，则此时磁敏电阻的阻值为________。
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示，某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过2.0 V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0.2 T，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2位有效数字)。
1 / 4 利用传感器制作简单的自动控制装置
教材原型实验
温度传感器的应用
[典例1] 某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中给继电器供电的电源电压U1＝4 V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于40 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连。(均选填“A”或“B”)
(2)当环境温度升高时，继电器的磁性将________(选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________ ℃时，警铃报警。
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。
A．适当减小U1 B．适当增大U1
C．适当减小U2 D．适当增大U2
[解析] (1)由于B接通时警铃响，A接通时指示灯亮，因此C接B，D接A。
(2)由于热敏电阻随温度升高，阻值减小，回路的电流强度增大，因此继电器的磁性增强。
当电流等于40 mA时，回路的总电阻
R＝＝＝100 Ω
而继电器电阻R0为30 Ω，因此当热敏电阻等于70 Ω时，由题图乙可知对应温度为40 ℃时，警铃报警。
(3)温度更高时，热敏电阻阻值更小，而报警电流为40 mA不变，因此应适当降低U1值，因此A正确。
[答案] (1)B A (2)增大 40 (3)A
光电传感器的应用
[典例2] (2024·河北卷)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”电阻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________(选填“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________(选填“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________(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
[解析] (1)使用多用电表时，通过多用电表的电流流向遵循“红进黑出”，使用多用电表的电阻挡时，当黑表笔与M端接触、红表笔与N端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2可知此时多用电表指针位于a位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M端为二极管的负极。
(2)①由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应接A接线柱，L3另一端应接C(或D)接线柱。
②I-U图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻值，由题图4可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。
(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。
[答案] (1)负极 (2)①A A C(或D) ②减小 (3)增大
拓展创新实验
实验设计创新
[典例3] (2024·广东汕头一模)科技实践小组的同学们应用所学电路知识，对“一抽到底”的纸巾盒进行改装，使纸巾剩余量可视化。
同学们使用的器材有：电源(E＝1.5 V，内阻不计)、定值电阻(R0＝6 Ω)、多用电表、铅笔芯(如图甲中AB所示)、导线若干、开关。
(1)用多用电表测量整根铅笔芯的电阻，选用“×10”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针的偏转角度很大，因此需选择________(选填“×1”或“×100”)倍率的电阻挡，并需________(填操作过程)后，再次进行测量，若多用电表的指针如图乙所示，测量结果为________ Ω。
(2)将铅笔芯固定在纸巾盒侧边，截取一段导线固定在挡板C，并保证导线与铅笔芯接触良好且能自由移动，请完成图甲中的电路连接。
(3)不计多用电表内阻，多用电表应该把选择开关打在“mA”挡，量程为________ mA(选填“2.5”“25”或“250”)。
(4)将以上装置调试完毕并固定好，便可通过电表读数观察纸巾剩余厚度，设铅笔芯总电阻为R，总长度为L，不计多用电表内阻，则多用电表示数I与纸巾剩余厚度h的关系式为I＝________________(用题中物理量符号表达)。依次实验将剩余纸巾厚度和对应电表读数一一记录下来，并进行标识，从而完成“一抽到底”纸巾盒的可视化改装探究。
[解析] (1)电表指针的偏转角度很大，说明读数很小，倍率较高，则需选择“×1”倍率的电阻挡，并需要重新欧姆调零后进行测量，测量结果为12 Ω。
(2)将多用电表选择开关调至合适的直流电流挡，红表笔接C，黑表笔接电源负极，如图。
(3)纸巾没有使用时，铅笔芯电阻视为零，则最大电流为Im＝＝0.25 A＝250 mA
则量程为250 mA。
(4)根据闭合电路欧姆定律
I＝＝。
[答案] (1)×1 欧姆调零 12
(2)
(3)250 (4)
实验原理创新
[典例4] 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999.9 Ω)，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1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，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18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA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650.0 Ω。
(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)电路图连接如图所示。
(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)，代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。
(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝ A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。
[答案] (1)见解析图 (2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
(1)利用热敏电阻来控制电路，使之成为温度报警系统，在设置报警温度时，借助于电阻箱进行电阻设置，使报警器达到报警的电流进行报警。
(2)可以设计成可调温度的报警器。
实验器材创新
[典例5] 某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。
(1)逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x，作出F-x图像如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k＝______ N/m，弹簧原长L0＝________ cm。
(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为m＝ak－(a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R的长度L＝________，电源电动势E＝________(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g)。
[解析] (1)由弹簧的弹力与其形变量的关系可得F＝k(L－L0)
由表达式结合图像可知图像斜率表示弹簧的劲度系数，而横截距表示弹簧的原长，故弹簧的劲度系数
k＝＝ N/m＝100 N/m
弹簧原长L0＝4 cm。
(2)当所称的物体质量为零时，有ak＝
此时由电路结构可得E＝2IR0
联立解得电源电动势E＝
当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，此时有
m＝ak－，I′＝，mg＝2kL
联立解得L＝ag。
[答案] (1)100 4 (2)ag
本实验利用力传感器和距离传感器分别测量力和弹簧形变量，探究弹簧弹力与形变量的关系，改变了传统的弹簧测力计测力、刻度尺测长度的方法，减小了实验误差。
实验针对训练(十六) 利用传感器制作简单的自动控制装置
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1所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧。
(3)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，请用图2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。
[答案] (1)小 (2)右 (3)见解析图
2．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
A B
C D
[解析] (1)由表格数据可知，光敏电阻Rx的阻值与光强E的乘积均为18 Ω·cd，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值Rx＝＝4.5 Ω。
(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U′＝IR′可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合题意，玻璃并联在Rx两端时符合题意，A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，B、D两项错误。
[答案] (1)4.5 (2)C
3．(2025·广东云浮质检)为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统，则R1＝________ kΩ。
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图丙所示的电路进行测量，电源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丁为实验时电阻箱的阻值，其读数为________ kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图戊所示，此时电流表的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值为________ kΩ(结果保留3位有效数字)。
[解析] (1)电阻R1和R0串联，有＝，U0＝2 V，U1＝U－U0＝1 V，当照度为1.0 lx时，电阻R0＝20 kΩ，则R1＝10 kΩ。
(2)题图丁的电阻为R2＝62.5 kΩ，题图戊的电阻R′2＝22.5 kΩ，本题采用等效法测电阻，前后两次电路中的电流相等，则电路中的电阻相等，则有R2＝R′0＋R′2，所以R′0＝40.0 kΩ。
[答案] (1)10 (2)62.5 40.0
4．磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V，内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝1 kΩ、开关、导线若干
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，实验小组设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________ V，电流表的读数为0.5 mA，则此时磁敏电阻的阻值为________。
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示，某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过2.0 V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0.2 T，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2位有效数字)。
[解析] (1)根据题图甲，在题图乙中补充实物连线，如图所示。
(2)电压表的最小刻度值为0.1 V，如题图丙所示，电压表的读数为1.30 V。
根据串联电路电压与电阻成正比的关系，磁敏电阻两端的电压为
×(2 kΩ＋1 kΩ)＝1.95 V
电流表读数为0.5 mA，故此时磁敏电阻R＝ Ω＝3 900 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得输出电压为
U＝
要求输出电压达到或超过2.0 V时报警，即要求磁感应强度增大时，电阻的阻值增大，从而需要输出电压增大，故需要R2的阻值增大才能实现此功能，故R2为磁敏电阻。
开始报警时磁感应强度为0.2 T，此时R2＝1.4 kΩ，
电压U＝2.0 V
根据电路关系
＝
解得另一固定电阻R1＝2.8 kΩ。
[答案] (1)
(2)1.30 3 900 Ω (3)R2 2.8
源于教材人教版选择性必修第二册第三章第3节“科学漫步”
无线充电技术
无线充电是近年发展起来的新技术，其中一种就是根据电磁感应的原理而产生的，只不过变压器磁场的回路是铁芯，而无线充电装置磁场的回路是空气。无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如果移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收器放在无线充电基座上来进行充电。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈。
目前已经有移动电话、数字照相机、电动牙刷等电子产品采用无线充电技术。随着新能源汽车的快速发展，无线充电技术在电动汽车中也将会有广泛的应用。
相比有线输电技术，无线充电器与用电装置之间不用电线连接，因而具有使用方便、减少触电危险、不易老化磨损等优点。但目前无线充电技术也存在着传输距离短、成本高、能量损耗大等不足。因此，无线充电技术还需不断地改进、发展。
一、真题链接
1．(多选)(2022·湖北卷)近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其他损耗，下列说法正确的是( )
A．接收线圈的输出电压约为8 V
B．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D．穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
AC [根据＝可得接收线圈的输出电压约为U2＝8 V，故A正确；由于存在漏磁现象，电流不再与匝数成反比，故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C正确；由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的不相同，故D错误。故选AC。]
二、真题拓展
2．(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中( )
A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递
D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失
AC [由于送电线圈中通入正弦式交变电流，可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，故A正确；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，所以受电线圈中感应电流仍是正弦交流电，产生的磁场也是周期性变化的，故B错误；无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，故C正确；无线充电器的优点之一是不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上，但充电过程中仍有能量损失，故D错误。]
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教材原型实验
温度传感器的应用
[典例1] 某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中给继电器供电的电源电压U1＝4 V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于40 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连。(均选填“A”或“B”)
(2)当环境温度升高时，继电器的磁性将______(选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________ ℃时，警铃报警。
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。
A．适当减小U1 B．适当增大U1
C．适当减小U2 D．适当增大U2
[听课记录]
光电传感器的应用
[典例2] (2024·河北卷)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”电阻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________(选填“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________(选填“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________(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
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拓展创新实验
实验设计创新
[典例3] (2024·广东汕头一模)科技实践小组的同学们应用所学电路知识，对“一抽到底”的纸巾盒进行改装，使纸巾剩余量可视化。
同学们使用的器材有：电源(E＝1.5 V，内阻不计)、定值电阻(R0＝6 Ω)、多用电表、铅笔芯(如图甲中AB所示)、导线若干、开关。
(1)用多用电表测量整根铅笔芯的电阻，选用“×10”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针的偏转角度很大，因此需选择________(选填“×1”或“×100”)倍率的电阻挡，并需________(填操作过程)后，再次进行测量，若多用电表的指针如图乙所示，测量结果为________ Ω。
(2)将铅笔芯固定在纸巾盒侧边，截取一段导线固定在挡板C，并保证导线与铅笔芯接触良好且能自由移动，请完成图甲中的电路连接。
(3)不计多用电表内阻，多用电表应该把选择开关打在“mA”挡，量程为________ mA(选填“2.5”“25”或“250”)。
(4)将以上装置调试完毕并固定好，便可通过电表读数观察纸巾剩余厚度，设铅笔芯总电阻为R，总长度为L，不计多用电表内阻，则多用电表示数I与纸巾剩余厚度h的关系式为I＝________________(用题中物理量符号表达)。依次实验将剩余纸巾厚度和对应电表读数一一记录下来，并进行标识，从而完成“一抽到底”纸巾盒的可视化改装探究。
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实验原理创新
[典例4] 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999.9 Ω)，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1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，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18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA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650.0 Ω。
(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。
[听课记录]
(1)利用热敏电阻来控制电路，使之成为温度报警系统，在设置报警温度时，借助于电阻箱进行电阻设置，使报警器达到报警的电流进行报警。
(2)可以设计成可调温度的报警器。
实验器材创新
[典例5] 某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。
(1)逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x，作出F-x图像如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k＝______ N/m，弹簧原长L0＝________ cm。
(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为m＝ak－(a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R的长度L＝________，电源电动势E＝________(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g)。
[听课记录]
本实验利用力传感器和距离传感器分别测量力和弹簧形变量，探究弹簧弹力与形变量的关系，改变了传统的弹簧测力计测力、刻度尺测长度的方法，减小了实验误差。
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