2025秋高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器实验十二利用传感器制作简单的自动控制装置课件（59页PPT）

(共59张PPT)
第十一章　交变电流　传感器
实验十二　利用传感器制作简单的自动控制装置
素养目标　1.门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能.在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置.当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭. 2.光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭.即在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动关闭.
考题1　（2024·广东卷）某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源.
如图甲所示是光照方向检测电路.所用器材有：电源E（电动势3 V）；电压表 和 （量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大）；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干.如图乙所示是实物图.图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响.
请完成下列实验操作和判断.
（1）电路连接.
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表 间的实物图连线.
答案：（1）见解析图
解析：（1）实物连线如图所示.
（2）光敏电阻阻值与光照强度关系测试.
解析：（2）①分压电路两端电压应从零开始调节，故实验开始前R的滑片应置于b端.
b　
1.60　
较大　
③断开S.
（3）光源跟踪测试.
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2.
解析：（3）②U1＜U2，说明RG1表面的光照强度比RG2表面的大，则电动机带动电池板逆时针转动，直到RG1和RG2两端电压相等，即U1＝U2时停止转动.
逆时针　
U1＝U2　
电学　
通断　
传输　
控制　
电信号　
3. 传感器的分类
项目 工作原理 举例
物理传感器 利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等
化学传感器 利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等
生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
差　
增强　
变好　
光照强弱　
电阻　
减
小　
增大　
形变　
电阻
金属梁　
应变片　
应变片　
4. 霍尔元件的应用
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件.一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等.
（1）霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压（如图所示）.
（2）霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡.
解析：（1）使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接.温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.
短接　
减小　
（2）再按图连接好电路进行测量.
解析：（2）①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即b端.
b　
解析：②将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01＞R02，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.
大于　
R01－R02　
训练1　（2025·湖北高三专题练习）传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，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），传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段.回答下面传感器的应用实验中的两个问题：
高　
低　
甲 乙 丙
解析：（1）当有光照射R1时，R1的电阻减小，整个电路总电阻减小，电动势不变，则电流增大，R2两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压；当照射R1的光被传送带上的物品挡住时，R1的电阻增大，整个电路总电阻增大，电动势不变，则电流减小，R2两端的电压减小，即信号处理系统获得低电压.则信号处理系统每获得一次低电压就记数一次.
解析：（2）温度升高时热敏电阻的阻值变小，左边电路中电流变大，电磁铁磁性变强，开关接触a点，要使温度过高时报警器报警，c应接在a处.滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，在温度更高时左边电路才能有足够大电流，使磁铁有足够大的引力吸引开关，因此滑片向左移动可以提高报警器报警的温度.
a　
左　
乙 丙
考题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
负极　
解析：（1）
（2）研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
A　
A　
D（或C）　
解析：（2）①题目要求电压表、电流表读数从零开始，所以应该采用滑动变阻器分压式接法连接电路，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D.
解析：②由图像可知，随光照强度增加，I－U图像斜率增大，所以电阻减小.
减小　
（3）组装光强报警器电路并测试其功能
增大　
解析：（3）
例2　（2025·四川内江模拟）纯电动汽车的蓄电池的安全性，主要体现在对其温度的控制上，当电池温度过高时，必须立即启动制冷系统进行降温.如图甲所示是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源（不计内阻）两端.当电磁铁线圈（电阻不计）中的电流I大于或等于20 mA时，衔铁被吸合，热敏电阻置于温度监测区域，其阻值Rt与温度t的关系如图乙所示，滑动变阻器的最大阻值为200 Ω.则：
解析：（1）由题意可知，当控制电路电流达到20 mA时衔铁被吸合，制冷系统工作，所以题图甲中，应将b端与c端相连.
c　
150　
解析：（3）当滑动变阻器调到最大阻值200 Ω时，热敏电阻的阻值R't＝R－R'P＝250 Ω－200 Ω＝50 Ω，由题图乙可知此时对应的温度为73 ℃，所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是73 ℃.
73　
训练2　（2025·重庆质量调研）如图甲所示为电阻式触摸屏的简化原理：按压屏幕时，相互绝缘的两层导电层就在按压点位置有了接触，从而改变接入电路的电阻.
Ⅱ　
解析：（1）由题图乙可知，不按压状态下虚线框中只有一个电阻，大于按压状态下虚线框中两个电阻并联的总电阻，因此不按压状态下电荷通过回路受到的阻碍更大，所用时间更长，故不按压状态对应题图丙中的Ⅱ.
（2）粗测该触摸屏单元未按压状态下的电阻约为几十欧姆.某同学想较准确测量此电阻，可供使用的器材有：
A. 电源E（电动势为3 V，内阻约为12 Ω）；
B. 电流表A1（量程为3 mA，内阻为5 Ω）；
C. 电流表A2（量程为60 mA，内阻约为2 Ω）；
D. 滑动变阻器R1（总阻值约为10 Ω）；
E. 电阻箱R2，最大阻值为9 999.9 Ω；
F. 开关S，导线若干.
1 495　
a　
79　
没有　
限时跟踪检测
A级·基础对点练
A. 增大 B. 减小
C. 不变 D. 无法判断
B
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A. 电磁继电器与发电机工作原理相同
B. 电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C. 电磁铁工作时，上端为S极
D. 当有人闯入保密室时，b灯亮
D
解析：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为 N极，选项C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确.
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A. U1＜U2
B. R2为压力传感器
C. 若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低
D. 若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
C
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A. 该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B. 增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C. 增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D. 并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
C
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解析：当电磁继电器内电流较大时，衔铁被吸下来，太阳能电池板开始给蓄电池充电，根据闭合电路欧姆定律，当日光充足时光敏电阻R变小，电流变大，衔铁被吸下来，该光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下来，减少了路灯照明时间，B错误；增大保护电阻R0，减小了电流，增大了路灯照明时间，C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，D错误.
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5. （2025·郑州模拟）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的变化关系如表所示.[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉（cd）]
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
4.5　
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C　
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B级·能力提升练
6. （2025·邯郸第一次调研监测）智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格，其中包括对光照强度的调控，小明准备利用所学知识设计智能光控电路.智能光控电路的核心元件是光敏电阻R.
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A. 用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，必须重新机械调零
B. 测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量
C. 图1中光敏电阻测量值R＝20 Ω
D. 测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开
BD　
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解析：（1）用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，不必重新机械调零，但需要进行欧姆调零，A错误；测量电阻时，如果指针偏转过大，说明待测电阻阻值较小，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量，B正确；欧姆表的读数为指针所指刻度与倍率的乘积，所以题图1中光敏电阻测量值为R＝20×100 Ω＝2 000 Ω，C错误；测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开，D正确.故选B、D.
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答案：如图所示
增大　
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解析：（3）若增大电阻箱R2的阻值，则外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中电流减小，则光敏电阻需要变大才能达到两端的电压定值，可以达到照度更小，光敏电阻阻值较大时，自动控制系统开始补光的目的.
增大　
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7. （2025·江西抚州金溪一中月考）利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50 ℃.所用器材有：
A. 直流电源E（36 V，内阻不计）；
B. 恒温箱加热器的电源；
C. 电流表（量程为0～250 mA，内阻约0.1 Ω）；
D. 电压表（量程为0～50 V，内阻约1 MΩ）；
E. 热敏电阻RT；
F. 继电器（电阻300 Ω）；
G. 滑动变阻器R1（最大阻值4 000 Ω）；
H. 单刀单掷开关S1；
I. 导线若干.
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图（a） 图（b）
600　
偏大　
减小　
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（2）现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图（c）所示，继电器的电阻为300 Ω.当线圈的电流等于或大于30 mA时，继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0 V，内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.则：
图（c）
A、B端　
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解析：（2）①随着恒温箱内温度降低，热敏电阻RT的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于30 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度.所以应该把恒温箱内的加热器接在A、B端.
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300　
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