【江苏专版】51 第十一章 实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置 课件《高考快车道》2026高考物理一轮总复习

(共39张PPT)
第十一章　交变电流　传感器
实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置
实验储备·一览清
实验类型·全突破
[典例1]　(教材原型实验)(2025·江苏南通模拟)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 ；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。
类型1　 教材原型实验
d/cm 8.50 10.00 12.00 13.50 15.00 17.00 18.50 20.00 22.00 23.50 25.00
U/mV 271.0 220.0 180.0 156.7 114.9 114.0 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的非线性曲线。
R－r－R　
见解析图
(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______________(选填“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)所示电路，则电路中______(选填“R1”或
“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
增大
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，灯泡变暗；当R2为光敏电阻时，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流强度增大，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，所以R2为光敏电阻。
高考实验题是在教材实验的基础上创设新情境，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性、设计性等特点，本实验创新点体现在以下几方面：
类型2　 实验拓展与创新
实验设计的创新

1．通过继电器和热敏电阻控制电
路制作一个简易的控温电路。
2．用衔铁的被吸合和弹开来控制电源对加热器的供电。
实验原理的创新

将房卡和干簧管设计成干路上的电键
实验器材的创新

1．如图所示，将电压传感器和电流传感器代替电压表和电流表设计描绘小灯泡的U-I曲线的电路原理图。
实验器材的创新
2．描绘等效电源的U-I图线，结合小灯泡的U-I特性曲线求出小灯泡的实际功率。


[典例2]　(实验设计的创新)(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 ℃的范围，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
A．　　　 B．　　　 C．
[解析]　电路A中，定值电阻和热敏电阻并联，则1、2两端电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；电路B中，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得的电压越小，无法实现1、2两端电压大于 2 V，控制开关开启加热系统加热，故B错误；电路C中，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得的电压越大，可以实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，故C正确。故选C。
由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20.0 ℃ 的阻值为60×100 Ω＝6 kΩ
由题意可知U12＝E＝×3 V＝2 V
解得R＝3 kΩ
由题意可知，当温度达到28 ℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ，此时热敏电阻两端的电压为×4.5 V＝1.8 V。
[典例3]　(实验器材的创新)实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0～20 Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0～1 000 Ω)、 电动势适当的电源、小灯泡(4 V　
2 W)、开关、导线若干。
(1)要完整地描绘小灯泡的U-I曲线，
请在方框中画出实验电路图，并标
出所用滑动变阻器的符号。
见解析图
(2)实验中描绘出的小灯泡U-I曲线如图甲所示，由图可知，小灯泡灯丝的电阻随温度升高而________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
增大
(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图乙所示，图中R0是阻值为9.0 Ω的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的U-I图像，由图像可求出电源自身内阻约为______ Ω。
序号 1 2 3 4 5 6
U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80
I/A 0.20 0.26 0.33 0.40 0.46 0.52
见解析图
1
(4)若将上述小灯泡直接与此等效电源组成串联电路，如图丙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为______W(保留2位有效数字)。
0.84
[解析]　(1)要完整地描绘小灯泡的U-I曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器要采用分压接法，由于灯泡的阻值较小，电流传感器应用外接法，电路图如图1所示。
(2)由题图甲所示U-I图线可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，由此可知，灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。
(3)根据表中数据作出电源的U-I图线如图2所示，由图示图线可知，电源内阻r＝－R0＝ Ω－9 Ω ＝1 Ω。
(4)由图2可知，小灯泡两端电压为2.2 V，电流为0.38 A，则小灯泡的电功率为P＝UI＝2.2×0.38 W≈0.84 W。
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．(教材原型实验)(2024·海门中学高三模拟)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________。
短接
减小
(2)再按图示连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________(选填“a”或“b”)端。
将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
b　
②实验中记录的阻值R01________(选填“大于”“小于”或“等于”)R02。此时热敏电阻阻值RT＝________。
(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变化的规律。
大于
　R01－R02
[解析]　(1)使用多用电表的电阻挡前应先欧姆调零，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。
(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b端。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。
2．(实验设计的创新)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
E2　
R2　
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)闭合开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
C　
不偏转
偏转
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是__________(填写各步骤前的序号)。
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④闭合开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 Ω
⑤④②③①
[解析]　(1)若要实现对30 ℃温度的控制，继电器和Rt的电压U1＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29 V，因此符合要求的电源应选E2。若要实现对80 ℃温度的控制，对全电路有E2＝I(R继＋Rt＋R)，即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)，解得R＝330.9 Ω，因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)表笔接入a、b时，a、b间电压为0，指针不偏转；接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
谢 谢 ！