3 利用传感器制作简单的自动控制装置
电路工作原理
防盗 a 发光 断开 b 鸣叫
例1 (1)小 (2)红
[解析] 当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,则总电阻减小,总电流I增大,根据闭合电路欧姆定律有U2=E-I(R1+r),可知R2两端电压减小,则R2中电流I2减小,所以R3中电流I3=I-I2增大,电磁继电器产生的磁场增强,把衔铁吸下,红灯亮.
例2 (1)光敏电阻 (2)如图所示
[解析] (1)由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小,为使路灯正常工作,在白天时电磁继电器的触点断开,电磁铁通电,φe-φb≥0.2 V,R1变小或R2变大,而白天时光敏电阻阻值变小,所以R1是光敏电阻;
(2)根据题述分析可知,A处与继电器相连,路灯与火线、零线相连接,开关应接在火线上,画导线时要避免交叉,电路图如图所示.
随堂巩固
1.A [解析] 当主机开关闭合、门关上时,磁条与触发器刚好靠近在一起,此时报警器不工作,说明电路是断开的,当主机开关闭合、门打开时,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声,说明此时电路是闭合的,选项A正确;触发器与磁条之间存在磁力的作用,所以触发器不可能是铜制成的,因为铜没有磁性,选项B错误;磁条无论哪个磁极靠近触发器,都存在磁力作用,所以两极对调后,该报警器仍能正常工作,选项C错误;本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点,选项D错误.
2.A [解析] 由电路可知:温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离,因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属,A错误,B正确;需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,双金属片虽发生弯曲也不使触点分离,应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移,C正确;利用双金属片热胀冷缩来控制电路的通断,D正确.
3.B [解析] 由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置,控制电路由电源、开关S和电磁铁组成,工作电路有两个,共用一个电源,开关S断开时,电磁铁中无电流没有磁性,弹簧把衔铁拉起,电灯和电动机组成的并联电路连通,电灯亮,电动机转动,电铃电路断开,电铃不响;开关S闭合时,电磁铁通电有磁性,吸下衔铁,使电铃电路连通,铃响,电灯和电动机电路断开,灯不亮,电动机不转,故B正确.
4.(1)75 (2)A、B端 (3)155 (4)调大
[解析] (1)由题意,根据欧姆定律有I=,代入数据解得R1=75 Ω.
(2)由题图乙知,热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小,当线圈中的电流达到20 mA时,继电器的衔铁被吸合,电路应当断开,结合图甲可知应把恒温箱的加热器接在A、B端.
(3)由题意可知,R1t=常数,当温度为100 ℃时,有75 Ω×60 ℃=R1'×100 ℃,解得R1'=45 Ω,由欧姆定律得I=,代入数据解得R2'=155 Ω.
(4)由题图乙知,恒温箱的温度越高,热敏电阻的阻值越小,相同电流情况下,可变电阻应越大,则欲将恒温箱的温度调高一些,应将R2的阻值调大.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
实验一 门窗防盗报警装置
【实验目的】
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能.当门窗紧闭时,蜂鸣器不响,指示灯亮;当门窗被打开时,蜂鸣器发出声音警报,指示灯灭.
【实验器材】
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电阻R、电源、小磁体、开关、导线若干.
【实验电路图】
实验电路如图所示.
【电路工作原理】
闭合电路开关S,系统处于 状态.当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸.继电器的动触点c与常开触点 接通,发光二极管LED (选填“发光”或“不发光”),系统处于正常工作状态.当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管 (选填“接通”或“断开”).继电器的动触点c与常闭触点 接通,蜂鸣器H (选填“鸣叫”或“不鸣叫”).
【实验操作】
1.连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作.用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常动作.
2.确定各元件可以正常工作后,按照如图所示的电路图连接电路.
3.接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象.
例1 如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出).经实际试验,灯的亮、灭能反映门的开、关状态.
(1)门打开时R2两端的电压U2比门关闭时 (选填“大”或“小”);
(2)门打开时 (选填“红”或“绿”)灯亮.
[反思感悟]
实验二 光控开关
【实验目的】
模拟光控开关电路控制灯,使其根据光照的变化自动开启或关闭.
【实验电路图】
实验电路如图所示.
【实验器材】
发光二极管LED、三极管VT、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、继电器、小灯泡L,二极管D、直流电源、导线若干.
【电路工作原理】
当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮.当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流, 点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.
【实验步骤】
1.按照图所示连接电路,检查无误后,接通电源.
2.让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射,调节电阻R1,使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光.
3.遮挡RG,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光.
4.让光照加强,当光照强到某种程度时,发光二极管LED或小灯泡L熄灭.
【注意事项】
1.安装前,对实验器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装.
2.光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接.
3.若实验现象不明显,则可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察.
例2 光敏电阻在自动化装置中有很多应用,街道路灯自动控制就是其应用之一,图示电路为其模拟电路,其中电源的内阻可忽略不计,A处接电磁继电器,B为三极管(当φe-φb≥0.2 V时,c、e间的电阻R可忽略不计,当φe-φb<0.2 V时,R可视为无穷大),b点的电势由R1与R2的比值决定,R1、R2中有一个是定值电阻,另一个是光敏电阻,阻值随光照强度增强而减小,C为电磁继电器,D为路灯.为了达到日出路灯熄,日落路灯亮的效果,请回答下列问题:
(1)R1是 (选填“光敏电阻”或“定值电阻”);
(2)请用笔画线代替导线,将实物连接成正确的电路.
[反思感悟]
1.(门窗防盗报警器)[2024·北师大二附中月考] 如图甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成,门窗均可使用.图乙为其简化示意图.安装时,将磁条固定在门上,主机安装在与其等高的门框边缘,门关上时,两者刚好靠近在一起.当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声.下列有关说法正确的是 ( )
A.触发器内是一个开关,当主机与磁条靠近时,开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后,该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
2.(双金属片)如图所示是电熨斗的结构图,下列说法不正确的是 ( )
A.双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B.常温下,上下触点接触;温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离
C.需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D.双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
3.(电磁继电器)在如图所示的自动控制电路中,当开关S断开时,工作电路的情况是 ( )
A.灯亮,电动机转起来,电铃响
B.灯亮,电动机转起来,电铃不响
C.灯不亮,电动机不转,电铃响
D.灯亮,电动机不转,电铃响
4.(温控电路)[2024·北师大附中月考] 如图甲所示,电磁继电器和热敏电阻R1等元件组成了恒温箱控制电路,R1处于恒温箱内.电源电动势E=6 V,内阻不计,继电器线圈的电阻R0=100 Ω.图乙为热敏电阻的R1-t图像,且已知在50~150 ℃范围内,热敏电阻的阻值随温度的变化规律是R1t=常数,电阻R2是可变电阻.当线圈中的电流增加到20 mA时,继电器的衔铁被吸合,已知此时可变电阻R2=125 Ω,恒温箱保持60 ℃恒温.图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源.
(1)60 ℃时,热敏电阻R1的阻值为 Ω.
(2)应该把恒温箱的加热器接在 (选填“A、B端”或“C、D端”).
(3)如果要使恒温箱保持100 ℃恒温,可变电阻R2的阻值应调为 Ω.
(4)欲将恒温箱的温度调高一些,应将R2的阻值 (选填“调大”或“调小”). 3 利用传感器制作简单的自动控制装置
1.C [解析] 由火灾报警器的原理可知,发生火灾时,烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线照在光电三极管上,电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,选项C正确.
2.D [解析] 由题图可知,温度升高至78 ℃时,水银与金属丝接触,电路接通,L2亮灯报警,故D正确.
3.(1)C (2)左
[解析] (1)根据要求,在常温下热敏电阻阻值较大,控制电路电流较小,电磁铁磁性较弱,不能将衔铁吸下,此时绿灯所在电路接通,绿灯亮,温度升高后,热敏电阻阻值减小,控制电路电流增大,电磁铁磁性增大,将衔铁吸下,电铃报警,所以图中的甲位置需要放入的元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小),故C正确.
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点,即在热敏电阻的电阻比较大的时候报警,说明滑动变阻器接入电路的阻值比较小.要求在温度更高一点时开始报警,需要调节滑动变阻器,使滑动变阻器接入电路的阻值大一些,则需要将滑片往左移动一些.
4.(1)红 (2)400
[解析] (1)因是闯红灯违规记录仪,故光控开关应在接收到红光时自动闭合.
(2)由闭合电路欧姆定律得I=,解得R=90 Ω,由R-F图像可知,当R=90 Ω时,F=4000 N,由F=G=mg,解得m=400 kg,故只有质量超过400 kg的车辆违规时才会被记录.
5.(1)E2 R2 (2)⑤④②③①
[解析] (1)因通过继电器的电流超过15 mA时加热器停止加热,为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,要求电路在30~80 ℃之间的任一温度下的电流能通过调节达到15 mA,当控制到30 ℃时,电路的最小阻值为Rmin=199.5 Ω+20 Ω=219.5 Ω,要使电流达到15 mA,则所需电源电动势至少为Emin=IRmin=3.29 V,故电源应选用E2;为使温度控制在80 ℃,则在6 V电源下电路中的电流能达到15 mA,故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为R=-(Rt+R继)=330.9 Ω,故滑动变阻器应选用R2.
(2)欲使衔铁在50 ℃时被吸合,则要求温度达到50 ℃时电路中电流达到15 mA,而此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω.为确定滑动变阻器接入电路中的阻值,应先将电阻箱调到108.1 Ω并替代热敏电阻接入电路,调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合,然后再保持滑动变阻器滑片位置不动,将热敏电阻再替换回电阻箱即可,故合理的顺序应为⑤④②③①.
6.(1)连线如图所示 (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
[解析] (1)电路如图所示.
(2)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,可知外电阻的取值范围是Ω=900 Ω≤R≤ Ω=1800 Ω.报警器的电阻是650.0 Ω,所以滑动变阻器阻值的取值范围在250 Ω到1150 Ω之间,所以滑动变阻器应该选R2.
(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻,阻值应为650.0 Ω,滑动变阻器刚开始应置于b端,若置于另一端,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;实验调试时,将开关置于c端,缓慢调节滑动变阻器,直至报警器开始报警.
7.(1)高 (2)60 下通道 (3)大于
[解析] (1)分析R-F图像可知,图像在某点的斜率越大,则当压力变化时电阻变化越快,即压力传感器的灵敏度越高.
(2)由图像可知,托盘秤上的苹果质量为250 g时,压力F=1 N,此时压力传感器的电阻R1=30 kΩ,有R2=U,解得R2=60 kΩ,即当R2的阻值为60 kΩ时,激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁,使分拣开关打开下面通道,质量大于250 g的苹果将通过下通道.
(3)电源内阻不能忽略时,根据R2=U,则实际要吸引衔铁打开通道时的电阻R1的阻值应变小,需要的压力应变大,即实际分拣的标准大于250 g.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
◆ 知识点一 自动报警装置
1.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光,故而呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是 ( )
A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化,发出警报
B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化,发出警报
C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照在光电三极管上,电阻变小,发出警报
D.以上说法均不正确
2.[2024·河南郑州一中月考] 如图所示为一种自动高温报警器的原理图.在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是 ( )
A.温度升高至72 ℃时,L1亮灯报警
B.温度升高至72 ℃时,L2亮灯报警
C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警
D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警
3.[2024·山西大同一中月考] 某同学学习传感器后,用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器,要求是:正常情况下绿灯亮,有险情时电铃报警.电路如图所示,图中仪器还不完整.请完成以下问题:
(1)图中的甲位置处需要放入的元件是 (填选项前的字母).
A.二极管
B.光敏电阻
C.NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D.PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点.要求在温度更高一点时开始报警,则需要将滑动变阻器的滑片往 (选填“左”或“右”)移动一些.
◆ 知识点二 光控开关
4.[2024·福建福州一中月考] 某学校的科技小组在一次创新大赛中利用所学物理知识设计了一种“闯红灯违规记录仪”,其工作原理如图甲所示,当光控开关接收到某种颜色光时,开关自动闭合,且车辆经过的路面下的压敏电阻受到车的压力,其阻值随压力变化如图乙所示,当压力变化引起电流变化达到一定值时,继电器的衔铁就被吸下,电路中的电控照相机就启动,记录下违规车辆实况.光控开关未受到该种光照射就自动断开,衔铁不被吸引,工作电路中的指示灯发光.
(1)要记录违规闯红灯的情景,光控开关应在接收到 (选填“红”“绿”或“黄”)光时自动闭合.
(2)已知控制电路电源电动势为6 V,内阻为2 Ω,继电器电阻为8 Ω,当控制电路中电流大于0.06 A时,衔铁会被吸引,则只有质量超过 kg的车辆违规时才会被记录.(重力加速度g取10 m/s2)
◆ 知识点三 温控开关
5.某同学制作了一个简易的温控装置,实验原理电路图如图所示,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”).
(2)欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是 (填各步骤前的序号).
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合上开关,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
6.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1000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000 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的升高而减小,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.
7.[2024·山东滨州期末] 如图甲所示是苹果自动分拣装置的示意图.该装置能把苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果.该装置的托盘秤压在一个以过O1垂直于纸面的轴为转轴的杠杆上,杠杆的末端压在半导体薄膜压力传感器R1上,半导体薄膜压力传感器R1的阻值R随压力F变化的图像如图乙所示.当R2两端电压U≥4 V时激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁,使分拣开关打开下面通道,并保持一段时间使得苹果进入下面通道,否则苹果进入上面通道.若托盘秤上的苹果质量为250 g时,压力F=1 N,以此质量为分拣标准.已知电源电动势E=6 V,内阻不计.
(1)分析R-F图像可知,图像在某点的斜率越大,则压力传感器的灵敏度越 (选填“高”或“低”).
(2)当R2的阻值为 kΩ时,质量大于250 g的苹果将通过 (选填“上通道”或“下通道”).
(3)电源内阻不能忽略时,实际分拣的标准 (选填“大于”“等于”或“小于”)250 g. (共45张PPT)
3 利用传感器制作简单的自动控制装置
实验一 门窗防盗报警装置
实验二 光控开关
随堂巩固
练习册
◆
备用习题
实验一 门窗防盗报警装置
【实验目的】
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能.当门窗紧闭时,蜂鸣器不响,指示灯亮;当门窗被打开时,蜂鸣器发出声音警报,指示灯灭.
【实验器材】
干簧管、继电器、发光二极管、蜂鸣器、电阻、电源、小磁体、开关、导线若干.
【实验电路图】
实验电路如图所示.
【电路工作原理】
闭合电路开关,系统处于 ______状态.当门窗紧闭时,磁体靠近干簧管,干簧管两个簧片被磁化相吸.继电器的动触点与常开触点___接通,发光二极管______(选填“发光”或“不发光”),系统处于正常工作状态.当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管______(选填“接通”或“断开”).继电器的动触点与常闭触点___接通,蜂鸣器______(选填“鸣叫”或“不鸣叫”).
防盗
发光
断开
鸣叫
【实验操作】
1.连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作.用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常动作.
2.确定各元件可以正常工作后,按照如图所示的电路图连接电路.
3.接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象.
例1 如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时，红外光敏电阻受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出).经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态.
(1) 门打开时两端的电压比门关闭时____(选填“大”或“小”)；
小
(2) 门打开时____(选填“红”或“绿”)灯亮.
红
[解析] 当门打开时,受红外线照射,电阻减小,则总电阻减小,总电流增大,根据闭合电路欧姆定律有，可知两端电压减小,则中电流减小,所以中电流增大,电磁继电器产生的磁场增强,把衔铁吸下,红灯亮.
实验二 光控开关
【实验目的】
模拟光控开关电路控制灯，使其根据光照的变化自动开启或关闭.
实验电路如图所示.
甲
乙
【实验电路图】
【实验器材】
发光二极管、三极管、可调电阻、限流电阻、光敏电阻、继电器、小灯泡，二极管D、直流电源、导线若干.
【电路工作原理】
当环境光比较强时，光敏电阻的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡不亮.当环境光比较弱时，光敏电阻的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡.
【实验步骤】
1.按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源.
2.让光敏电阻受到白天较强的自然光照射，调节电阻，使发光二极管或小灯泡刚好不发光.
3.遮挡，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管或小灯泡发光.
4.让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管或小灯泡熄灭.
【注意事项】
1.安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装.
2.光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接.
3.若实验现象不明显，则可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察.
例2 光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中电源的内阻可忽略不计，处接电磁继电器，为三极管(当时，、间的电阻可忽略不计，当时，可视为无穷大)，点的电势由与的比
值决定，、中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，为电磁继电器，为路灯.为了达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，请回答下列问题：
(1) 是__________(选填“光敏电阻”或“定值电阻”)；
光敏电阻
[解析] 由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁通电，，变小或变大，而白天时光敏电阻阻值变小，所以是光敏电阻；
[答案] 如图所示
[解析] 根据题述分析可知，处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，开关应接在火线上，画导线时要避免交叉，电路图如图所示.
(2) 请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路.
1. 超导磁体的研究使得超强磁场的获得比以前更容易.如今,美国高场实验室研制的稳态超导磁体中心磁场的磁感应强度达到45 T.超导磁体通常是浸泡在液氦中的超导带材绕成的线圈,根据带材表面层是否绝缘分为绝缘线圈超导磁体和非绝缘线圈超导磁体两种.
超导磁体运行中,局部失超(失去超导性)可能带来整体失超,会造成超导磁体损坏.对超导磁体进行失超保护是必要的.绝缘线圈超导磁体需要采用主动失超保护系统.
图甲是绝缘线圈超导磁体充电、运行和失超保护电路原理图.闭合开关S,超导磁体被充电后,正常运行.当失超探测器检测到超导磁体失超后,能自动迅速切断开关S并通过二极管(符号见图乙,当“+”端的电势高于“-”端的电势时,二极管导通,电阻几乎为0;反之,电阻几乎为无穷大)将超导磁体储存的能量迅速转换到耗能电阻中,保护超导磁体不会被损坏.那么,图甲中接入的二极管的连接方式应该是图乙中的 (选填“A”或“B”).当失超保护系统工作时,流过耗能电阻中的电流方向为 (选填“由c到d”或“由d到c”).
B
由d到c
[解析] 给磁体充电时,二极管不能导通;当失超探测器检测到磁体失超、切断开关S后,线圈中的电流要减小,线圈要产生自感电动势以维持电流继续流动,此时加在二极管两端的电压为正向电压,使二极管导通,线圈跟二极管和耗能电阻组成了闭合回路,所以要采用B中连接方式,此时线圈中的电流方向仍然向右,所以流过耗能电阻的电流方向为由d向c.
2. 如图甲所示,斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6 V,输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25 V,而当输入端A的电势下降到0.8 V时,输出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V.如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图,RT为热敏电阻,R1为滑动变阻器(最大阻值为1 kΩ),蜂鸣器工作电压为3~5 V,热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图丙所示.若要求热敏电阻在感测到80 ℃时报警,则R1应调至 kΩ;若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,R1的阻值应 (选填“增大”“减小”或“不变”).
0.42
减小
[解析] 热敏电阻在80 ℃时的电阻是RT=80 Ω,斯密特触发器输入端A的电势是0.8 V时,输出端Y的电压为3.4 V,这时蜂鸣器开始工作.由串联电路分压特点知==,可得R1=0.42 kΩ.由热敏电阻的阻值随温度变化的图像可知,温度升高时,热敏电阻的阻值减小,而斯密特触发器输入端的电压仍保持不变,则R1的阻值应减小.
1.(门窗防盗报警器)[2024·北师大二附中月考] 如图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用.图乙为其简化示意图.安装时，将磁条固定在门上，主机安装在与其等高的门框边缘，门关上时，两者刚好靠近在一起.当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声.下列有关说法正确的是( )
A
A.触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
[解析] 当主机开关闭合、门关上时，磁条与触发器刚好靠近在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的，当主机开关闭合、门打开时，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时电路是闭合的，选项A正确；触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；磁条无论哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点，选项D错误.
2.(双金属片)如图所示是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是( )
A
A.双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B.常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C.需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D.双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
[解析] 由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错误，B正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C正确；利用双金属片热胀冷缩来控制电路的通断，D正确.
3.(电磁继电器)在如图所示的自动控制电路中，当开关断开时，工作电路的情况是( )
B
A.灯亮，电动机转起来，电铃响
B.灯亮，电动机转起来，电铃不响
C.灯不亮，电动机不转，电铃响
D.灯亮，电动机不转，电铃响
[解析] 由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转，故B正确.
4.(温控电路)[2024·北师大附中月考] 如图甲所示，电磁继电器和热敏电阻等元件组成了恒温箱控制电路，处于恒温箱内.电源电动势，内阻不计，继电器线圈的电阻 .图乙为热敏电阻的图像，且已知在范围内，热敏电阻的阻值随温度的变化规律是常数，电阻是可变电阻.当线圈中的电流增加到时，继电器的衔铁被吸合，已知此时可变电阻 ，恒温箱保持恒温.图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源.
(1) 时，热敏电阻的阻值为____ .
75
[解析] 由题意，根据欧姆定律有，代入数据解得 .
(2) 应该把恒温箱的加热器接在________(选填“、端”或“、端”).
、端
[解析] 由题图乙知，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当线圈中的电流达到时，继电器的衔铁被吸合，电路应当断开，结合图甲可知应把恒温箱的加热器接在、端.
(3) 如果要使恒温箱保持恒温，可变电阻的阻值应调为_____ .
155
[解析] 由题意可知，常数，当温度为时，有，解得 ，由欧姆定律得,代入数据解得 .
(4) 欲将恒温箱的温度调高一些，应将的阻值______(选填“调大”或“调小”).
调大
[解析] 由题图乙知，恒温箱的温度越高，热敏电阻的阻值越小，相同电流情况下，可变电阻应越大，则欲将恒温箱的温度调高一些，应将的阻值调大.
1.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到发出的光，故而呈现高电阻状态.发生火灾时，下列说法正确的是( )
C
A.进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化，发出警报
B.光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化，发出警报
C.进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照在光电三极管上，电阻变小，发出警报
D.以上说法均不正确
知识点一 自动报警装置
[解析] 由火灾报警器的原理可知,发生火灾时,烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线照在光电三极管上,电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,选项C正确.
2.[2024·河南郑州一中月考] 如图所示为一种自动高温报警器的原理图.在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
D
A.温度升高至时，亮灯报警
B.温度升高至时，亮灯报警
C.温度升高至时，亮灯报警
D.温度升高至时，亮灯报警
[解析] 由题图可知，温度升高至时，水银与金属丝接触，电路接通，亮灯报警，故D正确.
3.[2024·山西大同一中月考] 某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：正常情况下绿灯亮，有险情时电铃报警.电路如图所示，图中仪器还不完整.请完成以下问题：
(1) 图中的甲位置处需要放入的元件是____(填选项前的字母).
C
A.二极管
B.光敏电阻
C.热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D.热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
[解析] 根据要求，在常温下热敏电阻阻值较大，控制电路电流较小，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，温度升高后，热敏电阻阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下，电铃报警，所以图中的甲位置需要放入的元件是热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，故C正确.
(2) 电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点.要求在温度更高一点时开始报警，则需要将滑动变阻器的滑片往____(选填“左”或“右”)移动一些.
左
[解析] 电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点，即在热敏电阻的电阻比
较大的时候报警，说明滑动变阻器接入电路的阻值比较小.要求在温度更高一点时开始报警，需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器接入电路的阻值大一些，则需要将滑片往左移动一些.
知识点二 光控开关
4.[2024·福建福州一中月考] 某学校的科技小组在一次创新大赛中利用所学物理知识设计了一种“闯红灯违规记录仪”，其工作原理如图甲所示，当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且车辆经过的路面下的压敏电阻受到车的压力，其阻值随压力变化如图乙所示，当压力变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，电路中的电控照相机就启动，记录下违规车辆实况.光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光.
(1) 要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到____(选填“红”“绿”或“黄”)光时自动闭合.
红
[解析] 因是闯红灯违规记录仪，故光控开关应在接收到红光时自动闭合.
(2) 已知控制电路电源电动势为，内阻为 ，继电器电阻为 ，当控制电路中电流大于时，衔铁会被吸引，则只有质量超过_____的车辆违规时才会被记录.(重力加速度取)
400
[解析] 由闭合电路欧姆定律得，解得 ，由图像可知，当 时，，由，解得，故只有质量超过的车辆违规时才会被记录.
知识点三 温控开关
5.某同学制作了一个简易的温控装置，实验原理电路图如图所示，继电器与热敏电阻、滑动变阻器串联接在电源两端，当继电器的电流超过时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控.继电器的电阻约 ，热敏电阻的阻值与温度的关系如下表所示.
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
(1) 提供的实验器材有：电源(，内阻不计)、电源(，内阻不计)、滑动变阻器、滑动变阻器、热敏电阻、继电器、电阻箱、开关、导线若干.
为使该装置实现对之间任一温度的控制，电源应选用____(选填“”或“”)，滑动变阻器应选用____(选填“”或“”).
[解析] 因通过继电器的电流超过时加热器停止加热，为使该装置实现对之间任一温度的控制，要求电路在之间的任一温度下的电流能通过调节达到，当控制到时，电路的最小阻值为 ，要使电流达到，则所需电源电动势至少为
，故电源应选用；为使温度控制在，则在电源下电路中的电流能达到，故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为 ，故滑动变阻器应选用.
(2) 欲使衔铁在热敏电阻为时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是____________(填各步骤前的序号).
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合上开关，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
⑤④②③①
[解析] 欲使衔铁在时被吸合，则要求温度达到时电路中电流达到，而此时热敏电阻的阻值为 .为确定滑动变阻器接入电路中的阻值，应先将电阻箱调到 并替代热敏电阻接入电路，调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合，然后再保持滑动变阻器滑片位置不动，将热敏电阻再替换回电阻箱即可，故合理的顺序应为⑤④②③①.
6.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，流过的电流超过时就会报警)，电阻箱(最大阻值为)，直流电源(输出电压为，内阻不计)，滑动变阻器(最大阻
在室温下对系统进行调节，已知约为，约为；流过报警器的电流超过时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在时阻值为 .
值为)，滑动变阻器(最大阻值为)，单刀双掷开关一个，导线若干.
(1) 完成待调节的报警系统原理电路图的连线.
[答案] 连线如图所示
[解析] 电路如图所示.
(2) 电路中应选用滑动变阻器____(选填“”或“”).
[解析] 在室温下对系统进行调节，已知约为,约为;流过报警器的电流超过时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围是 .报警器的电阻是 ，所以滑动变阻器阻值的取值范围在 到 之间，所以滑动变阻器应该选.
(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______ ；滑动变阻器的滑片应置于___(选填“”或“”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________.
②将开关向__(选填“”或“”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________.
650.0
接通电源后，流过报警器的电流会超过,报警器可能损坏
报警器开始报警
[解析] 电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻，阻值应为 ，滑动变阻器刚开始应置于端，若置于另一端，接通电源后，流过报警器的电流会超过,报警器可能损坏；实验调试时，将开关置于端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警.
(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.
7.[2024·山东滨州期末] 如图甲所示是苹果自动分拣装置的示意图.该装置能把苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果.该装置的托盘秤压在一个以过垂直于纸面的轴为转轴的杠杆上，杠杆的末端压在半导体薄膜压力传感器上，半导体薄膜压力传感器的阻值随压力变化的图像如图乙所示.当两端电压时激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁，使分拣开关打开下面通道，并保持一段时间使得苹果进入下面通道，否则苹果进入上面通道.若托盘秤上的苹果质量为时，压力，以此质量为分拣标准.已知电源电动势，内阻不计.
(1) 分析图像可知，图像在某点的斜率越大，则压力传感器的灵敏度越____(选填“高”或“低”).
高
[解析] 分析图像可知，图像在某点的斜率越大，则当压力变化时电阻变化越快，即压力传感器的灵敏度越高.
(2) 当的阻值为____ 时，质量大于的苹果将通过________(选填“上通道”或“下通道”).
60
下通道
[解析] 由图像可知，托盘秤上的苹果质量为时，压力，此时压力传感器的电阻 ，有，解得 ，即当的阻值为 时，激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁，使分拣开关打开下面通道，质量大于的苹果将通过下通道.
(3) 电源内阻不能忽略时，实际分拣的标准______(选填“大于”“等于”或“小于”).
大于
[解析] 电源内阻不能忽略时，根据，则实际要吸引衔铁打开通道时的电阻的阻值应变小，需要的压力应变大，即实际分拣的标准大于.
