实验十三 利用传感器制作简单的自动控制装置
例1 (1)如图所示 (2)最大 300 (3)9 (4)50(k-1)
[解析] (1)由图甲所示的电路图,图乙中的实物图连线如图所示.
(2)由图甲可知,电阻箱起到保护电路的作用,因此开关闭合前,将电阻箱的阻值调到最大.开关S1接1时,由欧姆定律可得Ig=,S1接2时,则有=.联立解得RT=R0+Rg=60 Ω+240 Ω=300 Ω.
(3)由图丙可知,RT=300 Ω时,对应的温度约为9 ℃.
(4)开关S1接1,闭合S2,调节电阻箱,使电流表示数为Ig.由并联电路的分流作用,结合Rg=5R,可得干路电流为6Ig,则有并联部分的电阻R并=,由欧姆定律可得6Ig=,结合Ig=,R0=60 Ω,解得R0'=10 Ω,S1接2时,电流表示数为(k>1),同理可得干路电流为Ig,由欧姆定律可得Ig=,结合6Ig=,其中R并=40 Ω,解得RT=(k-1)(R并+R0')=50(k-1) Ω.
例2 (1)负极 (2)①A A C(或D)[或者三空分别为:C(或D) A B] ②减小 (3)增大
[解析] (1)使用多用电表电阻挡测二极管电阻时,电流也是“红进黑出”,即表内电源正极与黑表笔相连,电源负极与红表笔相连,且测二极管正向电阻时阻值很小,测二极管反向电阻时阻值无穷大.当黑表笔与接线柱M接触、红表笔与接线柱N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(电阻无穷大),而对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(电阻很小),说明黑表笔(连接电源正极)与接线柱N接触时测的是二极管正向电阻,即N端为二极管的正极.
(2)①要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始,所以滑动变阻器应采用分压式接法,导线L2应连接A接线柱,导线L1和导线L3应“一上一下”连接滑动变阻器的接线柱,可以导线L1连接A接线柱,导线L3连接C或D接线柱,或者导线L3连接B接线柱,导线L1连接C或D接线柱.
②伏安特性曲线上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻,由所给伏安特性曲线图可知,曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的电阻在减小,说明随着光照由弱到强,光敏电阻的阻值减小.
(3)在测试过程中发现,当照射在光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,说明三极管未被导通,这是因为b、e间电压较小,未达到三极管导通的值,为使报警器正常工作,应调大R1两端分得的电压直至发光二极管发光,由于R1与RG串联后总电压一定,所以要调大R1的阻值.
例3 (1)160 (2)80 0.13 (3)偏小
[解析] (1)电阻挡选择“×10挡”,则阻值为16.0×10 Ω=160 Ω.
(2)当仅有秤台时,压敏电阻的阻值为160 Ω,根据闭合电路欧姆定律得E=I(R+R'+RA+r),解得R'=80 Ω;2500 kg的汽车在秤台上时,此时压力为F=(2500+500)×10 N=3×104 N,压敏电阻的阻值约为100 Ω,根据闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+R'+RA+r),解得I1=0.13 A.
(3)根据E=I(R+R'+RA+r),可得R=-R'-RA-r,电池的电动势变小,内阻增大,则相同的电流下,R的实际阻值偏小,结合题图乙可知汽车重量的实际值偏大,则汽车重量的测量值偏小.
例4 (1)如图所示 (3)a (6)1.40 17
[解析] (1)为了保持流过传感器的电流恒定,电阻型氧气传感器两端的电压调节范围较大,所以滑动变阻器采用分压式接法,由于毫安表内阻可忽略,所以电流表采用内接法.
(3)为了保护电路,闭合开关前,需要电阻型氧气传感器两端的电压为零,故滑动变阻器的滑片滑到a端.
(6)由图可知,电压表的分度值为0.1 V,需要估读到分度值下一位,其读数为1.40 V;当瓶内气体的氧气含量为20%时,电压为1.40 V,在图乙中描出该点,用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示,可知电压表的示数为1.50 V时,此瓶气体的氧气含量为17%.
例5 (1)如图所示 (2)2.2 (3)1.4×10-4 (4)R2 10 减小
[解析] (1)因毫安表可视为理想电表,则采用电流表的内接法可以消除因电流表内阻而产生的系统误差;滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,待测磁敏电阻为几千欧,则滑动变阻器采用分压式接法以便于操作和多测数据,电路图如图所示.
(2)根据部分电路的欧姆定律可得磁敏电阻的阻值为R磁== Ω=2.2 kΩ.
(3)根据R磁 B图像可知,当R磁=10.0 kΩ时,磁感应强度B=1.4×10-4 T.
(4)根据题图乙可知,当磁感应强度增大时,磁敏电阻的阻值增大,由题图丙可知,磁敏电阻两端电压增大,故R2为磁敏电阻.要求输出电压达到或超过3.0 V时报警,且此时B=10-4 T,由题图乙知此时R2=5 kΩ,由=,解得R1=10 kΩ.若要提高此装置的灵敏度,即报警时磁感应强度更小,R2的阻值更小,根据串联分压原理可知应该减小R1.实验十三 利用传感器制作简单的自动控制装置
1.C [解析] 干簧管是利用磁场来控制电路的通断,故A正确,与题意不符;机器人遇到障碍物会绕开,说明机器人的“眼睛”看到了障碍物,利用了光传感器,故B正确,与题意不符;红外测温仪是感知人体发射的红外线来测量人体温度的,故C错误,与题意相符;电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转化成电容这个电学量,故D正确,与题意不符.
2.C 3 1.8
[解析] 温度要控制在20~28 ℃范围,说明热敏电阻的阻值范围是4500~6000 Ω,A电路中无论选择哪个定值电阻,热敏电阻两端电压都等于电源电动势,控制开关一直开启,加热系统一直在加热,A错误;热敏电阻Rt和定值电阻R应采用串联式电路,选择B电路时,当要开始加热时,控制开关两端电压等于2 V,随着温度升高,Rt的阻值减小,定值电阻两端的电压会变大,即控制开关两端电压始终大于2 V,加热系统一直加热,无法达到控制室温的目的,B错误;选择C电路时,当要开始加热时,控制开关两端电压为2 V,随着温度升高,Rt的阻值减小,定值电阻两端的电压会增加,Rt两端的电压会减小,即控制电路两端电压会减小到2 V以下,当温度达到28 ℃时控制开关两端电压低于某一设定值而关闭加热系统,所以选择C电路能够实现自动控温的目的.根据分压电路关系,20 ℃时开始加热,有Rt1∶R=U∶(E-U),解得定值电阻R=3 kΩ.当达到28 ℃时,热敏电阻两端电压为U'=E=×3 V=1.8 V,即1、2两端的电压小于1.8 V时,加热系统停止加热.
3.(1)如图所示 (2)①b ②1.63(1.61~1.65均可) 较大 (3)②逆时针 U1=U2(或RG1=RG2)
[解析] (1)由题图甲可知,V1测RG1两端电压,V2测RG2两端电压,滑动变阻器采用分压式接法,由题图乙可知,此时V2已并联在RG2两端,V1未并联在电路中,故应将V1的“3”接线柱连到滑动变阻器右上接线柱处,滑动变阻器分压式接入电路中.
(2)①从安全性角度考虑,一开始应将题图甲中R的滑片置于b端,使两个电压表的示数均为零.②由题图丙知电压表的分度值为0.1 V,根据读数原则需估读到0.1 V的下一位,读数为1.63 V.由串联电路中电流相等,电阻之比等于电压之比,可知电压较大时对应的电阻较大.由题图甲知,V1测RG1两端电压,V2测RG2两端电压,且U1>U2,则RG1>RG2,由①可知RG1表面的光照强度比RG2表面的小,说明表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大.
(3)②U14.(1)串联 12 (2)30
(3)如图所示 (4)更换两根劲度系数更大的弹簧或换质量更小的滑块
[解析] (1)要扩大电压表的量程,需要串联一个电阻,根据U'=(RV+R),解得R=12 kΩ.
(2)当滑动片处于AB中点时,加速度为零,当滑动片位于端点A或B时,加速度最大,根据牛顿第二定律得2k·=ma,解得a=30 m/s2.
(3)设滑块位移为x,根据牛顿第二定律得2k·x=ma,根据串联电路分压规律可知U=E,联立得a=U-=4U-30,因此可画出a-U图像.
(4)滑块所受到的合力最大值由弹簧决定,形变量范围一定时,劲度系数越大,加速度的测量范围越大;最大合力一定的情况下,根据牛顿第二定律可知,可以减小滑块的质量从而增大加速度的测量范围.
5.(1)4 (2)3 如图所示 (3)
[解析] (1)根据左手定则可知,电子受到的洛伦兹力向4测脚方向,电子带负电,故4测脚电势低.
(2)第3次实验数据值与其他各次相差较大,所以根据作图规则需要舍弃第3次实验数据对应的点,在图乙中画出UH-IH关系图像.
(3)霍尔元件中电子受到的洛伦兹力大小等于电场力,有evB=eE,电流微观表达式为IH=nev,霍尔元件的电压UH=Ea,解得UH=,所以有k=,得B=.
6.(1)C F (2)如图所示
(3)1300-1×10-2p
(4)200 1.1×105
[解析] (1)根据题意可知,电源电动势为6 V,电压表读数时指针在表盘中间三分之一更准确,而且串联定值电阻可以扩大量程,故电压表选C.串联定值电阻,相当于扩大电压表量程,扩大到0~6 V即可,电压表V1的量程为0~3 V,内阻为4 kΩ,根据串联分压原理,故需串联一个阻值为4 kΩ的定值电阻,故定值电阻应选R1,故选F.
(3)根据图像,假设Rx=R0-kp,代入数据可得Rx=1300-1×10-2p.
(4)根据题意,由欧姆定律有Rx===200 Ω,将Rx=200 Ω代入表达式Rx=1300-1×10-2p,可以解得此时气压传感器所处环境的压强为p=1.1×105 Pa.实验十三 利用传感器制作简单的自动控制装置
热敏电阻的理解及应用
一、实验器材与步骤
1.按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.
2.把多用电表置于“电阻”挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数.
3.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值.
4.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录.
二、数据处理
1.根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性.
次数 1 2 3 4 5 6
温度(℃)
电阻(Ω)
2.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线,如图所示.
3.根据实验数据和R t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大.
例1 [2024·贵州卷] 某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律,探测温度控制室内的温度.选用的器材有:
热敏电阻RT;
电流表G(内阻Rg为240 Ω,满偏电流为Ig);
定值电阻R(阻值为48 Ω);
电阻箱R0(阻值0~999.9 Ω);
电源E(电动势恒定,内阻不计);
单刀双掷开关S1、单刀单掷开关S2;
导线若干.
请完成下列步骤:
(1)该小组设计了如图甲所示的电路图.根据图甲,完成图乙中的实物图连线.
(2)开关S1、S2断开,将电阻箱的阻值调到 (选填“最大”或“最小”).开关S1接1,调节电阻箱,当电阻箱读数为60.0 Ω时,电流表示数为Ig.再将S1改接2,电流表示数为,断开S1.得到此时热敏电阻RT的阻值为 Ω.
(3)该热敏电阻RT阻值随温度t变化的RT t曲线如图丙所示,结合(2)中的结果得到温度控制室内此时的温度约为 ℃.(结果取整数)
(4)开关S1接1,闭合S2,调节电阻箱,使电流表示数为Ig.再将S1改接2,如果电流表示数为(k>0),则此时热敏电阻RT= Ω(用k表示),根据图丙即可得到此时温度控制室内的温度.
[反思感悟]
光敏电阻传感器的应用
一、实验器材与步骤
1.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器等按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“电阻”挡.
2.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据.
3.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.
4.用手掌(或黑纸)遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.
二、数据处理
1.把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性.
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
2.根据实验数据得出结论:光敏电阻在被光照射时阻值发生变化,光照增强则电阻变小,光照减弱则电阻变大.
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.如图甲所示,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(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙).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采用图丙中的器材进行实验,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图丁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
图戊为利用光敏电阻、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.
工作模式
传感器 种类 压敏电阻 压力电学量
气敏电阻 气体浓度电学量
磁敏电阻 磁感应强度电学量
考向一 压敏电阻
例3 [2024·重庆八中模拟] 高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅.如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图,其中R是压敏电阻,质量m0=500 kg的秤台平放在压敏电阻上,被称汽车停放在秤台上.已知电路中电源电动势为26 V、内阻r=10 Ω,电流表量程为0~0.3 A、内阻RA=10 Ω,滑动变阻器R'的最大阻值为500 Ω.如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线.某设计人员对电流表上刻度重新赋值,使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量,他先后进行了以下操作.重力加速度g取10 m/s2.
甲
(1)断开开关S,撤去秤台上的汽车,把多用电表的旋钮旋到电阻挡“×10挡”,通过正确调零后,用红、黑表笔接在压敏电阻两端,多用电表的表针指到如图丙所示位置,则压敏电阻R此时的电阻值为 Ω.
(2)闭合开关S,设计人员通过调节滑动变阻器,使电流表读数为0.10 A,并在此处标注为0 kg,则此时滑动变阻器R'接入电路的电阻值为 Ω;2500 kg处应标注在 A处.
(3)设计人员按上述操作逐个刻度赋值后,经长时间使用,发现电池的电动势略有减小、内阻有所增大.他重新调节滑动变阻器,使秤台空载时电流表读数仍为0.10 A,然后再去测量汽车的重量.你认为现在的测量值相比汽车真实重量 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).
[反思感悟]
考向二 气敏电阻
例4 [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.一同学用图甲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)将图甲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(选填“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%的数据已标在图乙中;氧气含量为20%时电压表的示数如图丙,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).
考向三 磁敏电阻
例5 磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁场中电阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系.所用器材:电源E,开关S,滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω),电压表(内阻约为3000 Ω)和毫安表(可视为理想电表).
(1)在图甲所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图.
(2)实验时,将磁敏电阻置于待测磁场中,记录不同磁感应强度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为6.2 V和2.8 mA,则此时磁敏电阻的阻值为 kΩ(保留两位有效数字).实验中得到的该磁敏电阻阻值R磁随磁感应强度B变化的曲线如图乙所示.
(3)某次测量中,测得磁敏电阻的阻值为10.0 kΩ,此时磁感应强度为 T(保留两位有效数字).
(4)太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流,当太阳风激烈爆发时,可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难.某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的探测磁感应强度的报警器,其电路的一部分如图丙所示.图中E为直流电源(电动势为9.0 V,内阻可忽略),当图中的输出电压达到或超过3.0 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10-4 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(保留两位有效数字);如果要提高此装置的灵敏度(即在磁感应强度更小时就能触发报警),应该 (选填“增大”或“减小”)R1. 实验十三 利用传感器制作简单的自动控制装置 (限时40分钟)
1.[2024 ·广东深圳模拟] 下列关于图中传感器的应用,说法错误的是 ( )
A.干簧管是利用磁场来控制电路的通断
B.机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
D.电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转化成电容这个电学量
2.[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).
3.[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.图甲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V1和V2(量程均有0~3 V和0~15 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.图乙是实物图.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V1间的实物图连线.
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试.
①将图甲中R的滑片置于 端,用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小.
②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置.V1的示数如图丙所示,读数U1为 V,V2的示数U2为1.17 V.由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (选填“较大”或“较小”).
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.
②闭合S,并启动控制单元.控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动.此时两电压表的示数U14.[2024·辽宁沈阳模拟] 某同学设计了一个加速度计,将其固定在待测物体上,能通过电路中电压表的示数反映物体的加速度a,其原理图如图甲所示.其中,质量m=1 kg的滑块2可以在光滑的框架1中左右平移,滑块两侧各连接一根劲度系数k=2.0×102 N/m的弹簧3(弹簧始终处于弹性限度内).4是固定在滑块2上的金属滑动片,与电压表的一端用导线相连,并与一阻值均匀的电阻AB相接触,滑动片4与电阻间的摩擦忽略不计.已知物体加速度为0时,两侧弹簧3均处于原长,滑动片4位于AB中点,AB全长L=15 cm;直流电源电动势E=15 V(内阻忽略不计).现有一量程0~3 V、内阻RV=3 kΩ的电压表,其表盘如图乙所示;另有开关、导线若干.
(1)为使滑动片4位于B点时电压表满偏,需要将电压表量程改为0~15 V,则电压表应 (选填“串联”或“并联”)一个阻值为 kΩ的电阻,并将电压表的刻度按新量程做好修改;
(2)将改装后的电压表接入图甲的电路中,此装置可测量加速度的最大值为 m/s2;
(3)请在图丙中画出a-U图像(规定加速度向左为正方向,U为改装后电压表的示数);
(4)若要增大加速度的测量范围,可采用的方法有
(答出一条合理措施即可).
5.[2024·山东德州模拟] 某学习小组利用砷化镓霍尔元件(载流子为电子)测量磁感应强度B,实验原理如图甲所示,匀强磁场垂直于元件的工作面,工作电源为霍尔元件提供霍尔电流IH,IH通过1、3测脚时,2、4测脚间将产生霍尔电压UH.
(1)2、4测脚中电势低的是 (选填“2”或“4”)测脚;
(2)某次实验中,调节工作电压,改变霍尔电流,测出霍尔电压,实验数据如下表所示:
实验次数 1 2 3 4 5
IH/mA 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
UH/mV 41.5 83.1 144.8 166.4 208.1
请在图乙坐标纸上标出以上5组数据对应的坐标点,根据作图规则需要舍弃第 次实验数据对应的点,然后在图乙中画出UH-IH关系图像;
(3)若测得图乙中UH-IH关系图像的斜率为k,若该元件沿电流方向单位长度中自由电子的个数为n,元件宽度为a,电子电荷量为e,则磁感应强度B= (用k,n,a,e等表示).
6.[2024·河南郑州一中模拟] 某实验小组想了解一气压传感器的电阻随所处环境气压变化的规律,他们在室温下利用实验室提供的以下器材进行探究.
A.气压传感器Rx(阻值变化范围从几十欧到几百欧);
B.直流电源(电动势6 V,内阻不计);
C.电压表V1(量程0~3 V,内阻为4 kΩ);
D.电压表V2(量程0~15 V,内阻为20 kΩ);
E.电流表A(量程0~150 mA,内阻不计);
F.定值电阻R1(阻值为4 kΩ);
G.定值电阻R2(阻值为20 kΩ);
H.滑动变阻器R(最大阻值为50 Ω);
I.开关S、导线若干.
(1)该小组设计了如图甲所示的实验电路原理图,其中电压表应选择 ,定值电阻应选择 .(填器材前的字母代号)
(2)请按图甲所示的电路图,将图乙中的实物连线补充完整.
(3)改变环境压强p,测得不同的Rx值,绘出如图丙所示的图像,可得Rx随压强p变化的关系式为Rx= .
(4)某次测量时,电压表、电流表的示数分别为U=2.40 V和I=24.0 mA,则气压传感器的阻值Rx= Ω,此时气压传感器所处环境的压强p= Pa. (共98张PPT)
实验十三 利用传感器制作简单的自动控
制装置
作业手册
教材原型实验
拓展创新实验
◆
答案核查【听】
答案核查【作】
备用习题
考点一 热敏电阻的理解及应用
一、实验器材与步骤
1.按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理.
2.把多用电表置于“电阻”挡，并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏
电阻的阻值，并记下温度计的示数.
3.向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示
数和多用电表测出的热敏电阻的阻值.
4.将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录.
二、数据处理
1.根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的
特性.
次数 1 2 3 4 5 6
温度
电阻
2.在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示.
3.根据实验数据和 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而
减小，随温度的降低而增大.
例1 [2024·贵州卷] 某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律，
探测温度控制室内的温度.选用的器材有：
热敏电阻 ；
电流表(内阻为 ，满偏电流为 )；
定值电阻(阻值为 )；
电阻箱(阻值 )；
电源 (电动势恒定，内阻不计)；
单刀双掷开关、单刀单掷开关 ；
导线若干.
请完成下列步骤：
(1) 该小组设计了如图甲所示的电路图.根据图甲，完成图乙中的实物图连线.
[答案] 如图所示
[解析] 由图甲所示的电路图，图乙中的实物图连线如图所示.
(2) 开关、 断开，将电阻箱的阻值调到______(选填“最大”或“最小”). 开关接1，调节电阻箱，当电阻箱读数为 时，电流表示数为 .再将改接2，电流表示数为，断开.得到此时热敏电阻 的阻值为_____ .
最大
300
[解析] 由图甲可知，电阻箱起到保护电路的作用，因此开关闭合前，将电阻箱的阻值调到最大.开关接1时，由欧姆定律可得， 接2时，则有.联立解得 .
(3) 该热敏电阻阻值随温度变化的 曲线如图丙所示，结合(2)中的
结果得到温度控制室内此时的温度约为___ .(结果取整数)
9
[解析] 由图丙可知， 时，对应的温度约为 .
(4) 开关接1，闭合，调节电阻箱，使电流表示数为.再将 改接2，
如果电流表示数为，则此时热敏电阻__________
(用 表示)，根据图丙即可得到此时温度控制室内的温度.
[解析] 开关接1，闭合，调节电阻箱，使电流表示数为 .由并联电路
的分流作用，结合，可得干路电流为 ，则有并联部分的电阻
，由欧姆定律可得，结合， ，
解得 ,
接2时，电流表示数为 ，同理可得干路电流为，由欧姆定律可得，结合 ，其中 ，解得
.
考点二 光敏电阻传感器的应用
一、实验器材与步骤
1.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻
器等按如图所示电路连接好，其中多用电表置
于“电阻”挡.
2.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据.
3.打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘
指针显示电阻阻值的情况，并记录.
4.用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录.
二、数据处理
1.把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性.
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/
2.根据实验数据得出结论：光敏电阻在被光照射时阻值发生变化，光照增
强则电阻变小，光照减弱则电阻变大.
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 、数字电流表
、滑动变阻器(最大阻值 ， )、白炽灯、可调电阻
、发光二极管、光敏电阻、型三极管 、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“ ”电阻挡测量二极管的电阻.如图甲所示，当黑表笔
与接线端接触、红表笔与接线端接触时，多用电表指针位于表盘中
位置(见图乙)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中 位置(见图乙).由此判断
端为二极管的______(选填
“正极”或“负极”).
负极
[解析] 使用多用电表电阻挡测二极管电阻时，电流也是“红进黑出”，即表
内电源正极与黑表笔相连，电源负极与红表笔相连，且测二极管正向电阻
时阻值很小，测二极管反向电阻时阻值无穷大.当黑表笔与接线柱 接触、
红表笔与接线柱接触时，多用电表指针位于表盘中 位置(电阻无穷大)，
而对调红、黑表笔后指针位于表盘
中 位置(电阻很小)，说明黑表笔
(连接电源正极)与接线柱接触时
测的是二极管正向电阻，即 端为
二极管的正极.
(2) 研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
① 采用图丙中的器材进行实验，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、和 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“”“”“”或“ ”).
(或)［或者三空分别为：(或)
[解析] 要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开
始，所以滑动变阻器应采用分压式接法，导线 应
连接接线柱，导线和导线 应“一上一下”连接滑
动变阻器的接线柱，可以导线连接 接线柱，导线
连接或接线柱，或者导线连接 接线柱，导
线连接或 接线柱.
② 图丁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”).
减小
[解析] 伏安特性曲线上的点与原点连线的
斜率的倒数表示电阻，由所给伏安特性曲线图可知，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的
电阻在减小，说明随着光照由弱到强，光敏电阻的阻值减小.
(3) 组装光强报警器电路并测试其功能
图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管
(当、 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，
增大
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 的阻值，直至发光二极管发光.
[解析] 在测试过程中发现，当照射在光敏电阻
表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，
说明三极管未被导通，这是因为、 间电压较
小，未达到三极管导通的值，为使报警器正常工
作，应调大 两端分得的电压直至发光二极管
发光，由于与 串联后总电压一定，所以要
调大 的阻值.
工作模式 ______________________________________________________________________________________________________
传感器种类 压敏电阻 ________________________________________________________________________ ________________________________________________
气敏电阻 ________________________________________________________________________ ________________________________________________
续表
传感器种类 磁敏电阻 _________________________________________________ ________________________________________________
续表
考向一 压敏电阻
例3 [2024·重庆八中模拟] 高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅.如图
甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中 是压敏电阻，质
量 的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上.已知电
路中电源电动势为、内阻 ，电流表量程为 、内阻
，滑动变阻器
的最大阻值为 .
如图乙是压敏电阻的阻值随压力 变化曲线.某设计人员对电流表上刻度
重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量，他先后进行了
以下操作.重力加速度 取 .
(1) 断开开关，撤去秤台上的汽车，把多用电表的旋钮旋到电阻挡“
挡”，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，多用电表的表
针指到如图丙所示位置，则压敏电阻此时的电阻值为_____ .
160
[解析] 电阻挡选择“挡”，则阻值为 .
(2) 闭合开关，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为 ，
并在此处标注为，则此时滑动变阻器接入电路的电阻值为____ ；
处应标注在_____A处.
80
0.13
[解析] 当仅有秤台时，压敏电阻的阻值为 ，根据闭合电路欧姆定
律得，解得； 的汽车在秤台上时，
此时压力为 ，
压敏电阻的阻值约为 ，根据闭合电路欧姆
定律得 ，解得 .
(3) 设计人员按上述操作逐个刻度赋值后，经长时间使用，发现电池的电
动势略有减小、内阻有所增大.他重新调节滑动变阻器，使秤台空载时电
流表读数仍为 ，然后再去测量汽车的重量.你认为现在的测量值相比
汽车真实重量______(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
偏小
[解析] 根据，可得 ，电池的电
动势变小，内阻增大，则相同的电流下， 的实际阻值偏小，结合题图乙
可知汽车重量的实际值偏大，则汽车重量的测量值偏小.
考向二 气敏电阻
例4 [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.一同学用图甲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 )、
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) 将图甲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
[解析] 为了保持流过传感器的电流恒定，电阻型氧气传感器两端的电压调节范围较大，所以滑动变阻器采用分压式接法，由于毫安表内阻可忽略，所以电流表采用内接法.
(2)连接好实验器材，把氧气含量为 的气瓶接到气体入口；
(3) 把滑动变阻器的滑片滑到___端(选填“”或“ ”)，
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 ，记录电压表的示数 ；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
[解析] 为了保护电路，闭合开关前，需要电阻型氧气
传感器两端的电压为零，故滑动变阻器的滑片滑到 端.
(6) 获得的氧气含量分别为、、和 的数据已标在图乙中；
氧气含量为时电压表的示数如图丙，该示数为_____ (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，此时电压表的示数为 ，则此
瓶气体的氧气含量为____
(结果保留整数).
1.40
17
[解析] 由图可知，电压表的分度值为 ，需要估读到分度值下一位，其读数为 ；当瓶内气体的氧气含量为时，电压为 ，在图乙中描出该点，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示，可知电压表的示数为 时，此瓶气体的氧气含量为 .
考向三 磁敏电阻
例5 磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁
场中电阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏
电阻的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系.所用器材：电源，开关 ，
滑动变阻器(最大阻值为)，电压表(内阻约为 )和毫安表
(可视为理想电表).
(1) 在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图.
[答案] 如图所示
[解析] 因毫安表可视为理想电表，则采用电流表的内接法可以消除因电
流表内阻而产生的系统误差；滑动变阻器的最大阻值为 ，待测磁敏
电阻为几千欧，则滑动变阻器采用分压式接法以便于操作和多测数据，电
路图如图所示.
(2) 实验时，将磁敏电阻置于待测磁场中，记录不
同磁感应强度下电压表和毫安表的示数，计算出
相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安
表的示数分别为和 ，则此时磁敏电阻
的阻值为____ (保留两位有效数字).实验中得到
的该磁敏电阻阻值随磁感应强度 变化的曲线
如图乙所示.
2.2
[解析] 根据部分电路的欧姆定律可得磁敏电阻的阻
值为
.
(3) 某次测量中，测得磁敏电阻的阻值为 ，此时磁感应强度为
___________ (保留两位有效数字).
[解析] 根据图像可知，当 时，磁感应强度
.
(4) 太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流，当
太阳风激烈爆发时，可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难.
某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的
10
减小
探测磁感应强度的报警器，其电路的一部分如图丙所示.图中 为直流电源
(电动势为，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过 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 ，则
图中____(选填“”或“ ”) 应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为
____ (保留两位有效数字)；如果要提高此装置的灵敏度(即在磁感应强
度更小时就能触发报警)，应该______(选填“增大”或“减小”) .
[解析] 根据题图乙可知，当磁感应强度增大时，磁敏
电阻的阻值增大，由题图丙可知，磁敏电阻两端电压
增大，故为磁敏电阻.要求输出电压达到或超过
时报警，且此时 ，由题图乙知此时
，由，解得 .若要提
高此装置的灵敏度，即报警时磁感应强度更小， 的阻
值更小，根据串联分压原理可知应该减小 .
1.热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化.实验小组用伏安法测量某热敏电
阻的阻值，并研究其阻值与温度的关系，实验室可提供的器材有：热敏电
阻(阻值在几百到几千欧的范围内)；电压表量程为 ，内阻约
；电流表A量程为，内阻约；滑动变阻器
最大阻值为；蓄电池(电动势为 ，内阻不计)；开关、导线
若干.
(1) 为了减小热敏电阻测量误差，图甲中电压表右侧
导线接___(选填“”或“ ”)；正确连接电路后，调节恒
温箱中的温度，调节滑动变阻器的滑片 ，使电流表
和电压表示数在合适数值，记录对应的电流表和电压
表的示数，并算出热敏电阻的阻值.多次改变温度 ，
算出对应的阻值 .
[解析] 因为，故电流表应采用内接法，图甲中电压表右侧导线接 .
(2) 在坐标纸上作出与温度 的关系图像如
图乙所示.由图可知，当电压表的示数为 ，
电流表的示数为 时，热敏电阻所在处
的温度约为_____ .
[解析] 当电压表示数为 ，电流表的示数
为 时，热敏电阻的阻值为 ，根
据图乙可知热敏电阻所在处的温度约为 ；
(3) 实验小组用该热敏电阻设计了如图丙所示的保温
箱温度控制电路，为热敏电阻， 为电阻箱，控制
系统可视为 的电阻，电源的电动势
(内阻不计).当通过控制系统的电流小于
时，加热系统将开启为保温箱加热；当通过控
制系统的电流达到 时，加热系统将关闭.若要使
得保温箱内温度低于，加热系统就开启，应将调为__________ .
[解析] 取控制系统电流为 ，由图乙知，当温度为 时热敏电阻的阻值为 ，根据闭合电路欧姆定律，有
，代入数据得 ，所以若要使得保温箱内温度低于，加热系统就开启，应将调为 .
2.如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装
置的示意图.当罐中装满液体时，液面与出液口高度差为 ，
罐外有一竖直放置的管，管内一侧有沿竖直线排列的多个
光敏电阻，另一侧有一列光强稳定的光源.液面上一浮块
与一块遮光板通过定滑轮相连，遮光板可随浮块的升降在
管内上下运动，光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为
.当储液罐内装满液体时，遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等
高，管内的光均匀地照射在光敏电阻上，光敏电阻和仪表相连.现要求设
计一电路以利用上述装置测量液面的高度.
为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻、、 ，
分别位于管的上端、下端和中央；它们的暗电阻均为
，被管内光源照亮时电阻均为 .给
定的仪器还有：直流电源(电动势为 ，电阻不计)；3
个定值电阻，阻值分别为 ， ，
；电压表(量程为 ，内阻可视为无穷
大)；开关一个，导线若干.
要求：当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程.
(1) 如图乙所示为某次电压表的示数，为_____________________ .
均可
[解析] 电压表量程为，每小格表示，指针示数为 .
(2) 选择合适的定值电阻，在如图丙所示虚线框内画出电路图，并用题中
给定的符号标明图中各元件.
[答案] 如图所示
[解析] 当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为 ，
可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻 串联，接在直流电源两端，把电
压表接在定值电阻两端，有，故 ，电压表应与电阻
并联构成电路，当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程.电路图如图
所示.
(3) 液面与出液口等高时电压表的示数为_____ .
(结果保留两位有效数字)
[解析] 当液面与出液口等高时，光源完全被遮光板遮住，
此时三个光敏电阻的阻值均为 ，则电压表的示数
为 .
0.43
(4) 若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为 ，则定
值电阻的阻值应变为____ ，便可达到题目要求.(结果保留两位有效数字)
1.8
[解析] 若光敏电阻被照亮时的阻值变为 ，为使电压表满量程，设定值电阻的阻值变为，由
，解得 .
3.[2022·广东卷] 弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元
件.某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
(1)装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的
一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带
有金属夹、 的导线接入如图乙所示的电路中.
(2) 导电绳拉伸后的长度及其电阻 的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录、 间
的距离，即为导电绳拉伸后的长度 .
②将滑动变阻器的滑片滑到最右端.断开开关，闭合开关，调节 ，
使电压表和电流表的指针偏转到合适位置.记录两表的示数和 .
③闭合，电压表的示数______(选填“变大”或“变小”).调节 使电压表的
示数仍为，记录电流表的示数，则此时
导电绳的电阻 ______(用、和 表示).
④断开，增大导电绳拉伸量，测量并记录
、 间的距离，重复步骤②和③.
变小
[解析] 闭合 后，电路总阻值减小，干路电流变大，导致滑动变阻器分压变大，定值电阻两端电压减小，所以电压表示数减小.可以利用欧姆定律解导电绳电阻，导电绳两端电压为，通过的电流等于总电流减去 ，故 .
(3) 该电压表内阻对导电绳电阻的测量值____(选填“有”或“无”)影响 .
无
[解析] 因为每次电压表的示数都相同，所以每次通过电压表与定值电阻
的电流之和都等于 ，电压表内阻对导电绳电阻的测量值无影响.
(4) 图丙是根据部分实验数据描绘的
图线，将该导电绳两端固定在某
种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导
电绳的电阻为 ，则由图线可
读出导电绳拉伸后的长度为_______ ，
即为机械臂弯曲后的长度.
[解析] 从图丙中可读出 时
对应的导电绳的长度 .
作业手册
1.[2024 ·广东深圳模拟] 下列关于图中传感器的应用，说法错误的是
( )
A.干簧管是利用磁场来控制电路的通断
B.机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D.电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转化成电容这个电学量
√
[解析] 干簧管是利用磁场来控制电路的通断，故A正确，与题意不符；机
器人遇到障碍物会绕开，说明机器人的“眼睛”看到了障碍物，利用了光传
感器，故B正确，与题意不符；红外测温仪是感知人体发射的红外线来测
量人体温度的，故C错误，与题意相符；电容式位移传感器能把物体的位
移这个力学量转化成电容这个电学量，故D正确，与题意不符.
2.[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 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/ 220 160 100 60 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻、电动势 (内阻不计)的电源、定值电阻
(阻值有 、 、 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 ，现要求将室内温度控制
在范围，且1、2两端电压大于 ，控制开关开启加热系统加热，
则应选择的电路是___，定值电阻的阻值应选___ ，1、2两端的电压
小于_____ 时，自动关闭加热
系统(不考虑控制开关对电路
的影响).
C
[解析] 温度要控制在 范围，说明热敏电阻的阻值范围是
，A电路中无论选择哪个定值电阻，热敏电阻两端电压都
等于电源电动势，控制开关一直开启，加热系统一直在加热，A错误；热
敏电阻和定值电阻 应采用串联式电路，选择B电路时，当要开始加热
时，控制开关两端电压等于，随着温度升高， 的阻值减小，定值电
阻两端的电压会变大，即控制开关
两端电压始终大于 ,加热系统一直
加热，无法达到控制室温的目的，
B错误；
选择C电路时，当要开始加热时, 控制开关两端电压为，随着温度升高, 的阻值减小，定值电阻两端的电压会增加，两端的电压会减小,即控制电路两端电压会减小到 以下，当温度达到 时控制开关两端电压低于某一设定值而关闭加热系统，所以选择C电路能够实现自动控温的目的.
根据分压电路关系， 时开始加热，有，解得定值电阻 .当达到 时，热敏电阻两端电压为
，即1、2两端的电压小于 时，加热系统停止加热.
3.[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.图甲是光照方向检测电路.所用器材有：电源(电动势)；电压表
和(量程均有和，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器 ；
两个相同的光敏电阻和；开关 ；手电筒；导线若干.图乙是实物图.
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、电源 、开关和电压表 间的实物图连线.
[答案] 如图所示
[解析] 由题图甲可知，测两端电压，测 两端电压，滑动变阻
器采用分压式接法，由题图乙可知，此时已并联在两端， 未并联
在电路中，故应将 的“3”接线柱连到滑动变阻器右上接线柱处，滑动变
阻器分压式接入电路中.
① 将图甲中的滑片置于___端，用手电筒的光斜照射到和,使
表面的光照强度比 表面的小.
② 闭合，将的滑片缓慢滑到某一位置的示数如图丙所示，读数 为
_____________________，的示数为 .由此可知，表面光照强度
较小的光敏电阻的阻值______(选填
“较大”或“较小”).
③断开 .
均可
较大
(2) 光敏电阻阻值与光照强度关系测试.
[解析] ①从安全性角度考虑，一开始应将题图甲中的滑片置于 端，使
两个电压表的示数均为零.②由题图丙知电压表的分度值为 ，根据读
数原则需估读到的下一位，读数为 .由串联电路中电流相等，电
阻之比等于电压之比，可知电压较大时对应的电阻较大.由题图甲知，
测两端电压，测两端电压，
且，则 ，由①
可知表面的光照强度比 表面
的小，说明表面光照强度较小的光敏
电阻的阻值较大.
(3) 光源跟踪测试.
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到和 .
②闭合 ，并启动控制单元.控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制
电动机转动.此时两电压表的示数 ,图乙中的电动机带动电池板
_________(选填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至_____________________
时停止转动，电池板正对
手电筒发出的光.
逆时针
(或)
[解析] ，说明电阻小，对应光照强度大，而 电阻大，对
应光照强度小，因此光是从左上方斜向右下方照射，所以应逆时针转动电
池板，使光线和太阳能电池板垂直，直至 时停止转动，此时
,两板对应光照强度相同，电池板正对手电筒发出的光.
4.[2024·辽宁沈阳模拟] 某同学设计了一个加速度计，将其固定在待测物
体上，能通过电路中电压表的示数反映物体的加速度 ，其原理图如图甲
所示.其中，质量 的滑块2可以在光滑的框架1中左右平移，滑块
两侧各连接一根劲度系数 的弹簧3(弹簧始终处于弹性限
度内) 是固定在滑块2上的金属滑动片，与电压表的一端用导线相连，并
与一阻值均匀的电阻 相接触，滑动片4与电阻间的摩
擦忽略不计.已知物体加速度为0时，两侧弹簧3均处于
原长，滑动片4位于中点， 全长 ；
直流电源电动势(内阻忽略不计).现有一量程 、内阻
的电压表 ，其表盘如图乙所示；另有开关、导线若干.
(1) 为使滑动片4位于点时电压表满偏，需要将电压表量程改为 ，
则电压表应______(选填“串联”或“并联”)一个阻值为____ 的电阻，并将
电压表的刻度按新量程做好修改；
串联
12
[解析] 要扩大电压表的量程，需要串联一个电阻，根据 ，
解得 .
(2) 将改装后的电压表接入图甲的电路中，此装置可测量加速度的最大值
为____ ；
30
[解析] 当滑动片处于中点时，加速度为零，当滑动片位于端点或 时，
加速度最大，根据牛顿第二定律得，解得 .
(3) 请在图丙中画出图像(规定加速度向左为正方向， 为改装后电
压表的示数)；
[答案] 如图所示
[解析] 设滑块位移为，根据牛顿第二定律得 ，根据串联电路
分压规律可知，联立得 ,因此可画出
图像.
(4) 若要增大加速度的测量范围，可采用的方法有____________________
___________________________(答出一条合理措施即可).
更换两根劲度系数更大的弹簧或换质量更小的滑块
[解析] 滑块所受到的合力最大值由弹簧决定，形变量范围一定时，劲度
系数越大，加速度的测量范围越大；最大合力一定的情况下，根据牛顿第
二定律可知，可以减小滑块的质量从而增大加速度的测量范围.
5.[2024·山东德州模拟] 某学习小组利用砷化镓霍尔元件(载流子为电子)测
量磁感应强度 ，实验原理如图甲所示，匀强磁场垂直于元件的工作面，
工作电源为霍尔元件提供霍尔电流, 通过
1、3测脚时，2、4测脚间将产生霍尔电压 .
(1) 2、4测脚中电势低的是___(选填
“2”或“4”)测脚；
4
[解析] 根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向4测脚方向，电子带负电，故4测脚电势低.
(2) 某次实验中，调节工作电压，改变霍尔电流，测出霍尔电压，实验数
据如下表所示：
实验次数 1 2 3 4 5
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
41.5 83.1 144.8 166.4 208.1
请在图乙坐标纸上标出以上5组数据对应的
坐标点，根据作图规则需要舍弃第___次
实验数据对应的点，然后在图乙中画出 关系图像；
3
[答案] 如图所示
[解析] 第3次实验数据 值与其他各次相差较大，所以根据作图规则需要
舍弃第3次实验数据对应的点，在图乙中画出 关系图像.
(3) 若测得图乙中关系图像的斜率为 ，若该元件沿电流方向单位
长度中自由电子的个数为，元件宽度为，电子电荷量为 ，则磁感应强
度____(用,,, 等表示).
[解析] 霍尔元件中电子受到的洛伦兹力大小等于电场力，有 ，电流微观表达式为，霍尔元件的电压，解得 ，所以有，得 .
6.[2024·河南郑州一中模拟] 某实验小组想了解一气压传感器的电阻随所
处环境气压变化的规律，他们在室温下利用实验室提供的以下器材进行探
究.
A.气压传感器 (阻值变化范围从几十欧到几百欧)；
B.直流电源(电动势 ，内阻不计)；
C.电压表(量程，内阻为 )；
D.电压表(量程，内阻为 )；
E.电流表A(量程 ，内阻不计)；
F.定值电阻(阻值为 )；
G.定值电阻(阻值为 )；
H.滑动变阻器(最大阻值为 )；
I.开关 、导线若干.
(1) 该小组设计了如图甲所示的实验电路原理图，其中电压表应选择___，
定值电阻应选择___.(填器材前的字母代号)
C
[解析] 根据题意可知，电源电动势为 ，电压表读数时指针在表盘中间三分之一更准确，而且串联定值电阻可以扩大量程，故电压表选C.串联定值电阻，相当于扩大电压表量程，扩大到即可，电压表 的量程为，内阻为 ，根据串联分压原理，故需串联一个阻值为 的定值电阻，故定值电阻应选，故选 .
(2) 请按图甲所示的电路图，将图乙中的实物连线补充完整.
[答案] 如图所示
(3) 改变环境压强，测得不同的值，绘出如图丙所示的图像，可得
随压强变化的关系式为 _________________.
[解析] 根据图像，假设 ，代入数据可得
.
(4) 某次测量时，电压表、电流表的示数分别为和 ，
则气压传感器的阻值_____ ，此时气压传感器所处环境的压强
__________ .
[解析] 根据题意，由欧姆定律有 ,将
代入表达式 ,可以解得此时气压传感器
所处环境的压强为 .
教材原型实验
考点一 例1.（1）如图所示 （2）最大,300 （3）9 （4）
考点二 例2.（1）负极 （2）①,,（或）［或者三空分别为：（或） ②减小 （3）增大 拓展创新实验 考向一 例3.（1）160
（2）80,0.13 （3）偏小 考向二 例4.（1）如图所示 （3） （6）1.40,17
考向三 例5.（1）如图所示
（2）2.2 （3） （4）,10,减小
1.C 2.C,, 3.（1）如图所示 （2）①
②均可,较大 （3）逆时针,（或） 4.（1）串联,12 （2）30 （3）如图所示
（4）更换两根劲度系数更大的弹簧或换质量更小的滑块
5.（1）4 （2）3,如图所示 （3）
6.（1）C, （2）如图所示
（3）
（4）,
