第12章 实验16 利用传感器制作简单的自动控制装置(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

实验十六　利用传感器制作简单的自动控制装置 教材原型实验　 　干簧管传感器的应用 [典例1]　如图所示是具有自动报警功能的防盗门，它利用干簧管作为传感器，继电器(虚线方框部分)作为执行装置。下列说法不正确的是(　　) A．当门紧闭时，磁体M处在干簧管SA里面，开关c与b接通 B．当门紧闭时，磁体M处在干簧管SA里面，开关c与a接通 C．当门被推开时，磁体M离开干簧管SA，继电器被断电，开关c与b接通 D．当门被推开时，磁体M离开干簧管SA，开关c与b接通，蜂鸣器H发声报警 A　[当门紧闭时，磁体处在干簧管里面，继电器接通，开关c与a接通，LED灯亮，当门被推开时，磁体离开干簧管，继电器断电，开关c与b接通，LED灯不亮，蜂鸣器H发声报警，选项B、C、D正确，A错误。] 　光控传感器的应用 [典例2]　光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭，如图所示是利用光敏电阻和晶体三极管制作的光控开关的原理电路图。当天色逐渐变暗时，LED灯自动点亮，下列说法正确的是(　　) A．光敏电阻RG逐渐变小 B．光敏电阻RG的电压变小 C．晶体三极管被断开 D．如果想要在更暗的时候LED灯被点亮，应将R1调大一点 D　[由光敏电阻的特性可知，光照越暗，电阻越大，所以光敏电阻的分压就越大，这时晶体三极管被导通，想要在更暗的时候接通LED灯的开关，这时光敏电阻就要更大，R1电阻也必须变大，选项D正确。] 拓展创新实验　 　实验设计创新 [典例3]　一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧。现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制。R1的阻值在有光照时为100 Ω，黑暗时为1 000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V，内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干。臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示。 设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B。(电路图画在虚线框内) [解析]　由题意分析，臭氧发生器P有光照时能产生臭氧，黑暗时不产生臭氧，而光敏电阻有光照时电阻小，无光照时电阻大，可以利用电阻与之串联，调节电压。由于P需要的电压小于电源的电压36 V，而滑动变阻器的电阻远小于P的电阻，故可将变阻器接成分压式，电路图如图所示。 [答案]　见解析图 　(1)创新思路：通过光敏电阻R1和定值电阻P控制电路，实现简易的光控电路。 (2)利用光照的有无控制光敏电阻的阻值，从而调节能否产生臭氧。 　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