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)广东专版

　利用传感器制作简单的自动控制装置 教材原型实验　 　温度传感器的应用 [典例1]　某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中给继电器供电的电源电压U1＝4 V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于40 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。 甲 乙 (1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连(均选填“A”或“B”)； (2)当环境温度升高时，继电器的磁性将________(选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________ ℃时，警铃报警； (3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是(　　) A．适当减小U1 B．适当增大U1 C．适当减小U2 D．适当增大U2 [解析]　(1)由于B接通时警铃响，A接通时指示灯亮，因此C接B，D接A。 (2)由于热敏电阻随温度升高，阻值减小，回路的电流强度增大，因此继电器的磁性增强。 当电流等于40 mA时，回路的总电阻 R＝＝＝100 Ω 而继电器电阻R0为30 Ω，因此当热敏电阻等于70 Ω时，由题图乙可知对应温度为40 ℃时，警铃报警。 (3)温度更高时，热敏电阻阻值更小，而报警电流为40 mA不变，因此应适当降低U1值，因此A正确。 [答案]　(1)B　A　(2)增大　40　(3)A 　光电传感器的应用 [典例2]　(2021·8省市模考·辽宁)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。 图(a) 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。 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U­d的非线性曲线； 图(b) (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。 图(c) [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，R2为光敏电阻。 [答案]　(1)R－r－R　(2)见解析图　(3)增大　(4)R2 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