5.3 用传感器制作自动控制装置 5.4利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 导学案 -2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

粤教版（2019）选择性必修第二册导学案 5.3 用传感器制作自动控制装置 5.4利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 1.了解光控开关和温度报警器的原理． 2.能根据自动控制装置电路图组装控制装置 3.学会利用传感器制作自动控制装置 1.物理观念：会利用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置。 2.科学思维：会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关。。 3.科学探究：通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯。 4.科学态度与责任：设置实际生活中的应用场景，电路控制分析、设计实验电路并组装完成，这对培养学生的创新能力、提升对物理学的兴趣有极大的益。 一、光控开关和温度报警器 1.光控开关(如图). (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮． (4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态． (5)渐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态． (6)改变滑动变阻器的滑片位置，重复以上步骤．要想在天更黑一些路灯才会点亮，需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些？通过做实验验证你的结论． 2.温度报警器(如图). (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发电． (4)将热敏电阻放入热水中，注意蜂鸣器是否发声． (5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声． (6)改变滑动变阻器的滑片位置，分析变阻器的阻值大小和报警的关系． 二、装置原理理解 （一）光控开关和温度报警器 1.实验目的． (1)了解光控开关和温度报警器的工作原理． (2)练习用传感器制作自动控制设备． 2.实验原理． (1)斯密特触发器，当输入端A的电压逐渐上升到某一值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，甲图中LED发光，乙图中蜂鸣器发声，当输入端A电压下降到某一值(0.8 V)时，输出端Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)，甲图中LED熄灭，乙图中蜂鸣器停止发声． (2)甲图中当光线较强，RG变小，给A点提供低电平，光线暗时，RG变大，A点为高电平． (3)乙图中温度正常，RT较大，A点为低电平，温度升高到一定值，RT减小到一定值，A点为高电平． (4)可以调节R1，使不同光线或温度条件下A点获得高电平或低电平． 3.实验器材． (1)光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值 51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸． (2)温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水). （二）、门窗防盗报警装置实验 1.实验的基本思想： 利用干簧管作为控制器实现：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。 2.实验电路图： 3.工作原理： 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。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而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。 4.实验步骤： （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，观察簧片能否正常工作。 （2）确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。 （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。 三、智能手机中的磁传感器研究磁现象 多数智能手机中都配有磁传感器，其测量范围一般为－810～810 μT，并能够测量磁场x、y、z三个坐标轴分量的磁感应强度，满足对常见磁场的测量．通过安装相关应用软件，可以对各类磁现象进行探索与研究 ． 例1如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（　　） A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间 C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间 例2图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.与门关闭时相比，门打开时两灯的发光情况以及两端的电压变化情况分别是（） A．红灯亮，变大 B．绿灯亮，变大 C．绿灯亮，变小 D．红灯亮，变小 　例3小明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。图甲中继电器的供电电压，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻为30Ω。当线圈中的电流大于等于时，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象。 （1）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱___________相连（选填“A”或“B”）； （2）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 B．适当增大 C．适当减小 D．适当增大 例4门窗防盗报警装置 （1）实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器（虚线框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。 （2）电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 （3）实验操作 ①检查干簧管：用 直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ②连接电路：连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 ③接通电源后，将 ，分别观察实验现象。 例5.某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图（甲）所示。 （1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 （填“并联”或“串联”）关系。 （2）其中光控继电器的电路结构如图（乙）所示。已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图（丙）所示，此时I0= A。 （3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调 。 例6.小欣同学发现学校楼道的灯，白天不亮，晚上经过楼道时，发出声音才亮，她经过调查了解到楼道的灯使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求（电源及电流表内阻不计），其示意图如图甲所示。    （1）声控开关和光控开关的连接方式为 （填“串联”或“并联”）。 （2）其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，将多用电表的选择开关置于“”挡，再将红，黑表笔短接，调零后，测量的示数如图丁所示，则电磁继电器的等效电阻为 。光敏电阻的阻值随照度（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx）的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的增加，光敏电阻的阻值 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。      （3）已知光控开关的电源电动势为，电阻箱的阻值为。若设计要求当流过电磁继电器的电流为时，光控开关闭合，则此时的照度约为 lx。为了节约用电，需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值调 （选填“大”、或“小”）。    一、单选题 1．（24-25高二下·全国·课后作业）当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息（    ） A．温度 B．运动 C．人 D．红外线 2．（24-25高二下·安徽·阶段练习）当前人工智能带动传感器在生产、生活中广泛应用，下列关于传感器的说法正确的是（　　） A．酒店大厅的自动门使用了力传感器 B．干簧管是一种能够感知电场的传感器 C．电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制 D．金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器 3．（2025·北京朝阳·一模）为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。物理学中用照度（单位为lx）描述光的强弱，光越强照度越大。某光敏电阻RP的阻值随着光的强弱变化的规律如图1所示。利用该光敏电阻设计一个简单电路如图2所示，R1为定值电阻，用电动势为3V、内阻不计的直流电源E供电，要求当照度降低至某一值启动照明系统。已知1、2两端电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。不考虑控制开关对电路的影响。下列说法正确的是（　　） A．光照越强，光敏电阻的阻值越大 B．电路中R1=20kΩ时，开启照明系统的照度值为1.0 lx C．仅增大直流电源电动势，则开启照明系统的照度值增大 D．仅增大定值电阻的阻值，则开启照明系统的照度值增大 4．（2025·浙江杭州·二模）如图所示为加速度计，滑块可以在光滑的框架中平移，两侧用相同的轻弹簧拉着。R为阻值随滑动距离均匀变化的滑动变阻器，两个电池完全相同。加速度为零时，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。下列说法正确的是（　　） A．电压表的指针向零点右侧偏转表示加速度向右 B．若仅弹簧的劲度系数变为2倍，则量程变为2倍 C．若仅滑块质量变为2倍，则量程变为2倍 D．若仅两电池的内阻不相等时，无需重新调零 5．（24-25高二下·江西宜春·阶段练习）如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（　　） A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B．增加太阳能电池板的电动势可以增加路灯照明时间 C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间 二、实验题 6．（24-25高二上·广东佛山·期中）小刘同学想制作一个电子天平，可使用的器材有：直流电源（电动势为E，内阻不计）、多用电表、电阻值较大的绕线分布均匀的线圈、两片绝缘薄板、刻度尺、一个劲度系数为k的弹簧、重物、滑片、开关、导线若干等. （1）如图（c）所示，将弹簧固定在两片绝缘薄板中间，并在上薄板右侧固定一滑片，滑片与线圈接触良好且能随薄板上下滑动，当薄板上面不放重物时，滑片恰好与线圈最高点B接触，用刻度尺测得B与线圈最低点A的竖直距离为L。 （2）多用电表调至欧姆挡“×10”，将红黑表笔 ，进行欧姆挡调零后，测得线圈AB之间的阻值R如图（d）所示，则R= . （3）按图（c）连接电路，将多用电表的选择开关旋转至直流电流挡，在上薄板轻放质量为m的重物，待薄板稳定后，记录多用电表的示数I、滑片与B的竖直高度h. （4）已知当地重力加速度为g，不计多用电表直流电流挡内阻，则m与I的关系式为m= （用题中物理量符号表示）. （5）改变重物的质量，重复（3）（4），得到多组的m与I的对应关系。若将多用电表电流表表盘改为质量均匀变化的质量表表盘，则表盘刻度分布 （选填“均匀”或“不均匀”）. （6）若考虑多用电表直流电流挡内阻的影响，由（4）计算得到的重物质量与真实值相比会 （选填“偏大”、“偏小”、“不变”）. 7．（2025·重庆·模拟预测）将力信号转化为电信号来测量受力大小的装置称为力传感器（DIS），在力学实验中被广泛应用。为了研究力传感器的原理，小南同学在实验室中找到了一个力传感器并查阅了相关资料，发现力传感器中有一个重要部件——悬臂梁。如图甲所示，悬臂梁的一端固定，另一端安装测力钩，在悬臂梁的上、下表面各安装了两个电阻（也称“应变片”），四个电阻的阻值均为。当测力钩受到拉力或压力时，悬臂梁的上、下表面会产生微小的形变，从而引起电阻的阻值发生变化。这四个电阻连接成如图乙所示的电路，其中电源电压恒为U，输出电压与测力钩所受力成正比。当测力钩受到拉力时，和变小，和变大，每个电阻阻值变化量的绝对值均相同。 (1)当测力钩受到拉力时，A点的电势比B点 （填“高”或“低”），输出电压 （用U、、表示）； (2)当超过200Ω时，由于形变量过大，电阻可能会损坏。已知测力钩受到的拉力为1N时，，则该力传感器的最大量程为 N； (3)若仅增加悬臂梁所用材料的硬度，使得在相同外力作用下变小，则该力传感器的最大量程会 （填“增大”、“减小”或“不变”）。 三、解答题 8．（24-25高二下·河北张家口·阶段练习）有一种测量体重的电子秤，其原理如图所示。它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆、压力传感器R（一个阻值可随压力大小变化的电阻）、显示质量的仪表G（其实质是电流表）。其中。已知压力传感器的电阻与其所受压力的函数关系式为，踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为5.0V。 (1)该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处； (2)现有一孩子静止站在踏板上，电流表刻度盘示数为25mA，求这个孩子的质量。（重力加速度g取）。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 粤教版（2019）选择性必修第二册导学案 5.3 用传感器制作自动控制装置 5.4利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 1.了解光控开关和温度报警器的原理． 2.能根据自动控制装置电路图组装控制装置 3.学会利用传感器制作自动控制装置 1.物理观念：会利用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置。 2.科学思维：会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关。。 3.科学探究：通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯。 4.科学态度与责任：设置实际生活中的应用场景，电路控制分析、设计实验电路并组装完成，这对培养学生的创新能力、提升对物理学的兴趣有极大的益。 一、光控开关和温度报警器 1.光控开关(如图). (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮． (4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态． (5)渐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态． (6)改变滑动变阻器的滑片位置，重复以上步骤．要想在天更黑一些路灯才会点亮，需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些？通过做实验验证你的结论． 2.温度报警器(如图). (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发电． (4)将热敏电阻放入热水中，注意蜂鸣器是否发声． (5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声． (6)改变滑动变阻器的滑片位置，分析变阻器的阻值大小和报警的关系． 二、装置原理理解 （一）光控开关和温度报警器 1.实验目的． (1)了解光控开关和温度报警器的工作原理． (2)练习用传感器制作自动控制设备． 2.实验原理． (1)斯密特触发器，当输入端A的电压逐渐上升到某一值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，甲图中LED发光，乙图中蜂鸣器发声，当输入端A电压下降到某一值(0.8 V)时，输出端Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)，甲图中LED熄灭，乙图中蜂鸣器停止发声． (2)甲图中当光线较强，RG变小，给A点提供低电平，光线暗时，RG变大，A点为高电平． (3)乙图中温度正常，RT较大，A点为低电平，温度升高到一定值，RT减小到一定值，A点为高电平． (4)可以调节R1，使不同光线或温度条件下A点获得高电平或低电平． 3.实验器材． (1)光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值 51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸． (2)温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水). （二）、门窗防盗报警装置实验 1.实验的基本思想： 利用干簧管作为控制器实现：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。 2.实验电路图： 3.工作原理： 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。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而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。 4.实验步骤： （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，观察簧片能否正常工作。 （2）确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。 （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。 三、智能手机中的磁传感器研究磁现象 多数智能手机中都配有磁传感器，其测量范围一般为－810～810 μT，并能够测量磁场x、y、z三个坐标轴分量的磁感应强度，满足对常见磁场的测量．通过安装相关应用软件，可以对各类磁现象进行探索与研究 ． 例1如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（　　） A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间 C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间 【答案】D 【详解】A．日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，可知电流增大了，而蓄电池电动势不变，根据闭合回路欧姆定律，控制电路的电阻变小了，因此当日光充足时，光敏电阻减小了，故A错误； B．在电阻不变的情况下增加电源电动势，控制电路电流增大，电磁继电器会把衔铁吸下，路灯不亮，因此减少了路灯照明时间，故B错误； C．LED路灯的盏数不影响控制电路，若考虑蓄电池的容量，则并联更多的LED路灯亮起时会更快地消耗电能，反而会减少路灯的照明时间，故C错误； D．增大保护电阻，减小了电流，增大了路灯照明时间，故D正确。故选D。 例2图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.与门关闭时相比，门打开时两灯的发光情况以及两端的电压变化情况分别是（） A．红灯亮，变大 B．绿灯亮，变大 C．绿灯亮，变小 D．红灯亮，变小 【答案】D 【详解】门打开时，R3的阻值减小，导致总电阻及R总减小和总电流I总增大，内电压Ur和R1两端的电压 U1均变大，R2两端的电压U2=E-（U1+Ur）减小，通过R3的电流增大，电磁继电器磁性增强，把衔铁吸下，红灯亮，绿灯灭，选项D正确.故选D 　例3小明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。图甲中继电器的供电电压，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻为30Ω。当线圈中的电流大于等于时，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象。 （1）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱___________相连（选填“A”或“B”）； （2）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 B．适当增大 C．适当减小 D．适当增大 【答案】     B     80     A 【详解】(1)[1]根据“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”，知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连； (2)[2]当环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，由欧姆定律知电路中电流增大，则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50mA时，继电器的衔铁刚好被吸合，则控制电路中电阻最大值为 此时热敏电阻阻值为由图乙知，此时环境温度为，所以环境温度在大于等于时，警铃报警； (3)[3]要使报警电路在更高的温度就报警，则线圈中的电流等于50mA时，热敏电阻R变大，由（2）知，热敏电阻则可通过适当减小U1达到这个目的。故选A。 例4门窗防盗报警装置 （1）实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器（虚线框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。 （2）电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 （3）实验操作 ①检查干簧管：用 直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ②连接电路：连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 ③接通电源后，将 ，分别观察实验现象。 【答案】 磁体 磁体靠近和离开干簧管 【解析】①[1]用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ③[2] 接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。 A． 例5.某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图（甲）所示。 （1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 （填“并联”或“串联”）关系。 （2）其中光控继电器的电路结构如图（乙）所示。已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图（丙）所示，此时I0= A。 （3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调 。 【答案】 串联 0.42 小 【解析】（1）[1]由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。 （2）[2]图丙中电流表的量程为0.6A，精度为0.02A，根据电流表的读数规律，可知，该电流表的读数为0.42A。 （3）[3]由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。 例6.小欣同学发现学校楼道的灯，白天不亮，晚上经过楼道时，发出声音才亮，她经过调查了解到楼道的灯使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求（电源及电流表内阻不计），其示意图如图甲所示。    （1）声控开关和光控开关的连接方式为 （填“串联”或“并联”）。 （2）其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，将多用电表的选择开关置于“”挡，再将红，黑表笔短接，调零后，测量的示数如图丁所示，则电磁继电器的等效电阻为 。光敏电阻的阻值随照度（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx）的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的增加，光敏电阻的阻值 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。      （3）已知光控开关的电源电动势为，电阻箱的阻值为。若设计要求当流过电磁继电器的电流为时，光控开关闭合，则此时的照度约为 lx。为了节约用电，需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值调 （选填“大”、或“小”）。    【答案】 串联 20 减小 0.6 小 【解析】（1）[1]声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求，所以声控开关和光控开关的连接方式为串联。 （2）[2]由图丁所示可知，电磁继电器的等效电阻为20。 [3]由图丙可知，随光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小。 （3）[4]由闭合电路欧姆定律可得 解得此时光敏电阻的阻值     有图丙可知此时的照度约为0.6 lx。 [5]为了节约用电，需要降低光照度值，由以上计算可知，应该把电阻箱的阻值调小。 一、单选题 1．（24-25高二下·全国·课后作业）当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息（    ） A．温度 B．运动 C．人 D．红外线 【答案】D 【详解】自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。故D正确。 2．（24-25高二下·安徽·阶段练习）当前人工智能带动传感器在生产、生活中广泛应用，下列关于传感器的说法正确的是（　　） A．酒店大厅的自动门使用了力传感器 B．干簧管是一种能够感知电场的传感器 C．电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制 D．金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器 【答案】D 【详解】A．人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器，从而能感知人体散发的红外线，导致酒店大厅的自动门被打开，故A错误； B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故B错误； C．电饭锅是通过温度传感器实现温度的自动控制，故C错误； D．金属热电阻传感器是利用金属导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件，可以将热学量转换为电学量的传感器，故D正确。 故选D。 3．（2025·北京朝阳·一模）为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。物理学中用照度（单位为lx）描述光的强弱，光越强照度越大。某光敏电阻RP的阻值随着光的强弱变化的规律如图1所示。利用该光敏电阻设计一个简单电路如图2所示，R1为定值电阻，用电动势为3V、内阻不计的直流电源E供电，要求当照度降低至某一值启动照明系统。已知1、2两端电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。不考虑控制开关对电路的影响。下列说法正确的是（　　） A．光照越强，光敏电阻的阻值越大 B．电路中R1=20kΩ时，开启照明系统的照度值为1.0 lx C．仅增大直流电源电动势，则开启照明系统的照度值增大 D．仅增大定值电阻的阻值，则开启照明系统的照度值增大 【答案】C 【详解】A．由图1可知，光照越强，光敏电阻的阻值越小，故A错误； B．由题知，1、2两端电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，当电路中R1=20kΩ时其两端的电压为1V，与串联，电流相等，则有 解得 由图1可知，此时开启照明系统的照度值为0.39 lx左右，故B错误； C．仅增大直流电源电动势，1、2两端电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，则两端的电压增大，与串联，电流相等，则有 可知减小，由图1可知，此时开启照明系统的照度值增大，故C正确； D．仅增大定值电阻的阻值，1、2两端电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，则流过的电流减小，与串联，电流相等，现在电流减小，而两端的电压不变，故增大，由图1可知，此时开启照明系统的照度值减小，故D错误。 故选C。 4．（2025·浙江杭州·二模）如图所示为加速度计，滑块可以在光滑的框架中平移，两侧用相同的轻弹簧拉着。R为阻值随滑动距离均匀变化的滑动变阻器，两个电池完全相同。加速度为零时，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。下列说法正确的是（　　） A．电压表的指针向零点右侧偏转表示加速度向右 B．若仅弹簧的劲度系数变为2倍，则量程变为2倍 C．若仅滑块质量变为2倍，则量程变为2倍 D．若仅两电池的内阻不相等时，无需重新调零 【答案】B 【详解】A．电压表的指针向零点右侧偏转，滑块所受弹力的合力向左，则加速度向左，A错误； BC．若记两侧弹簧的劲度系数均为 k，滑块质量为 m，位移为 x，则有2 k x = m a， 故加速度量程与k成正比、与m成反比。仅把弹簧劲度系数变为原来的2倍，量程随之变为2倍，若仅将滑块质量变为2倍，则量程应变为原来的一半，B正确，C错误； D．零点位置（加速度为零时电压表指针的居中位置）需依赖两电源的对称性（含内阻在内）。若两电池内阻不等，则原先的中点不再对应电势相等，须重新调零，D错误。 故选B。 5．（24-25高二下·江西宜春·阶段练习）如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（　　） A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B．增加太阳能电池板的电动势可以增加路灯照明时间 C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间 【答案】D 【详解】A．当电磁继电器内电流大，衔铁被吸下来，蓄电池开始充电。当电流小时衔铁拉与EF接触，蓄电池给LED路灯供电，根据闭合电路欧姆定律，当日光充足时光敏电阻R减小，电流大，衔铁被吸下来，该光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，故A错误； B．蓄电池负责给路灯提供电源，增加太阳能电池板的电动势，对路灯的照明时间无影响，故B错误； C．LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故C错误； D．增大保护电阻，减小了电流，增大了照明时间，故D正确。 故选D。 二、实验题 6．（24-25高二上·广东佛山·期中）小刘同学想制作一个电子天平，可使用的器材有：直流电源（电动势为E，内阻不计）、多用电表、电阻值较大的绕线分布均匀的线圈、两片绝缘薄板、刻度尺、一个劲度系数为k的弹簧、重物、滑片、开关、导线若干等. （1）如图（c）所示，将弹簧固定在两片绝缘薄板中间，并在上薄板右侧固定一滑片，滑片与线圈接触良好且能随薄板上下滑动，当薄板上面不放重物时，滑片恰好与线圈最高点B接触，用刻度尺测得B与线圈最低点A的竖直距离为L。 （2）多用电表调至欧姆挡“×10”，将红黑表笔 ，进行欧姆挡调零后，测得线圈AB之间的阻值R如图（d）所示，则R= . （3）按图（c）连接电路，将多用电表的选择开关旋转至直流电流挡，在上薄板轻放质量为m的重物，待薄板稳定后，记录多用电表的示数I、滑片与B的竖直高度h. （4）已知当地重力加速度为g，不计多用电表直流电流挡内阻，则m与I的关系式为m= （用题中物理量符号表示）. （5）改变重物的质量，重复（3）（4），得到多组的m与I的对应关系。若将多用电表电流表表盘改为质量均匀变化的质量表表盘，则表盘刻度分布 （选填“均匀”或“不均匀”）. （6）若考虑多用电表直流电流挡内阻的影响，由（4）计算得到的重物质量与真实值相比会 （选填“偏大”、“偏小”、“不变”）. 【答案】 短接 200 不均匀 偏小 【详解】（2）[1][2]多用电表调至欧姆挡“×10”，将红黑表笔短接，进行欧姆挡调零后，测得线圈AB之间的阻值R如图（d）所示，则R=20×10Ω=200Ω； （4）由胡克定律 由闭合电路的欧姆定律 解得 （5）根据 可知m与I为非线性关系，可知表盘刻度分布不均匀。 （6）若考虑多用电表直流电流挡内阻的影响，电路中实际总电阻偏大，实际电流偏小，则对应的质量测量值偏小。 7．（2025·重庆·模拟预测）将力信号转化为电信号来测量受力大小的装置称为力传感器（DIS），在力学实验中被广泛应用。为了研究力传感器的原理，小南同学在实验室中找到了一个力传感器并查阅了相关资料，发现力传感器中有一个重要部件——悬臂梁。如图甲所示，悬臂梁的一端固定，另一端安装测力钩，在悬臂梁的上、下表面各安装了两个电阻（也称“应变片”），四个电阻的阻值均为。当测力钩受到拉力或压力时，悬臂梁的上、下表面会产生微小的形变，从而引起电阻的阻值发生变化。这四个电阻连接成如图乙所示的电路，其中电源电压恒为U，输出电压与测力钩所受力成正比。当测力钩受到拉力时，和变小，和变大，每个电阻阻值变化量的绝对值均相同。 (1)当测力钩受到拉力时，A点的电势比B点 （填“高”或“低”），输出电压 （用U、、表示）； (2)当超过200Ω时，由于形变量过大，电阻可能会损坏。已知测力钩受到的拉力为1N时，，则该力传感器的最大量程为 N； (3)若仅增加悬臂梁所用材料的硬度，使得在相同外力作用下变小，则该力传感器的最大量程会 （填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】(1) 高 (2)40 (3)增大 【详解】（1）[1][2]由电路可知，R1两端电压，R3两端电压，则当测力钩受到拉力时，U1减小，U3增加，即A点的电势比B点高；输出电压 （2）由题意知，测力钩所受外力与成正比，即有 解得 （3）由于在相同外力作用下变小，与更换材料之前相比，可以在测力钩受到更大拉力的情况下保证电阻不损坏，故量程会增大。 三、解答题 8．（24-25高二下·河北张家口·阶段练习）有一种测量体重的电子秤，其原理如图所示。它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆、压力传感器R（一个阻值可随压力大小变化的电阻）、显示质量的仪表G（其实质是电流表）。其中。已知压力传感器的电阻与其所受压力的函数关系式为，踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为5.0V。 (1)该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处； (2)现有一孩子静止站在踏板上，电流表刻度盘示数为25mA，求这个孩子的质量。（重力加速度g取）。 【答案】(1)20mA (2)40kg 【详解】（1）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为零，电阻 电路中的电流为 所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的20mA处； （2）当电流表刻度盘的示数为时，压力传感器的电阻 由 解得 再由 可得 故孩子的质量为 14 学科网（北京）股份有限公司 $$