第六节 跨学科实践：设计恒温电热杯（分层作业）物理北师大版2024九年级全一册

第六节 跨学科实践：设计恒温电热杯 目 录 【A 夯基础】 1 一、热敏电阻 1 二、电阻与温度的关系探究 2 三、恒温电路设计 3 【B 提能力】 5 【C 链中考】 6 【A 夯基础】 一、热敏电阻 1．热敏电阻的典型特点是对温度敏感，不同温度下表现出不同的电阻值。按电阻随温度变化的特点不同，可分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。PTC温度越高，其电阻值越大；NTC温度越高，其电阻值越小。为研究热敏电阻R2属于哪种热敏电阻，小丽按图所示的电路进行实验，其中R1为定值电阻，此外还准备有温度分别为t1、t2和t3的水（t1＜t2＜t3），热敏电阻。R2已做防水处理。接下来的操作是： ；如果观察到 ，说明热敏电阻R2属于PTC。 2．小凤和小鸣为“测量小灯泡正常发光时的电阻”准备了如下器材：电源（电压恒为6V）、开关、电压表、电流表、一个额定电压为2.5V的待测小灯泡、一个最大阻值为40Ω的滑动变阻器和若干导线。 (1)请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整； (2)小凤连接完电路，闭合开关前发现电压表的指针如图乙所示，其原因是 ； (3)故障排除后，将滑动变阻器的滑片移到 （选填“A”或“B”）端，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，眼睛盯着 （选填“电压表”或“电流表”），使灯泡正常发光，此时电流表的示数如图丙所示，则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω； (4)在测量过程中，小凤发现灯丝的电阻随温度的升高而增大，又了解到生活中电器里的热敏电阻有两类：正温度系数热敏电阻（PTC）——它的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻（NTC）——它的阻值随温度的升高而减小。小凤用一个铭牌模糊的热敏电阻去替换图甲中的灯泡，闭合开关，用酒精灯加热电阻，观察到电流表的示数变大，则可以判断该热敏电阻属于 （选填“PTC”或“NTC”）； (5)小鸣同学为了验证电流跟电阻的关系，他又准备了五个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω），其余器材不变。用定值电阻更换图甲中的灯泡，其余电路连接不变，控制定值电阻两端电压为2V不变，则能完成该实验的定值电阻有 个；如果想要完成上述5个电阻的实验，可以控制定值电阻两端电压至多为 V。 3．阅读材料，回答问题。 PTC材料 PTC是一种以钛酸钡为主，掺入多种物质后加工而成的半导体材料。这种材料最基本的特性是在达到居里温度之前，其阻值变化不大且较低；当温度达到居里温度后，在一定的温度范围内，其阻值会随着温度的升高而急剧增大，如图所示。 PTC元件能在电流过大、温度过高时对电路起保护作用。在正常情况下，其阻值很小，损耗也很小，不影响电路正常工作。若有过流（如短路）发生，其温度升高，阻值随之急剧升高，达到限流作用，避免损坏电路中的元件。当故障排除后，PTC元件的温度自动下降，又恢复到了低电阻状态。因此PTC元件又称为“可复性保险丝”。 由于PTC元件具有自动控温、不燃烧、安全可靠等特点，被广泛应用于轻工、住宅、交通、航天、农业、医疗等领域。它与镍、铬丝或远红外等发热元件相比，具有卓越的优点。 (1)PTC材料是一种 材料，居里温度是指 （选填“”或“”）。 (2)PTC元件需要与电路元件 （选填“串联”或“并联”）才能像保险丝一样在电流过大或温度过高时起到限流作用，进而保护整个电路。 (3)PTC元件与普通保险丝相比具有的优点有 （写出一条即可）。 二、电阻与温度的关系探究 4．电热恒温箱是利用电热丝隔层加热，使物体干燥的设备，广泛应用于医疗、科研等行业部门。如图甲是一种显示电热恒温箱温度的原理图，其中R0为热敏电阻，虚线框部分置于恒温箱内。该电路中电源电压为18V，电压表测量范围为0-15V，电流表测量范围为0-100mA，定值电阻R1的阻值为200，热敏电阻R0的阻值随温度变化的关系如图乙所示。求： (1)当温度升高时，电压表的示数将 ； (2)在电路安全前提下，此恒温箱内的最高温度； 三、恒温电路设计 5．学校“水培种植屋”的蔬菜适宜生长温度在10~30℃之间，某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路，电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。 (1)利用如图甲、乙所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度变化的规律： ①接电路的过程中，应将开关 ，将电阻箱的阻值调至 处，起到保护电路的作用。 ②将热敏电阻置于0℃的环境中，闭合S1、断开S2，记录电流表示数为，然后 。描述开关状态），调节电阻箱直至电流表示数为，此时 。 ③将热敏电阻置于不同温度的环境中，重复步骤②的操作，测得的数据如表所示。分析数据可得：热敏电阻的阻值随温度的升高而 。 温度 0 10 20 30 40 电阻箱 2800 1800 1200 800 600 (2)根据上述探究结果，设计报警电路。实验器材：电源（恒为）、热敏电阻、电阻箱、数字电压表报警）、数字电流表时报警）、开关一个、导线若干。设计要求：小屋温度或时都有一个电表报警。 (3)图是学习小组设计的报警电路图，但它不能完全满足要求，请你根据设计要求将电路图补画完整。 (4)设计的电路中，电阻箱应调为 。 6．学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在10~30℃之间，项目式学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路，电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。 任务一：探究热点电阻阻值变化规律 (1)利用图甲所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度t变化的规律： ①连接电路的过程中，应将开关 ，将电阻箱的阻值调至最大，起到 的作用； ②将热敏电阻置于0℃的环境中，闭合、断开，记录电流表示数； ③然后 （描述开关状态），调节电阻箱直至电流表示数为 ，此时； ④将热敏电阻置于不同温度的环境中，重复步骤③，测得的数据如表： 温度t/℃ 0 10 20 30 40 阻值Rt/Ω 2800 1800 1200 800 600 分析数据可得：热敏电阻的阻值随温度的升高而 ； 任务二：设计报警电路 (2)根据上述探究结果，设计报警电路。实验器材：电源（恒为12V）、热敏电阻，电阻箱（0~9999Ω）、数字电流表mA（时报警）、开关一个、导线若干； ①按照图乙设计一个温度超过30℃电流表就会报警的电路，电阻箱应调为 Ω； ②在不改变情况下，增加一个电压表（电压表在电压大于一定数值时会报警），使电路能在温度低于10℃时报警，请在图乙中画出电压表的位置 。 7．为了便于给婴幼儿冲泡奶粉，某品牌推出了一款恒温调奶器，如图甲所示，可以将水温保持在一个固定的范围内。其工作原理如图乙所示，由控制电路和工作电路共同组成。工作电路中加热电阻R的阻值为44Ω；控制电路中电源电压U1=12V，R2为调温电阻，阻值可手动调整；R1为半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度t变化的图像如图丙（为一次函数）：电磁铁线圈内阻忽略不计。当线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸下；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放。求： (1)若调温电阻的阻值为50Ω。则此时水温会保持在怎样的范围内？ 【B 提能力】 8．一种跳绳自动计数器的简化电路如图甲所示。电源电压恒为10V，R1是光敏电阻，R2是定值电阻，每当绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次。信号处理系统相当于一个电压表，能记录AB间的电压。某次测试时AB间电压随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．AB两端电压为6V时，跳绳自动计数器会计数一次 B．绳子没有挡住射向R1的红外线时，R2的阻值是R1的3倍 C．R1受到红外线照射时和不受红外线照射时，电路中电流之比为3∶1 D．R1受到红外线照射时的电阻和不受红外线照射时的电阻之比为1∶4 9．随着我国经济的发展，我国出现了越来越多的潜水爱好者。为了保障潜水员潜水时的安全，潜水时会佩戴如图甲所示的水压表和深度表。如图乙是一款深度表的简化电路图，电源电压U=6V且恒定不变，定值电阻，Rp是压敏电阻，图丙是Rp的阻值随海水深度变化的图像，Rp允许通过的最大电流为0.24A。深度表由电压表（量程0~3V）改装。则（　　） A．该深度表能测量的最大深度是60m B．该深度表能测量的最大深度是40m C．若R0增大了，则深度表能测的最大深度会变大 D．在越深的位置，电压表的示数越小 10．某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路，电源电压恒为4V，R1为滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示，阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警，超过50mA时损坏。 （1）将滑片P向右移动可 （选填“提高”或“降低”）报警温度； （2）为设定报警温度为100℃，小组同学利用电阻箱成功进行了调试：用电阻箱替代热敏电阻Rt，将其值调为 Ω，再调节滑片P，直至 ，再用热敏电阻Rt替换电阻箱，保持滑片位置不变，即可实现温度100℃时报警； （3）要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节，则该电路应该选用电压至少为 V的电源，滑动变阻器R1的最大阻值至少为 Ω。 11．扫描二维码很流行，也给我们的生活带来了便利。它的核心技术是一个图像处理器，是由一种高感光度的半导体材料制成的，光敏电阻R对接收的光电流信号通过芯片处理解码，实现信息的传递。如图甲是科技小组设计的模拟测试电路，光电特性图像如图乙，当BC间光照度达到1000lx时，系统自动识别二维码。 (1)扫描二维码时，摄像头相当于凸透镜，手机越靠近二维码，成像 ； (2)当光照强度增大时，光敏电阻R的阻值将 ； (3)已知当光照强度为600lx时，电压表的示数为U1，当光照强度为400lx时，电压表的示数为1.25U1，求自动识别时，电压表示数为U1的多少倍 ?（lx为光照强度） 【C 链中考】 12．（2024·陕西西安·模拟预测）如图甲是利用热敏电阻的特性做成的温度计，叫作热敏电阻温度计。图乙是用热敏电阻R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，R2为阻值为100Ω的定值电阻，其中电源电压可调节。图丙所示为热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图象。下列有关说法正确的是（   ） A．测温时，若电源电压保持不变，温度升高时，R1两端的电压会升高 B．测温时，若要保持R2两端的电压不变，当所测温度升高时，需将电源电压调高 C．某次测温时，若保持R2两端电压为0.2V，V1表盘上显示的温度是50℃，此时电源电压为0.8V D．某次测温时，若电源电压为1.2V，V2表盘上显示0.2V，此时的温度为75℃ 13．（2024·四川广元·中考真题）“天和”学习小组在实验室探究一个热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图甲所示的电路图，电源两端电压恒为12V，是定值电阻，R是热敏电阻，电流表的量程是0~0.6A，电压表的量程是0~15V。 （1）同学们按电路图连接实物后，闭合开关，发现电压表示数接近电源电压，电流表无示数，则故障可能是热敏电阻R处发生 （选填“短路”或“断路”）； （2）排除故障后，闭合开关S，他们测量了该热敏电阻不同温度下的电阻值，并绘制成如图乙所示的图像。由图像可知，热敏电阻的阻值R随温度t增大而 ；（选填“增大”“不变”或“减小”） （3）某次测量中，电压表示数如图丙所示，电流表示数为0.2A，则此时热敏电阻R的温度为 ℃； （4）探究过程中，热敏电阻的温度变化范围为0~100℃，则电压表示数的变化范围为 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第六节 跨学科实践：设计恒温电热杯 目 录 【A 夯基础】 1 一、热敏电阻 1 二、电阻与温度的关系探究 4 三、恒温电路设计 4 【B 提能力】 8 【C 链中考】 12 【A 夯基础】 一、热敏电阻 1．热敏电阻的典型特点是对温度敏感，不同温度下表现出不同的电阻值。按电阻随温度变化的特点不同，可分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。PTC温度越高，其电阻值越大；NTC温度越高，其电阻值越小。为研究热敏电阻R2属于哪种热敏电阻，小丽按图所示的电路进行实验，其中R1为定值电阻，此外还准备有温度分别为t1、t2和t3的水（t1＜t2＜t3），热敏电阻。R2已做防水处理。接下来的操作是： ；如果观察到 ，说明热敏电阻R2属于PTC。 【答案】 将R2依次浸入温度为t1、t2、t3的水中 电流表示数变小 【详解】要判断热敏电阻的类型，只要判断热敏电阻阻值与温度的关系就可以了，故实验中要能改变电阻的温度，同时从电流表示数的变化情况判断出电阻大小的变化情况。 [1]将R2依次浸入温度为t1、t2、t3水中，使热敏电阻的温度不断升高。 [2] PTC的温度越高，电阻越大，即当R2浸入t1到t2到t3的过程中，电阻温度升高，电阻就变大，电路中对电流的阻碍作用就变大，电流就变小，电流表示数就变小，故当电流表示数变小时，说明R2属于PTC。 2．小凤和小鸣为“测量小灯泡正常发光时的电阻”准备了如下器材：电源（电压恒为6V）、开关、电压表、电流表、一个额定电压为2.5V的待测小灯泡、一个最大阻值为40Ω的滑动变阻器和若干导线。 (1)请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整； (2)小凤连接完电路，闭合开关前发现电压表的指针如图乙所示，其原因是 ； (3)故障排除后，将滑动变阻器的滑片移到 （选填“A”或“B”）端，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，眼睛盯着 （选填“电压表”或“电流表”），使灯泡正常发光，此时电流表的示数如图丙所示，则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω； (4)在测量过程中，小凤发现灯丝的电阻随温度的升高而增大，又了解到生活中电器里的热敏电阻有两类：正温度系数热敏电阻（PTC）——它的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻（NTC）——它的阻值随温度的升高而减小。小凤用一个铭牌模糊的热敏电阻去替换图甲中的灯泡，闭合开关，用酒精灯加热电阻，观察到电流表的示数变大，则可以判断该热敏电阻属于 （选填“PTC”或“NTC”）； (5)小鸣同学为了验证电流跟电阻的关系，他又准备了五个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω），其余器材不变。用定值电阻更换图甲中的灯泡，其余电路连接不变，控制定值电阻两端电压为2V不变，则能完成该实验的定值电阻有 个；如果想要完成上述5个电阻的实验，可以控制定值电阻两端电压至多为 V。 【答案】(1)；(2)电压表未调零；(3)A；电压表；12.5；(4)NTC；(5)4；3 【详解】（1）用伏安法测量小灯泡正常发光时的电阻，小灯泡与滑动变阻器串联接入电路，电流表测电路中的电流，电压表测小灯泡两端的电压，小灯泡的额定电压为2.5V，电压表选用小量程。作图如下： （2）闭合开关前，电压表指针不在零刻度线处（如图乙），则电压表尚未调零。 （3）[1]故障排除后，为了保护电路，在闭合开关前，变阻器的滑片应置于阻值最大处的A端。 [2]为了让小灯泡正常发光，其两端的电压应为2.5V，所以调节滑片时，眼睛盯着电压表。 [3]由图甲知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，图丙中电流表的示数为0.2A。小灯泡正常发光的电阻 （4）用热敏电阻替换图甲中的灯泡，用酒精灯加热电阻，电流表示数变大，说明电阻的阻值变小，即热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，此热敏电阻属于NTC。 （5）[1]定值电阻两端的电压为2V，则变阻器两端的电压 据串联电路的分压特点知，当定值电阻接入电路的阻值越大，变阻器接入电路的阻值也需要越大，才能保持定值电阻两端的电压保持不变。而变阻器的最大阻值为40欧，则有 解得，，所以能完成该实验的定值电阻有4个。 [2]想要完成5个电阻的实验，电压表选用小量程，定值电阻两端的最大电压为3V时，通过电路的最大电流 不超过电流表的量程，所以可以控制定值电阻两端的电压最多为3V。 3．阅读材料，回答问题。 PTC材料 PTC是一种以钛酸钡为主，掺入多种物质后加工而成的半导体材料。这种材料最基本的特性是在达到居里温度之前，其阻值变化不大且较低；当温度达到居里温度后，在一定的温度范围内，其阻值会随着温度的升高而急剧增大，如图所示。 PTC元件能在电流过大、温度过高时对电路起保护作用。在正常情况下，其阻值很小，损耗也很小，不影响电路正常工作。若有过流（如短路）发生，其温度升高，阻值随之急剧升高，达到限流作用，避免损坏电路中的元件。当故障排除后，PTC元件的温度自动下降，又恢复到了低电阻状态。因此PTC元件又称为“可复性保险丝”。 由于PTC元件具有自动控温、不燃烧、安全可靠等特点，被广泛应用于轻工、住宅、交通、航天、农业、医疗等领域。它与镍、铬丝或远红外等发热元件相比，具有卓越的优点。 (1)PTC材料是一种 材料，居里温度是指 （选填“”或“”）。 (2)PTC元件需要与电路元件 （选填“串联”或“并联”）才能像保险丝一样在电流过大或温度过高时起到限流作用，进而保护整个电路。 (3)PTC元件与普通保险丝相比具有的优点有 （写出一条即可）。 【答案】(1)半导体；；(2)串联；(3)自动控温 【详解】（1）[1]由题意知，PTC是一种以钛酸钡为主，掺入多种物质后加工而成的半导体材料。 [2]根据“这种材料最基本的特性是在达到居里温度之前，其阻值变化不大且较低；当温度达到居里温度后，在一定的温度范围内，其阻值会随着温度的升高而急剧增大”，可知PTC材料的居里温度是。 （2）为了能像保险丝一样在电流过大或温度过高时起到限流作用，进而保护整个电路，PTC元件需要与电路元件串联。 （3）由题意知，当故障排除后，PTC元件的温度自动下降，又恢复到了低电阻状态。因此PTC元件又称为“可复性保险丝”且PTC元件具有自动控温、不燃烧、安全可靠等特点。 二、电阻与温度的关系探究 4．电热恒温箱是利用电热丝隔层加热，使物体干燥的设备，广泛应用于医疗、科研等行业部门。如图甲是一种显示电热恒温箱温度的原理图，其中R0为热敏电阻，虚线框部分置于恒温箱内。该电路中电源电压为18V，电压表测量范围为0-15V，电流表测量范围为0-100mA，定值电阻R1的阻值为200，热敏电阻R0的阻值随温度变化的关系如图乙所示。求： (1)当温度升高时，电压表的示数将 ； (2)在电路安全前提下，此恒温箱内的最高温度； 【答案】(1)增大；(2)150℃ 【详解】（1）由图甲可知，热敏电阻R0和定值电阻R1串联，电压表测电阻R1的电压，由图乙可知，热敏电阻R0随温度的升高而减小，电路中的总电阻将减小，根据欧姆定律可知，通过电路的电流将增大，定值电阻R1的电阻不变，根据欧姆定律可知，电阻R1的两端电压将增大，即电压表的示数增大。 （2）当电路中总电阻最小时，由欧姆定律可知，电路中的电流最大，由可知，此时电压表的示数最大，因为电压表测量范围为0~15V，所以取电压表的最大示数是15V，根据欧姆定律可知，此时通过电路的电流为 在电流表测量范围内，所以电路中的电流最大为0.075A，根据公式可知，热敏电阻R0的电阻为 由图乙可知，当热敏电阻R0的电阻为40Ω时，此恒温箱内的最高温度为150℃。 三、恒温电路设计 5．学校“水培种植屋”的蔬菜适宜生长温度在10~30℃之间，某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路，电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。 (1)利用如图甲、乙所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度变化的规律： ①接电路的过程中，应将开关 ，将电阻箱的阻值调至 处，起到保护电路的作用。 ②将热敏电阻置于0℃的环境中，闭合S1、断开S2，记录电流表示数为，然后 。描述开关状态），调节电阻箱直至电流表示数为，此时 。 ③将热敏电阻置于不同温度的环境中，重复步骤②的操作，测得的数据如表所示。分析数据可得：热敏电阻的阻值随温度的升高而 。 温度 0 10 20 30 40 电阻箱 2800 1800 1200 800 600 (2)根据上述探究结果，设计报警电路。实验器材：电源（恒为）、热敏电阻、电阻箱、数字电压表报警）、数字电流表时报警）、开关一个、导线若干。设计要求：小屋温度或时都有一个电表报警。 (3)图是学习小组设计的报警电路图，但它不能完全满足要求，请你根据设计要求将电路图补画完整。 (4)设计的电路中，电阻箱应调为 。 【答案】(1)断开；最大；断开S1，闭合S2；R0 ；减小；(2)；(3)； (4)1200 【详解】（1）[1][2]为了保护电路，连接电路的过程中，应将开关断开，闭合开关前，应将电阻箱的阻值调至最大。 [3][4]由欧姆定律可知，电源电压一定时，两次电路中的电流相等时，两次电路中的电阻相等，因此测前只让将热敏电阻置于0℃的环境中时通过热敏电阻的电流后，再只让电阻箱接入电路中，此时应断开S1、闭合S2，通过调节电阻箱时此时通过电阻箱的电流与热敏电阻接入电路中时通过热敏电阻的电流相等都为I0，此时电阻箱接入电路的电阻与热敏电阻的阻值相等。 [5]由表中数据可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。 （2）连接12V电源、开关、热敏电阻Rt、电阻箱R0（选择电阻为1200Ω）、形成串联回路，数字电压表并联在Rt两端，数字电流表串联在电路中，当小屋温度t=10℃时，Rt=1800Ω，此时通过电路的电流为 此时数字电流表不报警，Rt两端的电压为 则此时数字电压表报警；当小屋温度t=30℃时，Rt=800Ω，此时通过电路的电流为 此时数字电流表报警，Rt两端的电压为 则此时数字电压表不报警，如图所示： （3）由表可知，温度t≥30℃时，热敏电阻的阻值减小，由欧姆定律可知此时电路的电流增大，会引起数字电流表报警，当t≤10℃时热敏电阻阻值的增大，由串联电路的分压原理可知，热敏电阻两端的电压变大，为了让另一个电表报警，应将电压表并联在热敏电阻两端，如图所示： （4）由表中数据可知，温度t=30℃和t=10℃时热敏电阻的阻值分别为800Ω和1800Ω，由题意可知，当温度t=30℃时，数字电流表mA刚好报警时，电路中的电流为I=6mA=6×10-3A 由欧姆定律可知，此时电路中的总电阻 由串联电路的电阻特点可知，电阻箱R0接入电路的阻值R0=R总-Rt30=2000Ω-800Ω=1200Ω 当温度降低到10℃时，电路中的总电阻R总'=R0+Rt10=1200Ω+1800Ω=3000Ω 此时电路中的电流 由欧姆定律可知，此时热敏电阻两端的电压UV=IARt10=4×10-3A×1800Ω=7.2V 数字电压表报警，符合题意。 6．学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在10~30℃之间，项目式学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路，电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。 任务一：探究热点电阻阻值变化规律 (1)利用图甲所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度t变化的规律： ①连接电路的过程中，应将开关 ，将电阻箱的阻值调至最大，起到 的作用； ②将热敏电阻置于0℃的环境中，闭合、断开，记录电流表示数； ③然后 （描述开关状态），调节电阻箱直至电流表示数为 ，此时； ④将热敏电阻置于不同温度的环境中，重复步骤③，测得的数据如表： 温度t/℃ 0 10 20 30 40 阻值Rt/Ω 2800 1800 1200 800 600 分析数据可得：热敏电阻的阻值随温度的升高而 ； 任务二：设计报警电路 (2)根据上述探究结果，设计报警电路。实验器材：电源（恒为12V）、热敏电阻，电阻箱（0~9999Ω）、数字电流表mA（时报警）、开关一个、导线若干； ①按照图乙设计一个温度超过30℃电流表就会报警的电路，电阻箱应调为 Ω； ②在不改变情况下，增加一个电压表（电压表在电压大于一定数值时会报警），使电路能在温度低于10℃时报警，请在图乙中画出电压表的位置 。 【答案】(1)断开；保护电路；断开、闭合；；减小；(2) 1200； 【详解】（1）[1]连接电路的过程中，为了保护电路，开关应断开。 [2]将电阻箱的阻值调至最大，此时电路中的电流最小，起到保护电路的作用。 [3]实验中使用电阻箱获得不同温度下，热敏电阻的阻值，因此接下来断开S1，闭合S2，调节电阻箱直至电流表示数为I0， 此时电路中的电流不变，电阻不变，电阻箱的阻值与第一次闭合开关时，热敏电阻的阻值相同，即。 [4]分析表格数据可知，当温度越高时，热敏电阻的阻值越小，即热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。 （2）[1]据乙图可知，电路是串联的，当温度为30℃时，热敏电阻的阻值为800Ω，此时电路中的电流为，电路中的总电阻为 电阻箱应调为 [2]温度低时，热敏电阻阻值变大，根据串联电路分压规律可知，热敏电阻的电压变大，则电阻箱电压变小，电压表在电压大于一定数值时会报警，所以要使电路能在温度低于10℃时报警，应将电压表并联在两端，故作图如下： 7．为了便于给婴幼儿冲泡奶粉，某品牌推出了一款恒温调奶器，如图甲所示，可以将水温保持在一个固定的范围内。其工作原理如图乙所示，由控制电路和工作电路共同组成。工作电路中加热电阻R的阻值为44Ω；控制电路中电源电压U1=12V，R2为调温电阻，阻值可手动调整；R1为半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度t变化的图像如图丙（为一次函数）：电磁铁线圈内阻忽略不计。当线圈中电流大于或等于50mA时，继电器的衔铁被吸下；当线圈中的电流小于或等于40mA时，继电器的衔铁被释放。求： (1)若调温电阻的阻值为50Ω。则此时水温会保持在怎样的范围内？ 【答案】(1)水温会保持在的范围内 【详解】（1）由图丙可知，电阻与温度的关系为   当时，控制电路中 带入（1）得， 当时，控制电路中 带入（1）得， 综上所述，水温会保持在的范围内。 【B 提能力】 8．一种跳绳自动计数器的简化电路如图甲所示。电源电压恒为10V，R1是光敏电阻，R2是定值电阻，每当绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次。信号处理系统相当于一个电压表，能记录AB间的电压。某次测试时AB间电压随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．AB两端电压为6V时，跳绳自动计数器会计数一次 B．绳子没有挡住射向R1的红外线时，R2的阻值是R1的3倍 C．R1受到红外线照射时和不受红外线照射时，电路中电流之比为3∶1 D．R1受到红外线照射时的电阻和不受红外线照射时的电阻之比为1∶4 【答案】C 【详解】A．由甲图可知，R1和R2串联，AB间的电压为R2两端的电压，当绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，根据串联电路分压规律知，R1两端的电压会变大，电源电压不变，R2两端的电压U2=U-U1会变小，自动计数器会计数一次，由乙图知，此时R2两端的电压即AB间的电压为U2=2V，故A错误； B．绳子没有挡住射向R1的红外线时，R2两端的电压为6V，此时R1两端的电压为U1′=U-U2′=10V-6V=4V R1和R2的电阻之比 则 即没有挡住射向R1的红外线时，R1的阻值R1′是R2的，故B错误； C．R1受到红外线照射时，R2两端的电压为6V，此时电路中电流 R1不受红外线照射时，R2两端的电压为2V，此时电路中电流 R1受到红外线照射时和不受红外线照射时，电路中电流之比为 故C正确； D．R1不受红外线照射时，R2两端的电压为2V，此时R1两端的电压为U1=U-U2=10V-2V=8V R1和R2的电阻之比 则R1=4R2，则R1受红外线照射时和R1不受红外线照射时R1的阻值之比为 故D错误。 故选C。 9．随着我国经济的发展，我国出现了越来越多的潜水爱好者。为了保障潜水员潜水时的安全，潜水时会佩戴如图甲所示的水压表和深度表。如图乙是一款深度表的简化电路图，电源电压U=6V且恒定不变，定值电阻，Rp是压敏电阻，图丙是Rp的阻值随海水深度变化的图像，Rp允许通过的最大电流为0.24A。深度表由电压表（量程0~3V）改装。则（　　） A．该深度表能测量的最大深度是60m B．该深度表能测量的最大深度是40m C．若R0增大了，则深度表能测的最大深度会变大 D．在越深的位置，电压表的示数越小 【答案】B 【详解】AB．因为​与串联，定值电阻允许通过的最大电流为 故电路允许通过的最大电流为，根据欧姆定律​，此时电路中的总电阻 Rp的阻值 由图丙可知该深度表能测量的最大深度是40m。故A不符合题意，B符合题意； C．若R0增大，由于R0两端的电压即电压表的最大示数不变，由串联电压分配规律可知，压敏电阻的最大阻值也会增大，由图丙可知，深度表能测的最大深度会变小，故C不符合题意； D．因为​与串联，根据串联电路分压原理，电源电压U和不变，增大时，的值增大，所以两端的电压增大，即电压表的示数越大，故D不符合题意。 故选B。 10．某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路，电源电压恒为4V，R1为滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示，阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警，超过50mA时损坏。 （1）将滑片P向右移动可 （选填“提高”或“降低”）报警温度； （2）为设定报警温度为100℃，小组同学利用电阻箱成功进行了调试：用电阻箱替代热敏电阻Rt，将其值调为 Ω，再调节滑片P，直至 ，再用热敏电阻Rt替换电阻箱，保持滑片位置不变，即可实现温度100℃时报警； （3）要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节，则该电路应该选用电压至少为 V的电源，滑动变阻器R1的最大阻值至少为 Ω。 【答案】（1）提高；（2）160；报警器报警；（3）5.2；180 【详解】（1）[1]由电路图可知，热敏电阻Rt与滑动变阻R1串联，滑动变阻器滑片P向右移动时，R1接入电路中的电阻变大，与滑片移动前相比，相同温度下，热敏电阻Rt的阻值相同，但电路中电流会变小，随着温度上升，向右移动滑片后的电路较移动滑片之前的电路，电路中电流会延迟达到报警值20mA，因此将滑动变阻器滑片P向右移动可提高报警温度。 （2）[2][3]由图乙可得，温度达到100℃时，热敏电阻Rt的阻值为160Ω，所以要想让报警器在100℃时报警，应用电阻箱替代热敏电阻Rt，将其值调为160Ω，再调节滑动变阻器，直至报警器报警，再用热敏电阻Rt替换电阻箱，即可完成设定。 （3）[4]由图乙可知，热敏电阻Rt的阻值随温度的增加而减小，由欧姆定律可得，电源电压为 U=IR总=I(Rt+R1) 由以上公式可得，想要电源电压最小，需要电路中的电流和总电阻都取最小值，但是按设计要求，电路中电流必须达到报警时的最小值20mA，因此电流最小值 Imin=20mA=0.02A 电路总电阻想要取最小值，先将滑动变阻器接入电路中的电阻调为0，而为了使电路能够在50℃时报警，Rt的阻值不能低于其在50℃时的阻值260Ω，则满足电路在50℃时能够报警的总电阻的最小值为R总min=260Ω，则电源电压最小值为 Umin=IminR总min=0.02A×260Ω=5.2V [5]滑动变阻在电路中起到调节报警温度值的作用，由第（1）题的分析可知，当电源电压一定时，接入电路中滑动变阻器的阻值越小，报警温度值越低，反之，接入电路中滑动变阻器的阻值越大，报警温度值越高。根据电路设计要求，报警温度可以在50℃~200℃之间调节，则报警温度为200℃时滑动变阻器接入电路中的阻值最大，因此要求滑动变阻器的最大阻值应该大于或等于该值。由图乙可知，温度为200℃时，对应热敏电阻Rt的阻值为80Ω，则滑动变阻器的最大阻值为 报警器发生报警的电流I报警=0.02A，由以上公式可知，电路中电源电压U最小时，需要滑动变阻器的最大阻值最小，将I报警=0.02A和Rt=80Ω代入以上推导公式可得，要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节，滑动变阻器R1的最大阻值至少为 11．扫描二维码很流行，也给我们的生活带来了便利。它的核心技术是一个图像处理器，是由一种高感光度的半导体材料制成的，光敏电阻R对接收的光电流信号通过芯片处理解码，实现信息的传递。如图甲是科技小组设计的模拟测试电路，光电特性图像如图乙，当BC间光照度达到1000lx时，系统自动识别二维码。 (1)扫描二维码时，摄像头相当于凸透镜，手机越靠近二维码，成像 ； (2)当光照强度增大时，光敏电阻R的阻值将 ； (3)已知当光照强度为600lx时，电压表的示数为U1，当光照强度为400lx时，电压表的示数为1.25U1，求自动识别时，电压表示数为U1的多少倍 ?（lx为光照强度） 【答案】(1)越大；(2)变小；(3)0.5倍 【详解】（1）摄像头相当于凸透镜，根据凸透镜成实像时的规律可得，成像原理为（摄像头）照相机时，遵循“物近像远像放大”的原则，所以当手机越靠近二维码时，物距变小，像距变大，成像会越大。 （2）由乙图可知，当光照强度增大时，电路中的电流也增大，结合欧姆定律可知，当电压一定时，电路中的总电阻变小，由串联电路的电阻规律可知，光敏电阻R的阻值将变小。 （3）由甲图可知，光敏电阻和R0串联在电路中，由图乙可知，当光照强度为600lx时，电路中的电流为2I，当光照强度为400lx时，电路中的电流为I，结合欧姆定律及串联电路中电压的规律可列式，，结合①②可得，当度达到1000lx时，系统自动识别二维码，此时电流为4I，R0两端的电压为故电压表示数为，即自动识别时，电压表示数为U1的0.5倍。 【C 链中考】 12．（2024·陕西西安·模拟预测）如图甲是利用热敏电阻的特性做成的温度计，叫作热敏电阻温度计。图乙是用热敏电阻R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，R2为阻值为100Ω的定值电阻，其中电源电压可调节。图丙所示为热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图象。下列有关说法正确的是（   ） A．测温时，若电源电压保持不变，温度升高时，R1两端的电压会升高 B．测温时，若要保持R2两端的电压不变，当所测温度升高时，需将电源电压调高 C．某次测温时，若保持R2两端电压为0.2V，V1表盘上显示的温度是50℃，此时电源电压为0.8V D．某次测温时，若电源电压为1.2V，V2表盘上显示0.2V，此时的温度为75℃ 【答案】C 【详解】A．由图乙可知，闭合开关，两电阻串联接入电路，电压表V1测R1两端的电压，电压表V2测R2两端的电压，由图丙可知热敏电阻R1的阻值随温度的升高而变小，根据串联分压可知温度升高时，R1两端的电压会减小，故A错误； B．测温时保持R2两端电压为0.2V，根据欧姆定律可知通过电路的电流不变，当所测温度升高时，热敏电阻R1的阻值变小，根据U=IR可知热敏电阻两端的电压变小，根据串联电路电压规律可知电源电压变小，故B错误； C．测温时保持R2两端电压为0.2V，根据欧姆定律可知通过电路的电流为 由图丙可知，当t=50℃时，R1=300Ω，此时V1的示数 U1=IR1=0.002A×300Ω=0.6V 根据串联电路电压规律可得此时电源电压 U=U1+U2=0.6V+0.2V=0.8V 故C正确； D．保持电源电压1.2V不变，V2表盘上显示0.2V，此时通过电路的电流为0.002A，根据串联电路电压规律结合欧姆定律可知热敏电阻接入电路的阻值 由图丙可知此时温度为25℃，故D错误。 故选C。 13．（2024·四川广元·中考真题）“天和”学习小组在实验室探究一个热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图甲所示的电路图，电源两端电压恒为12V，是定值电阻，R是热敏电阻，电流表的量程是0~0.6A，电压表的量程是0~15V。 （1）同学们按电路图连接实物后，闭合开关，发现电压表示数接近电源电压，电流表无示数，则故障可能是热敏电阻R处发生 （选填“短路”或“断路”）； （2）排除故障后，闭合开关S，他们测量了该热敏电阻不同温度下的电阻值，并绘制成如图乙所示的图像。由图像可知，热敏电阻的阻值R随温度t增大而 ；（选填“增大”“不变”或“减小”） （3）某次测量中，电压表示数如图丙所示，电流表示数为0.2A，则此时热敏电阻R的温度为 ℃； （4）探究过程中，热敏电阻的温度变化范围为0~100℃，则电压表示数的变化范围为 。 【答案】（1）断路；（2）减小；（3）20；（4）6V∼11V 【详解】（1）[1]在电路连接正确的情况下，闭合开关后，如果电压表示数接近电源电压，而电流表无示数，这通常意味着电路中存在断路。由于电压表测量的是热敏电阻R两端的电压，且示数接近电源电压，因此可以判断断路发生在热敏电阻R处，即热敏电阻R处发生断路。 （2）[2]观察图乙所示的图像，我们可以看到随着温度的升高，热敏电阻的阻值在逐渐减小。因此，我们可以得出结论：热敏电阻的阻值R随温度t的增大而减小。 （3）[3]在图丙中，电压表的示数为10V，电流表的示数为0.2A。由于热敏电阻R与定值电阻R0​是串联的，根据串联电路的电压分配原则，我们可以得到定值电阻R0两端的电压为 U0=U−UR=12V−10V=2V然后，我们可以利用欧姆定律求出定值电阻R0​的阻值 接着，我们可以求出此时热敏电阻R的阻值 最后，我们根据图乙所示的图像，可以找出对应阻值为50Ω时的温度为20℃。 （4）[4]当热敏电阻的温度为0℃时，为110Ω。此时，电路中的电流最小，定值电阻分担的电压最小，电压表的示数最大。根据欧姆定律和串联电路的电压分配原则，我们可以求出此时电压表的示数 当热敏电阻的温度为100℃时，为10Ω。此时，电路中的电流最大，电流最大为0.6A，未超过电流表量程，此时电压表的示数为 所以，电压表示数的变化范围为6V~11V。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$