第五章 3.利用传感器制作简单的自动控制装置-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册作业与测评课件PPT（人教版）

第五章　传感器 3. 利用传感器制作简单的自动控制装置 目录 1 2 考点模型 考点对点练 核心能力提升练 考点模型 考点对点练 典型考点一　利用传感器制作简单的自动控制装置 1．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在电动势为9 V的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示。 [“光强”是表示光照强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉(cd)] (1)当光照强度为4坎德拉(cd)时，光敏电阻Rx的阻值大小为____Ω。 光强E/cd 1 2 3 4 5 电阻阻值/Ω 18 9 6 3.6 4.5 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 (2)其原理是：光照增强，光敏电阻Rx阻值减小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。则下列电路图中符合要求的是____(填序号)。 (3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为_____。 C 3 cd 考点模型 考点对点练 1 2 3 5 光强E/cd 1 2 3 4 5 电阻阻值/Ω 18 9 6 3.6 考点模型 考点对点练 1 2 3 6 (2)A、C中光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx的阻值减小，电路的总电阻减小，由欧姆定律可知，电路中的电流增大，根据U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小；反之光照减弱时，光敏电阻Rx的阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合要求，玻璃并联在Rx两端时符合要求，故A错误，C正确；若玻璃接在电源两端，光照强度变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。 考点模型 考点对点练 1 2 3 7 光强E/cd 1 2 3 4 5 电阻阻值/Ω 18 9 6 3.6 考点模型 考点对点练 1 2 3 8 2．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。图甲中控制电路电源输出的电压U1＝3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻阻值为R0＝30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 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。 (1)由图乙可知，当环境温度为40 ℃时，热敏 电阻阻值为_____Ω。 70 考点模型 考点对点练 1 2 3 9 (2)由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将______，继电器电磁铁的磁性将______。(均选填“增大”“减小”或“不变”) (3)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”) 减小 增大 B A 考点模型 考点对点练 1 2 3 10 (4)图甲中线圈下端的磁极是___极。(选填“N”或“S”) (5)请计算说明，环境温度在______________范围内时，警铃报警。 S 大于等于80 ℃ 考点模型 考点对点练 1 2 3 11 解析：(1)根据题图乙知，当环境温度为40 ℃时，热敏电阻的阻值为70 Ω。 (2)由题图乙可知：当温度升高时，热敏电阻阻值将减小；热敏电阻阻值减小，根据串联电路特点，控制电路总阻值将减小，根据欧姆定律，电路中的电流将增大，则继电器电磁铁的磁性将增大。 考点模型 考点对点练 1 2 3 12 考点模型 考点对点练 1 2 3 13 典型考点二　光控开关及三极管原理 3.在如图所示的光控电路中，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻。当光敏电阻RG受到光照时，三极管的c极电势较____ (填“高”或“低”)；当把光遮住时，三极管的b极电势较____ (填“高”或“低”)；如果实验中发现天很暗时路灯还没点亮，应将可变电阻R1的阻值调____ (填“大”或“小”)一些。 高 高 小 考点模型 考点对点练 1 2 3 14 解析：当光敏电阻RG受到光照时，其电阻值较小，三极管的b极电势低，电压低，三极管不导通，故三极管的c极电势较高；当把光遮住时，RG阻值较大，RG两端的电势差比较大，三极管的b极电势较高；如果实验中发现天很暗时路灯还没点亮，说明b极的电势仍然比较低，三极管没有导通，所以应将可变电阻R1的阻值调小一些。 考点模型 考点对点练 1 2 3 15 [名师点拨]　三极管在传感器电路中的作用 如图所示，R1或R2是传感器，M是发光二极管或蜂鸣器之类的指示器。 加在三极管基极b上的电压(即R2上的电压)高低决定了三极管是否导通，指示器是否工作。 考点模型 考点对点练 1 2 3 16 核心能力提升练 1．(多选)如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当DE中通过的电流较小时，电磁铁磁性弱，A与B接线柱接通；当DE中通过的电流增大到一定数值时，C与B接线柱接通。图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开、关的电路图，虚线框内为电磁继电器接入电路时的符号(M、N两接线柱分别与电磁继电器中接线柱A或C连接)。R为光敏电阻(光敏电阻阻值随光照强度增大而减小)，R1为可调电阻，R0为保护电阻。开关S闭合，在光线暗时对路灯L供电，光线亮时对路灯L断电并同时接通LED。下列说法中正确的是(　　) 核心能力提升练 1 2 3 4 5 18 A．为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的C接线柱应与图乙中M接线柱连接 B．为更好地节能环保，天色更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小 C．随着电磁继电器电路中电池的使用，电池电动势降低，内阻增大，路灯在天色更亮时就会自动供电 D．当LED出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作 核心能力提升练 1 2 3 4 5 19 核心能力提升练 1 2 3 4 5 20 2．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1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 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。 核心能力提升练 1 2 3 4 5 21 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 答案：连线如图所示 (2)电路中应选用滑动变阻器______(填“R1”或“R2”)。 R2 核心能力提升练 1 2 3 4 5 22 (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____ (填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是__________________________________________________________。 ②将开关向____ (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。 650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 c 报警器开始报警 核心能力提升练 1 2 3 4 5 23 核心能力提升练 1 2 3 4 5 24 3．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一。图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管(当φe－φb≥0.2 V时，c、e间的电阻R可忽略不计，当φe－φb<0.2 V时，R可视为无穷大)，b点的电势由R1与R2的比值决定，R1、R2中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果， 请回答下列问题： (1)R1是__________(选填“光敏电阻”或“定值 电阻”)； 光敏电阻 核心能力提升练 1 2 3 4 5 25 (2)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路。 答案：如图所示 核心能力提升练 1 2 3 4 5 26 解析： (1)由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，为使路灯正常工作，即在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁通电，φe－φb≥0.2 V，R1较小或R2较大，而白天时光敏电阻阻值较小，所以R1是光敏电阻。 (2)根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，触点开关应接在火线上，画导线时要避免交叉。 核心能力提升练 1 2 3 4 5 27 4．如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6 V，输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25 V，而当输入端A的电势下降到0.8 V时，输出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V。如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，RT为热敏电阻，R1为可变电阻(最大阻值为1 kΩ)，蜂鸣器工作电压为3～5 V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所示，若要求热敏电阻在感测到 80 ℃时报警，则R1应调至______kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，R1的阻值应_______(选填“增大”“减小”或“不变”)。 0.42 减小 核心能力提升练 1 2 3 4 5 28 核心能力提升练 1 2 3 4 5 29 核心能力提升练 1 2 3 4 5 30 (1)放大电路内没有电源，是一个三极管，对外可以简化为三个电极，工作时电流分别从b极和c极流入，e极流出，从b极输入一个较小的电流，就能在c极获得较大的电流，用公式表示为Ic＝βIb，其中β≫1，正常工作时是个常数。把这样的放大电路对应接到本装置中，①接___，②接___，③接___，④接___。(均填“b”“c”或“e”) b e c e 核心能力提升练 1 2 3 4 5 31 (2)说出一种能实现电磁铁延时释放衔铁的方法：_______________________ ________________________________。 (3)已经调试好的装置，如果增大传感电路中电源电动势，分拣出的大苹果质量标准会______(填“变大”“不变”或“变小”)。 在电磁铁的铁芯上用导线缠绕一个两端接通的多匝线圈 变小 核心能力提升练 1 2 3 4 5 32 解析：(1)根据题图甲可知，放大电路将左侧电路的微弱电信号放大成右侧电路较强的电信号，则b极在放大电路左侧端点，c极在放大电路右侧端点；结合b极、c极的电流方向可知，①接b极，③接c极，②和④共同接e极，如图所示。 核心能力提升练 1 2 3 4 5 33 核心能力提升练 1 2 3 4 5 34 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx的阻值与光强E的乘积均为18 Ω·cd，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值Rx＝eq \f(18,4) Ω＝4.5 Ω。 (3)定值电阻R0为12 Ω，光敏电阻两端的电压Ux＝3 V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，则R0两端的电压U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以有：I＝eq \f(U0,R0)＝eq \f(Ux,Rx′)，解得：Rx′＝6 Ω，对照题中光敏电阻阻值随光强变化关系表可知，此时的光照强度为：E′＝3 cd。 (3)由题中“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”，可知警铃的接线柱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。 (4)由安培定则可判断出线圈的下端是S极。 (5)当线圈中的电流I≥50 mA＝0.05 A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃报警。当线圈中的电流恰好等于0.05 A时，控制电路的总电阻R总＝eq \f(U1,I)＝eq \f(3 V,0.05 A)＝60 Ω，此时热敏电阻的阻值R＝R总－R0＝60 Ω－30 Ω＝30 Ω，由题图乙可知，此时环境温度t＝80 ℃，所以当环境温度t≥80 ℃时，警铃报警。 解析：由题意可知，光线较暗时，光敏电阻的阻值较大，流过DE的电流较小，电磁铁磁性弱，此时A、B接通，此时路灯L应该接通，则题图甲中电磁继电器的A接线柱应与题图乙中M接线柱连接，故A错误；电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值，A、B接通，光线更暗时，光敏电阻的阻值更大，根据I＝eq \f(E,R0＋R＋R1＋r)可知，要实现光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小，故B正确；随着电磁继电器电路中电池的使用，电池电动势降低，内阻增大，由I＝eq \f(E,R0＋R＋R1＋r)可知，光敏电阻R更小时电路就会接通，即路灯在天色更亮时就会自动供电，C正确；当LED出现断路故障时，不影响电磁继电器部分的电路，该部分可以正常工作，故D错误。 解析：(1)见答案图。 (2)由R＝eq \f(U,Ic)＝eq \f(18,10×10－3) Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。 (3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。 ②应将开关向c端闭合，然后对系统进行调节。 解析：温度升高时，RT阻值减小，A端电势降低。当温度升高到80 ℃时，由题图丙知，热敏电阻的阻值RT＝80 Ω，要在此时报警，则斯密特触发器输入端A的电势是0.8 V，输出端Y的电压为3.4 V，这时蜂鸣器开始工作。由串联电路分压特点知eq \f(R1,RT)＝eq \f(U1,UT)＝eq \f(5－0.8,0.8)，所以R1＝80×eq \f(4.2,0.8) Ω＝420 Ω＝0.42 kΩ。 由热敏电阻的阻值随温度变化的图像可知，温度升 高时，热敏电阻的阻值减小，而报警时，斯密特触发器输 入端的电压仍保持0.8 V不变，则电阻R1的阻值应减小。 5．如图甲是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在半导体薄膜压力传感器R1上。R1的阻值和压力F的关系如图乙所示，eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔR1,ΔF)))越大越灵敏。先调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准的大苹果经过托盘秤时，R1处在较灵敏的压力区间；再调节可调电阻R2，使R2两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁。电磁铁具有延时功能，恰好能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态，让大苹果进入下面通道。 (2)当大苹果离开压力传感器后，压力传感器R1电阻明显变大，放大电路输入电压U2减小，三极管不导通，电磁铁电流突然减小到0，衔铁将被释放；若在电磁铁铁芯上绕一个多匝闭合线圈，根据电磁感应原理，闭合线圈会产生较大的自感电动势和感应电流，感应电流产生的磁场使电磁铁的磁场缓慢减弱，当电流减小到临界值时，衔铁才被释放，从而起到延时释放衔铁的作用。 (3)加在R2上的电压超过一定值时，放大电路三极管才会导通，使电磁铁吸动衔铁，设此临界电压为U2min。已经调好的装置，如果增大传感电路中的电源电动势E，根据eq \f(E,R10＋R2)＝eq \f(U2min,R2)，R1的临界值R10增大，由题图乙可知，对应的压力临界值减小，则分拣出的大苹果质量标准变小。 $