实验十三：利用传感器制作简单的自动控制装置 课件-2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“传感器的简单自动控制装置”实验专题，全面覆盖热敏、光敏、压敏、气敏、磁敏电阻五大高考核心考点，严格对接高考评价体系。通过梳理近五年高考真题，明确实验设计、数据处理、电路分析等题型占比达60%以上，系统归纳电路连线、图像解读、误差分析等常考方向，备考针对性强。 课件以高考真题为核心训练载体，如2024河北卷光敏电阻伏安特性实验，通过科学探究培养学生实验方案设计能力，结合科学思维构建R-t图像分析模型。针对“分压式接法判断”“图像读数误差控制”等关键得分点，提供答题模板与技巧指导，助力学生高效突破实验题瓶颈，也为教师提供精准复习教学的实战化资源。

实验十三 利用传感器制作简单的自动控 制装置 1 考点一 热敏电阻的理解及应用 一、实验器材与步骤 1.按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理. 2 2.把多用电表置于“电阻”挡，并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏 电阻的阻值，并记下温度计的示数. 3.向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示 数和多用电表测出的热敏电阻的阻值. 4.将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录. 3 二、数据处理 1.根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的 特性. 次数 1 2 3 4 5 6 温度 电阻 4 2.在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示. 3.根据实验数据和 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而 减小，随温度的降低而增大. 5 例1 [2024·贵州卷] 某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律， 探测温度控制室内的温度.选用的器材有： 热敏电阻 ； 电流表(内阻为 ，满偏电流为 )； 定值电阻(阻值为 )； 电阻箱(阻值 )； 电源 (电动势恒定，内阻不计)； 单刀双掷开关、单刀单掷开关 ； 导线若干. 6 请完成下列步骤： (1) 该小组设计了如图甲所示的电路图.根据图甲，完成图乙中的实物图连线. [答案] 如图所示 [解析] 由图甲所示的电路图，图乙中的实物图连线如图所示. 7 (2) 开关、 断开，将电阻箱的阻值调到______(选填“最大”或“最小”). 开关接1，调节电阻箱，当电阻箱读数为 时，电流表示数为 .再将改接2，电流表示数为，断开.得到此时热敏电阻 的阻值为_____ . 最大 300 [解析] 由图甲可知，电阻箱起到保护电路的作用，因此开关闭合前，将电阻箱的阻值调到最大.开关接1时，由欧姆定律可得， 接2时，则有.联立解得 . 8 (3) 该热敏电阻阻值随温度变化的 曲线如图丙所示，结合(2)中的 结果得到温度控制室内此时的温度约为___ .(结果取整数) 9 [解析] 由图丙可知， 时，对应的温度约为 . 9 (4) 开关接1，闭合，调节电阻箱，使电流表示数为.再将 改接2， 如果电流表示数为，则此时热敏电阻__________ (用 表示)，根据图丙即可得到此时温度控制室内的温度. 10 [解析] 开关接1，闭合，调节电阻箱，使电流表示数为 .由并联电路 的分流作用，结合，可得干路电流为 ，则有并联部分的电阻 ，由欧姆定律可得，结合， ， 解得 , 11 接2时，电流表示数为 ，同理可得干路电流为，由欧姆定律可得，结合 ，其中 ，解得 . 12 考点二 光敏电阻传感器的应用 一、实验器材与步骤 1.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻 器等按如图所示电路连接好，其中多用电表置 于“电阻”挡. 13 2.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据. 3.打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘 指针显示电阻阻值的情况，并记录. 4.用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录. 14 二、数据处理 1.把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性. 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/ 2.根据实验数据得出结论：光敏电阻在被光照射时阻值发生变化，光照增 强则电阻变小，光照减弱则电阻变大. 15 例2 [2024·河北卷] 某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤.某兴趣小组决 定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农.该实验用到的主要 器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表 、数字电流表 、滑动变阻器(最大阻值 ， )、白炽灯、可调电阻 、发光二极管、光敏电阻、型三极管 、开关和 若干导线等. 16 (1) 判断发光二极管的极性 使用多用电表的“ ”电阻挡测量二极管的电阻.如图甲所示，当黑表笔 与接线端接触、红表笔与接线端接触时，多用电表指针位于表盘中 位置(见图乙)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中 位置(见图乙).由此判断 端为二极管的______(选填 “正极”或“负极”). 负极 17 [解析] 使用多用电表电阻挡测二极管电阻时，电流也是“红进黑出”，即表 内电源正极与黑表笔相连，电源负极与红表笔相连，且测二极管正向电阻 时阻值很小，测二极管反向电阻时阻值无穷大.当黑表笔与接线柱 接触、 红表笔与接线柱接触时，多用电表指针位于表盘中 位置(电阻无穷大)， 而对调红、黑表笔后指针位于表盘 中 位置(电阻很小)，说明黑表笔 (连接电源正极)与接线柱接触时 测的是二极管正向电阻，即 端为 二极管的正极. 18 (2) 研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性 ① 采用图丙中的器材进行实验，部分实物连接已完 成.要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始. 导线、和 的另一端应分别连接滑动变阻器的 ___、___、___________________________________ __接线柱(以上三空选填接线柱标号“”“”“”或“ ”). (或)［或者三空分别为：(或) 19 [解析] 要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开 始，所以滑动变阻器应采用分压式接法，导线 应 连接接线柱，导线和导线 应“一上一下”连接滑 动变阻器的接线柱，可以导线连接 接线柱，导线 连接或接线柱，或者导线连接 接线柱，导 线连接或 接线柱. 20 ② 图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻 伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏 电阻受到的光照由弱到强.由图像可知，光 敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 ______(选填“增大”或“减小”). 减小 [解析] 伏安特性曲线上的点与原点连线的 斜率的倒数表示电阻，由所给伏安特性曲线图可知，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的 电阻在减小，说明随着光照由弱到强，光敏电阻的阻值减小. 21 (3) 组装光强报警器电路并测试其功能 图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管 (当、 间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元 件设计的电路.组装好光强报警器后，在测试过程中 发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时， 增大 发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应______(选填“增大”或“减 小”)可调电阻 的阻值，直至发光二极管发光. 22 [解析] 在测试过程中发现，当照射在光敏电阻 表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光， 说明三极管未被导通，这是因为、 间电压较 小，未达到三极管导通的值，为使报警器正常工 作，应调大 两端分得的电压直至发光二极管 发光，由于与 串联后总电压一定，所以要 调大 的阻值. 23 工作模式 ______________________________________________________________________________________________________ 24 传感器种类 压敏电阻 ________________________________________________________________________ ________________________________________________ 气敏电阻 ________________________________________________________________________ ________________________________________________ 续表 25 传感器种类 磁敏电阻 _________________________________________________ ________________________________________________ 续表 26 考向一 压敏电阻 例3 [2024·重庆八中模拟] 高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅.如图 甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中 是压敏电阻，质 量 的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上.已知电 路中电源电动势为、内阻 ，电流表量程为 、内阻 ，滑动变阻器 的最大阻值为 . 27 如图乙是压敏电阻的阻值随压力 变化曲线.某设计人员对电流表上刻度 重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量，他先后进行了 以下操作.重力加速度 取 . 28 (1) 断开开关，撤去秤台上的汽车，把多用电表的旋钮旋到电阻挡“ 挡”，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，多用电表的表 针指到如图丙所示位置，则压敏电阻此时的电阻值为_____ . 160 [解析] 电阻挡选择“挡”，则阻值为 . 29 (2) 闭合开关，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为 ， 并在此处标注为，则此时滑动变阻器接入电路的电阻值为____ ； 处应标注在_____A处. 80 0.13 [解析] 当仅有秤台时，压敏电阻的阻值为 ，根据闭合电路欧姆定 律得，解得； 的汽车在秤台上时， 此时压力为 ， 压敏电阻的阻值约为 ，根据闭合电路欧姆 定律得 ，解得 . 30 (3) 设计人员按上述操作逐个刻度赋值后，经长时间使用，发现电池的电 动势略有减小、内阻有所增大.他重新调节滑动变阻器，使秤台空载时电 流表读数仍为 ，然后再去测量汽车的重量.你认为现在的测量值相比 汽车真实重量______(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 偏小 [解析] 根据，可得 ，电池的电 动势变小，内阻增大，则相同的电流下， 的实际阻值偏小，结合题图乙 可知汽车重量的实际值偏大，则汽车重量的测量值偏小. 31 考向二 气敏电阻 例4 [2024·全国甲卷] 电阻型氧气传感器的阻值会随所处 环境中的氧气含量发生变化.在保持流过传感器的电流 (即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传 感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系， 这一过程称为定标.一同学用图甲所示电路对他制作的一个 氧气传感器定标.实验器材有：装在气室内的氧气传感器 (工作电流 )、 毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个 气瓶(氧气含量分别为、、、、 ). 32 (1) 将图甲中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标； [答案] 如图所示 33 [解析] 为了保持流过传感器的电流恒定，电阻型氧气传感器两端的电压调节范围较大，所以滑动变阻器采用分压式接法，由于毫安表内阻可忽略，所以电流表采用内接法. 34 (2)连接好实验器材，把氧气含量为 的气瓶接到气体入口； (3) 把滑动变阻器的滑片滑到___端(选填“”或“ ”)， 闭合开关； (4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的 示数为 ，记录电压表的示数 ； (5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)； [解析] 为了保护电路，闭合开关前，需要电阻型氧气 传感器两端的电压为零，故滑动变阻器的滑片滑到 端. 35 (6) 获得的氧气含量分别为、、和 的数据已标在图乙中； 氧气含量为时电压表的示数如图丙，该示数为_____ (结果保留2位小 数).现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变 阻器滑片位置使毫安表的示数为，此时电压表的示数为 ，则此 瓶气体的氧气含量为____ (结果保留整数). 1.40 17 36 [解析] 由图可知，电压表的分度值为 ，需要估读到分度值下一位，其读数为 ；当瓶内气体的氧气含量为时，电压为 ，在图乙中描出该点，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示，可知电压表的示数为 时，此瓶气体的氧气含量为 . 37 考向三 磁敏电阻 例5 磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁 场中电阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏 电阻的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系.所用器材：电源，开关 ， 滑动变阻器(最大阻值为)，电压表(内阻约为 )和毫安表 (可视为理想电表). 38 (1) 在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图. [答案] 如图所示 39 [解析] 因毫安表可视为理想电表，则采用电流表的内接法可以消除因电 流表内阻而产生的系统误差；滑动变阻器的最大阻值为 ，待测磁敏 电阻为几千欧，则滑动变阻器采用分压式接法以便于操作和多测数据，电 路图如图所示. 40 (2) 实验时，将磁敏电阻置于待测磁场中，记录不 同磁感应强度下电压表和毫安表的示数，计算出 相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安 表的示数分别为和 ，则此时磁敏电阻 的阻值为____ (保留两位有效数字).实验中得到 的该磁敏电阻阻值随磁感应强度 变化的曲线 如图乙所示. 2.2 41 [解析] 根据部分电路的欧姆定律可得磁敏电阻的阻 值为 . 42 (3) 某次测量中，测得磁敏电阻的阻值为 ，此时磁感应强度为 ___________ (保留两位有效数字). [解析] 根据图像可知，当 时，磁感应强度 . 43 (4) 太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流，当 太阳风激烈爆发时，可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难. 某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的 10 减小 探测磁感应强度的报警器，其电路的一部分如图丙所示.图中 为直流电源 (电动势为，内阻可忽略)，当图中的输出电压达到或超过 时，便 触发报警器(图中未画出)报警.若要求开始报警时磁感应强度为 ，则 图中____(选填“”或“ ”) 应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为 ____ (保留两位有效数字)；如果要提高此装置的灵敏度(即在磁感应强 度更小时就能触发报警)，应该______(选填“增大”或“减小”) . 44 [解析] 根据题图乙可知，当磁感应强度增大时，磁敏 电阻的阻值增大，由题图丙可知，磁敏电阻两端电压 增大，故为磁敏电阻.要求输出电压达到或超过 时报警，且此时 ，由题图乙知此时 ，由，解得 .若要提 高此装置的灵敏度，即报警时磁感应强度更小， 的阻 值更小，根据串联分压原理可知应该减小 . 45 1.热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化.实验小组用伏安法测量某热敏电 阻的阻值，并研究其阻值与温度的关系，实验室可提供的器材有：热敏电 阻(阻值在几百到几千欧的范围内)；电压表量程为 ，内阻约 ；电流表A量程为，内阻约；滑动变阻器 最大阻值为；蓄电池(电动势为 ，内阻不计)；开关、导线 若干. 46 (1) 为了减小热敏电阻测量误差，图甲中电压表右侧 导线接___(选填“”或“ ”)；正确连接电路后，调节恒 温箱中的温度，调节滑动变阻器的滑片 ，使电流表 和电压表示数在合适数值，记录对应的电流表和电压 表的示数，并算出热敏电阻的阻值.多次改变温度 ， 算出对应的阻值 . [解析] 因为，故电流表应采用内接法，图甲中电压表右侧导线接 . 47 (2) 在坐标纸上作出与温度 的关系图像如 图乙所示.由图可知，当电压表的示数为 ， 电流表的示数为 时，热敏电阻所在处 的温度约为_____ . [解析] 当电压表示数为 ，电流表的示数 为 时，热敏电阻的阻值为 ，根 据图乙可知热敏电阻所在处的温度约为 ； 48 (3) 实验小组用该热敏电阻设计了如图丙所示的保温 箱温度控制电路，为热敏电阻， 为电阻箱，控制 系统可视为 的电阻，电源的电动势 (内阻不计).当通过控制系统的电流小于 时，加热系统将开启为保温箱加热；当通过控 制系统的电流达到 时，加热系统将关闭.若要使 得保温箱内温度低于，加热系统就开启，应将调为__________ . 49 [解析] 取控制系统电流为 ，由图乙知，当温度为 时热敏电阻的阻值为 ，根据闭合电路欧姆定律，有 ，代入数据得 ，所以若要使得保温箱内温度低于，加热系统就开启，应将调为 . 50 2.如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装 置的示意图.当罐中装满液体时，液面与出液口高度差为 ， 罐外有一竖直放置的管，管内一侧有沿竖直线排列的多个 光敏电阻，另一侧有一列光强稳定的光源.液面上一浮块 与一块遮光板通过定滑轮相连，遮光板可随浮块的升降在 管内上下运动，光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为 .当储液罐内装满液体时，遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等 高，管内的光均匀地照射在光敏电阻上，光敏电阻和仪表相连.现要求设 计一电路以利用上述装置测量液面的高度. 51 为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻、、 ， 分别位于管的上端、下端和中央；它们的暗电阻均为 ，被管内光源照亮时电阻均为 .给 定的仪器还有：直流电源(电动势为 ，电阻不计)；3 个定值电阻，阻值分别为 ， ， ；电压表(量程为 ，内阻可视为无穷 大)；开关一个，导线若干. 要求：当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程. (1) 如图乙所示为某次电压表的示数，为_____________________ . 均可 [解析] 电压表量程为，每小格表示，指针示数为 . 53 (2) 选择合适的定值电阻，在如图丙所示虚线框内画出电路图，并用题中 给定的符号标明图中各元件. [答案] 如图所示 54 [解析] 当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为 ， 可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻 串联，接在直流电源两端，把电 压表接在定值电阻两端，有，故 ，电压表应与电阻 并联构成电路，当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程.电路图如图 所示. 55 (3) 液面与出液口等高时电压表的示数为_____ . (结果保留两位有效数字) [解析] 当液面与出液口等高时，光源完全被遮光板遮住， 此时三个光敏电阻的阻值均为 ，则电压表的示数 为 . 0.43 (4) 若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为 ，则定 值电阻的阻值应变为____ ，便可达到题目要求.(结果保留两位有效数字) 1.8 [解析] 若光敏电阻被照亮时的阻值变为 ，为使电压表满量程，设定值电阻的阻值变为，由 ，解得 . 57 3.[2022·广东卷] 弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元 件.某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下： (1)装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的 一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带 有金属夹、 的导线接入如图乙所示的电路中. (2) 导电绳拉伸后的长度及其电阻 的测量 ①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录、 间 的距离，即为导电绳拉伸后的长度 . 58 ②将滑动变阻器的滑片滑到最右端.断开开关，闭合开关，调节 ， 使电压表和电流表的指针偏转到合适位置.记录两表的示数和 . ③闭合，电压表的示数______(选填“变大”或“变小”).调节 使电压表的 示数仍为，记录电流表的示数，则此时 导电绳的电阻 ______(用、和 表示). ④断开，增大导电绳拉伸量，测量并记录 、 间的距离，重复步骤②和③. 变小 59 [解析] 闭合 后，电路总阻值减小，干路电流变大，导致滑动变阻器分压变大，定值电阻两端电压减小，所以电压表示数减小.可以利用欧姆定律解导电绳电阻，导电绳两端电压为，通过的电流等于总电流减去 ，故 . 60 (3) 该电压表内阻对导电绳电阻的测量值____(选填“有”或“无”)影响 . 无 [解析] 因为每次电压表的示数都相同，所以每次通过电压表与定值电阻 的电流之和都等于 ，电压表内阻对导电绳电阻的测量值无影响. 61 (4) 图丙是根据部分实验数据描绘的 图线，将该导电绳两端固定在某 种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导 电绳的电阻为 ，则由图线可 读出导电绳拉伸后的长度为_______ ， 即为机械臂弯曲后的长度. [解析] 从图丙中可读出 时 对应的导电绳的长度 . 62 $