2026届高考物理一轮复习实验专题课件 实验 利用传感器制作简单的自动控制装置

该高中物理高考复习课件聚焦“传感器的特性及应用”核心考点，依据高考评价体系梳理了热敏电阻、光敏电阻的特性研究，实验设计与数据处理，自动控制电路分析三大考查维度。通过近五年高考真题统计，明确了“电路设计与特性分析”占60%的高频考点分布，归纳了R-t图像绘制、电阻计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“实验原理+真题解析+易错点警示”的三维备考策略。以2024四川成都三模温度传感器电路分析为例，深入剖析继电器衔铁吸合条件的科学推理方法，培养学生科学思维与科学探究素养。通过误差分析（温度计读数、欧姆表调零）和注意事项指导，助力学生规避易错点，提升答题准确率，为教师提供系统复习框架和真题训练资源，高效指导学生高考冲刺。

实验:利用传感器制作简单的 自动控制装置 一、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量 (一般是电学量)。 2.工作过程 二、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。 三、实验操作及步骤 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中,测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 次数 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 电阻/Ω (3)改变水的温度,多次测量水的温度和热敏电阻的阻值,记录在表格中,把记录的数据画在R-t图中,得到图像如图乙所示。 2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”挡。 (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变化情况,并记录。 (4)测出用手掌(或黑纸)遮光时的电阻值,并记录。 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/Ω 结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强时电阻变小,光照减弱时电阻变大。 四、误差分析 1.温度计读数带来误差。 2.多用电表读数带来误差。 3.作R-t图像时不规范造成误差。 五、注意事项 1.在研究热敏电阻的热敏特性实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.在研究光敏电阻的光敏特性实验时,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.多用电表每次换挡后都要重新欧姆调零。 考点一 基础性实验 [例1] 【温度传感器】(2024·四川成都三模)在2022北京冬奥会室内赛场利用温度传感器实时监控赛场温度,温度传感器的主要部件通常是热敏电阻,某科技小组用一个热敏电阻,设计了一个简易的“过热自动报警电路”。 (1)科技小组采用图甲的电路探究热敏电阻与温度间的关系。将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为1.43 V和26 mA,则此时热敏电阻的阻值为　　　　Ω(结果保留1位小数)。这种方法测量的热敏电阻的阻值比真实值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。通过多次实验描绘出热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如图乙所示。  55.0 偏小 (2)该科技小组设计的“过热自动报警电路”如图丙所示,电源U1的电动势E=1.5 V,电源内阻可忽略,继电器线圈用漆包线绕成,阻值R0=17 Ω。将热敏电阻Rt安装在需要探测温度的地方,当线圈中的电流大于或等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响起,同时指示灯熄灭。则图丙中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　(选填“A”或“B”)相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　(选填“A”或“B”)相连;当环境温度超过　　　　℃时,警铃响起报警;若电源有一定的内阻,则警铃报警时对应的温度将　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。  B A 10 升高 [例2] 【光电传感器】(2024·江苏模拟)智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格,其中包括对光照强度的调控,光照强度简称照度I,反映光照的强弱,光越强,照度越大,单位为勒克斯(lx)。为了控制照度,科技人员设计了图甲所示的智能光控电路。 (1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R,某同学用如图乙所示电路,测量光敏电阻在不同照度时的阻值,实验所用器材:电源E1(9 V)、滑动变阻器R4(最大阻值为20 Ω),电压表(量程为0～3 V,内阻为3 kΩ)和毫安表(量程为0～3 mA,内阻不计),定值电阻R0=6 kΩ、开关、导线若干。则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器的滑片移到最　　　(选填“左”或“右”)端。  左 【解析】 (1)为了保证电路的安全应将滑动变阻器滑到最左端,从而使光敏电阻两端的电压为零。 (2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,其读数为　　 　 V,电流表读数为1.5 mA,此时光敏电阻的阻值为　　　 kΩ。  1.80 3.6 (3)通过测量得到6组数据如下表,请在图丁中作出阻值R随照度I变化的图像,由图可判断光敏电阻的阻值与照度　　　　 　(选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。  不满足 照度I/klx 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 电阻R/kΩ 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 【答案及解析】 (3)如图所示。根据图像可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数,所以光敏电阻的阻值R与照度不满足反比例函数关系。 (4)该同学用上述光敏电阻接入图甲所示的电路,其中电源电动势E=6.0 V,内阻忽略不计,电阻R1=100 Ω,电阻箱R2的阻值调节范围是0～9 999.9 Ω,光敏电阻R的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作,为了使照度降低到4 klx时,自动控制系统开始补光,R2的阻值应该调节为　　　 kΩ。  7.9 (5)要加快蔬菜的生长,适度提高光照时间,可调节的方法是　　 　　　。  减小R2 【解析】 (5)减小R2的阻值,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流变大,R两端的电压变大,从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度高于4 klx,可加快蔬菜的生长。 考点二 创新性实验 [例3] 【实验方法的创新】(2024·安徽联考)如图甲为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度的装置的示意图。当罐中装满液体时,液面与出液口高度差为h,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h。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。 为将问题简化,假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3,分别位于管的上端、下端和中央;它们的暗电阻均为R=10 kΩ,被管内光源照亮时电阻均为 R′=1.0 kΩ。给定的仪器还有:直流电源E(电动势为9 V,电阻不计),3个定值 电阻,阻值分别为R4=2.5 kΩ,R5=1.8 kΩ,R6=1.5 kΩ;电压表V(量程为0～3 V, 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)如图乙为某次电压表的示数,其大小为　　 　 V。  1.40 【解析】 (1)电压表量程为0～3 V,每小格表示0.1 V,指针示数为1.40 V。 (2)选择合适的定值电阻,在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。 (3)液面与出液口等高时电压表的示数为　　　 V。(结果保留2位有效数字)  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1.2 kΩ,则定值电阻的阻值应变为　　　　 kΩ,便可达到题目要求。(结果保留2位有效数字)  1.8 [例4] 【实验器材的创新】(2024·河南联考)某同学制作恒温室,室温保持在45 ℃左右。他设计了如图所示的控温装置,通过电磁继电器的电流达到一定值时, 电磁继电器将把衔铁吸下,触点C、D断开,结合水银温度计可以控制室温。 (1)为实现温度高于45 ℃时电热丝停止加热,温度低于45 ℃时电热丝开始加热,请连接电路图。 【答案及解析】 (1)要求温度高于45 ℃时电热丝停止加热,温度低于45 ℃时电热丝开始加热,所以电磁铁与温度计连接。温度高于45 ℃时,温度计E、F与A、B接通,电磁铁将衔铁吸下,电热丝所在的电路立刻断开,停止加热;当温度低于45 ℃时,温度计液面下降,控制电路断开,电磁铁失去磁性,衔铁被松开,C、D触点会接触,加热电路会接通,电热丝加热。电路图如图。 (2)E1内阻不计,当滑动变阻器调至最左端,E1=6 V 时,电接点水银温度计达到45 ℃,电磁继电器达到工作电流值;当滑动变阻器调至R=20 Ω,E1′=8 V 时,电接点水银温度计达到45 ℃,电磁继电器达到工作电流值,则水银温度计达到45 ℃时的等效电阻为　　　　Ω。  60 (3)当电源E2=24 V、内阻r2=2 Ω时,为使电热丝的发热功率最大,应将电热丝的阻值调至　　　　 Ω,最大功率为　　　 W。  2 72 [例5] 【实验情境的创新】(2025·广东汕头模拟)现要组装一个酒精测试仪,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化,规律如图甲所示,酒精测试仪的调试电路如图乙所示。 2024年的酒驾标准是“0.2 mg/mL≤酒精气体浓度<0.8 mg/mL”,醉驾标准是 “酒精气体浓度≥0.8 mg/mL”。提供的器材有: A.二氧化锡半导体型酒精传感器Rx B.直流电源(电动势为4 V,内阻不计) C.电压表(量程为3 V,内阻非常大) D.电阻箱(最大阻值为999.9 Ω) E.定值电阻R1(阻值为50 Ω) F.定值电阻R2(阻值为10 Ω) G.单刀双掷开关一个,导线若干 (1)为使电压表改装成酒精浓度测试表以判断是否酒驾,R应选用定值电阻 　 (选填“R1”或“R2”)。  R2 (2)按照下列步骤调节此测试仪: ①电路接通前,先将电阻箱调为30.0 Ω,然后开关向　　　　(选填“a”或“b”)端闭合,将电压表此时指针对应的刻度线标记为　 　　 mg/mL。(结果保留2位有效数字)。  b 0.20 【解析】 (2)①本实验采用替代法,用电阻箱的阻值替代传感器的电阻Rx, 故应先将电阻箱调到30.0 Ω,结合电路图,开关应向b端闭合;由题图甲可知Rx=30 Ω时,酒精气体浓度为0.20 mg/mL。 ②逐步减小电阻箱的阻值,电压表的示数不断　　　(选填“变大”或“变小”)。按照图甲数据将电压表上“电压”刻度线标为对应的“酒精浓度”。  ③将开关向另一端闭合,测试仪即可正常使用。 变大 【解析】 ②逐步减小电阻箱的阻值,根据串联电路电阻两端电压与电阻关系可知,定值电阻上的分压变大,电压表的示数不断变大。 (3)在电压表刻度线上标注一段红色的长度以提醒酒驾的读数范围,该长度与电压表总刻度线长度的比例为1∶　　　　。  3 感谢观看 【解析】 (1)由R=,得热敏电阻的阻值为R=55.0 Ω;由于测得的电流包含电压表的电流,故电流偏大,测得的电阻偏小。 【解析】 (2)当环境温度超过某一值,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以警铃的接线柱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。当线圈中的电流大于或等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,由闭合电路的欧姆定律有E=I(R0+Rt),得Rt=-R0=13 Ω,由题图乙可得,此时的环境温度约为10 ℃。若电源有一定的内阻,由于总电阻不变,继电器的衔铁吸合时,热敏电阻的电阻将减小,则警铃报警时对应的温度将升高。 【解析】 (2)由题图丙可知电压表的量程为0～3 V,最小刻度为0.1 V,电压表的读数为1.80 V;根据串联电路电压与电阻成正比的关系,光敏电阻两端的电压为×(3 kΩ+6 kΩ)=5.40 V,电流表读数为1.5 mA,故此时光敏电阻的阻值为R= Ω=3.6 kΩ。 【解析】 (4)根据闭合电路欧姆定律I=,根据图像可知,在照度降低到4 klx时,对应的阻值为R=4 kΩ,又有U=IR,其中U=2.0 V,联立可得R2=7.9 kΩ。 【答案及解析】 (2)当罐内装满液体时,3个光敏电阻均受到光照射,电阻均为1.0 kΩ,可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻Rx串联,接在直流电源两端,把电压表接在定值电阻两端,则有=,得Rx=1.5 kΩ,故Rx为电阻R6,电压表应与电阻R6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。 【解析】 (3)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10 kΩ,则电压表的示数为U=·R6≈0.43 V。 【解析】 (4)若光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2 kΩ,为使电压表满量程,则定值电阻的阻值变为Rx′,Rx′满足3 V=, 解得Rx′=1.8 kΩ。 【解析】 (2)当滑动变阻器调至最左端时,接入电路的电阻为零,此时电路中只有水银温度计达到45 ℃时的等效电阻,根据闭合电路欧姆定律可知,此时电路中的电流为I==;当滑动变阻器调至 R=20 Ω,E1′=8 V时,电接点水银温度计达到45 ℃ 时,根据欧姆定律可知,此时电路中的电流为I==,联立解得R等=60 Ω。 【解析】 (3)当电源E2=24 V、内阻r2=2 Ω时,根据当外电阻与电源内阻相等时,电源输出功率最大,可知当电热丝的电阻R=r2=2 Ω时电热丝的功率最大,最大功率为Pm== W=72 W。 【解析】 (1)本实验电压表并联在定值电阻两端,由欧姆定律可得,定值电阻两端的电压UR=,由题图甲可知10 Ω≤Rx≤70 Ω,电动势为4 V,电压表量程为3 V,得URmax=≤3 V,可得R≤30 Ω,故定值电阻选R2。 【解析】 (3)根据电路分压原理,酒精浓度为0.20 mg/mL时传感器电阻为30 Ω, 此时电压表示数为U1= E=×4 V=1 V,酒精浓度为0.80 mg/mL 时传感器电阻为10 Ω,此时电压表示数为U2= E=×4 V=2 V,故电压表示数 1～2 V为酒驾范围,占总量程的,即该长度与电压表总刻度线长度的比例为1∶3。 $