第五章 3 利用传感器制作简单的自动控制装置-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

情境拓展 电子眼系统通过路面下埋设的感应线来 感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传 感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压 力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电 阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时，如果 汽车的前、后轮先后经过感应线，则回路中 产生两个脉冲电流（如图乙所示），即汽车 闯红灯，电子眼立刻拍照。红灯亮时，下列 说法正确的是（) 3.利用传感器制作 知识梳理 川知识点1门窗防盗报警装置 1.电路如图所示。 2.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， 第五章传感器。 甲 A.车轮停在感应线上后，电阻R上一直有 电流 B.前轮经过感应线的过程中，电容器充电 C.车轮经过感应线的过程中，电阻R上的 电流一直增大 D.前轮刚越过感应线，又倒回到线内，一 定会被电子眼拍照 简单的自动控制装置 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。 3.实验器材 干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂 鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。 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。 学(65 N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 川知识点2光控开关 1.电路如图所示。 o+Vs R R. LED中 6 VT 0V 2.工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻 R。的阻值很小，三极管不导通，发光二 极管或继电器所在的回路相当于断路，即 发光二极管不工作；继电器处于常开状 态，小灯泡L不亮。当环境光比较弱时， 光敏电阻R。的阻值变大，三极管导通， 且获得足够的基极电流，产生较大的集电 极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸 合而点亮小灯泡L。 3.实验器材 发光二极管、三极管、可变电阻R1、电 阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电 源、导线若干、黑纸。 4.实验步骤 (1)按照图所示连接电路，检查无误后，接 通电源。 (2)让光敏电阻R。受到白天较强的自然光 照射，调节电阻R1,使发光二极管 LED或小灯泡L刚好不发光。 (3)遮挡RG,当光照减弱到某种程度时，就 会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。 (4)让光照加强，当光照强到某种程度时， 则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。 5.注意事项 (1)安装前，对实验器材进行测试，确保各 66)学 元件性能良好后，再进行安装。 (2)光控开关实验中，二极管连入电路的极 性不能反接。 (3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强 光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。 要点突破 川要点传感器问题的分析 1.感受量分析 明确传感器的敏感元件，分析输入信号 及输出信号，以及输入、输出信号之间的 关系。 2.电路结构分析 分析传感器的电路结构，熟悉常见电子 元件的工作特点，分析输入、输出信号之间 的关系。 3.执行机构工作分析 传感器的应用包含非电学量向电学量转 化的过程，还包含根据信息控制执行机构的 过程。 例为了节能和环保，一些公共场所使用 光控开关控制照明系统。光控开关可采用 光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光 的照度而发生变化的元件（照度可以反映 光的强弱，光越强照度越大，照度单位为 x)。某光敏电阻R,在不同照度下的阻值如 下表： 照度(Ix) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻(k2) 75 40 28 23 20 18 A电阻k2 照明系统 % 70 -- 控制开关 40 30 ++ 20 10 照度x 00.20.40.60.81.01.21.4 例题图 (1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描 绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻 值随照度变化的特点： (2)如图所示，当1、2两端所加电压上升 至2V时，控制开关自动启动照明系 统，请利用下列器材设计一个简单电 路。给1、2两端提供电压，要求当天 色渐暗照度降低至1.0(x)时启动照 明系统，在虚线框内完成电路原理图。 (不考虑控制开关对所设计电路的影响) 提供的器材如下： 光敏电源E(电动势3V,内阻不计)； 定值电阻：R1=10k2,R2=20k2,R3 40k2(限选其中之一并在图中标出)： 开关S及导线若干。 B变式训练 如图所示为一种温度自动报警器的原理 图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝， 以下说法正确的是( 变式训练题图 第五章传感器。 A.温度升高至74℃时，L1亮灯报警 B.温度升高至74℃时，L2亮灯报警 C.温度升高至78℃时，L1亮灯报警 D.温度升高至78℃时，L2亮灯报警 情境拓展 铂热电阻传感器用于测量-200~+850℃ 范围内的温度，应用在冶金、航空航天等领 域。图甲为一款铂热电阻传感器阻值随温度 的变化关系图像。图丙是利用电阻传感器把 电流表改装成温度计的原理图。实验器材 如下： ①PT100型铂热电阻传感器 ②千电池(E=1.5V,r=12)》 ③灵敏电流表（量程10mA,内阻约为几 欧姆) ④电阻箱(09999.9Ω) ⑤滑动变阻器R1(0~2002) ⑥滑动变阻器R2(0~502) ⑦开关、导线若干 R/ 50 100 丙 学 67 N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 请回答下列问题： (1)用图乙所示电路测量灵敏电流计的内阻 RA,电路中应该选择的滑动变阻器为 (选填“R”或“R2”)。 (2)将图丁按照图丙电路图用线条代替导线 完成连接。 68)学 (3)满偏电流刻度处是标注温度计 (选填“最高”或“最低”)值。 (4)测出RA=22,图丙中把0℃作为改装 后温度计的最低温度，则此时电阻箱的 阻值R= 2。高中物理选择性必修第二册（人教版） >”2.常见传感器的工作原理及应用 知识梳理 知识点1 3.光学量电学量 知识点2 2.增大 知识点3 3.力学量电学量 要点突破 例(1)变大(2)变小【解析】(1)温度升 高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电 流表的示数变大。(2)温度降低，热敏电阻的阻值变 大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的 示数变小。 变式训练A 情境拓展 D【解析】汽车停在感应线上后，汽车对压电薄膜 的压力不变，电压恒定，电路中没有电流，A错误；前 轮经过感应线的过程，对压电薄膜的压力先变大后变 小，则电压先变大后变小，电容器先充电后放电，B错 误：车轮经过感应线的过程中，如图乙所示，电阻R上 的电流先变大后小，再反向变大最后变小，C错误；汽 车前轮刚越过感应线，又倒回线内，有两个脉冲电流， 会被电子眼拍照，D正确。 “3.利用传感器制作简单的自动控 制装置 要点突破 例(1)光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减 小 (2)如解析图乙。【解析】(1)光敏电阻的阻值 随光照变化的曲线如图甲所示。光敏电阻的阻值随光照 强度的增大非线性减小。 电阻k2 80 照明系统 70 60 控制开关 1114----111- 50 40 30 20 RP R 10+ 照度/k 00.20.40.60.81.01.21.4 甲 例题答图 38 IN (2)如图乙，控制开关自动启动照明系统，给1、2两 端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(x)时启 动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20k2,两端电压 为2V,电源电动势为3V,所以应加上一个分压电阻， 分压电阻阻值为10k2,即选用R1。 变式训练D 情境拓展 (1)R,(2)见解析图(3)最低(4)47 【解析】(1)用图乙所示电路测量灵敏电流计的内 阻R,所用的方法为“半偏法”，当电流计满偏时，回 路中的电阻约为R=E-150Ω。电路中应该选择的滑动 Ig 变阻器为R1。 (2)电路连线如图。 情境拓展答图 (3)电流表满偏时，电路中电流最大，此时铂热电 阻传感器阻值最小，温度最低，可知满偏电流刻度处是 标注温度计最低值。 (4)0℃时铂热电阻传感器阻值R0=1002,则1，= 元k解得=号-优r+R=品-(10+1叶 2)2=472。