5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置（培优考点练）物理人教版选择性必修第二册

3．利用传感器制作简单的自动控制装置 一、单选题 1．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。其简化结构如图所示，质量为的元件与轻质弹簧连接，可在杆上自由滑动，弹簧的自然长度为、劲度系数为，电源电动势为、内阻不计，滑动变阻器总长也为，电阻分布均匀，系统静止时在点，不计一切阻力，当系统绕轴以角速度转动时，元件发生位移并输出相应的电压信号，则（　　） A．电路中电流随角速度的增大而增大 B．输出电压随角速度的增大而减小 C．弹簧的伸长量为 D．输出电压与的函数式为 2．电容式位移传感器示意图如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两板之间移动。为判断被测物体是否发生位移，将该传感器与恒压直流电源和电流表串联组成闭合回路（电路未画出），已知电容器的电容C与电介质板进入电容器的长度x之间满足关系，则当被测物体向右匀速运动时，流过电流表的电流（　　） A．均匀增大 B．保持恒定 C．均匀减小 D．先增大后减小 二、实验题 3．光照强度简称照度，反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为勒克斯（）。为了控制蔬菜大棚内的照度，农技人员对大棚设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于某阈值时，启动照明系统进行补光。 (1)为了设定控制电路具体参数，需要获得不同照度下光敏电阻的阻值，现用如图乙所示的多用电表进行测量。步骤如下： ①机械调零后，选择开关拨至“”位置，红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的部件________（填“S”或“T”），直到指针停在表盘右端0刻度处。 ②用可调照度的灯照射光敏电阻。某次测量中，指针指示如图丙所示，则光敏电阻的阻值________，并用照度传感器记录此时的照度值。 ③改变照度多次重复步骤②，得到光敏电阻阻值与照度的对应关系，如表1所示。 表1  光敏电阻阻值与照度对应表 照度/ 65890 41570 30840 20760 16040 12070 10530 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 (2)图甲电路中，电源电动势，内阻不计。定值电阻，电阻箱的阻值调节范围是，光敏电阻的电压增加到时，照明系统开始工作。现大棚内拟种植叶菜类蔬菜，农技人员设置照度阈值，当照度降低到时开始补光，电阻箱的阻值应调为________。 (3)当大棚内种植果菜类蔬菜时，需提高照度阈值，需要________（填“增大”或“减小”）电阻箱的阻值。 4．。北方地区冬季温度较低，小明想为自家蔬菜大棚设计一个低温报警装置，该报警装置可用于观测棚内温度（0~15℃），同时当温度低于10℃时装置会自动报警。所用温度传感器的电阻随温度的变化规律如图（a）所示，实验电路如图（b）所示。实验室提供的器材有： A．直流电源（电动势为8V，内阻不计）； B．电压表（量程为6V，内阻非常大）； C．温度传感器； D．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）； E.定值电阻R（阻值为10Ω）； F.单刀双掷开关一个，导线若干； G.报警器（电阻非常大）。 (1)请根据图（b）所示的电路图，在图（c）中完成实物连线。 (2)按下列步骤进行调试： ①电路接通前，先将电阻箱调为，然后开关向________（填“a”或“b”）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为温度________℃； ②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断________（填“变大”或“变小”），按照图（a）中数据将电压表上“电压”刻度线标为对应的“温度”； ③将开关向另一端闭合，温度计即可正常使用。 (3)电压表示数降低到________V，报警器报警。 (4)使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，温度的测量结果________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 5．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 6．为了节能环保，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lx（勒克斯）。 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻 5.8 3.6 2.8 2.3 1.8 （1）某光敏电阻在不同照度下的阻值如上表，根据表中已知数据，在图1的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线.根据图像，表格中空缺的数据是____________。 （2）如图2甲所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电，电路能达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果。 （3）用多用电表“”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图2乙所示，则线圈的电阻为____________，已知当线圈中的电流大于或等于时，继电器的衔铁将被吸下，图中直流电源的电动势，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：，要求天色渐暗照度降低至时点亮路灯，滑动变阻器应选择_________（填），为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________（填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻。 7．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 8．某实验小组设计了一个“温度升高自动报警电路”，如图（a）所示，将热敏电阻放置于需要探测温度的地方，热敏电阻与报警器串联接入回路，当温度升高时，感温元件热敏电阻的阻值减小，回路中电流随之增大，当增大到一定值时，报警器便开始工作。这就实现了将温度这个热学量转化为电学量，从而控制报警器报警的目的。实验装置有输出电压为6的直流电源、电流超过2.6时报警的报警器、最大阻值为1750的滑动变阻器、单刀双掷开关、最大阻值9999的电阻箱、热敏电阻的电阻温度特性如图（b）所示。完成该实验的如下操作和分析。 (1)开始时滑动变阻器的触头应置于阻值__________（选填“最大”或“最小”）处； (2)若预设的报警温度为40，则该温度下热敏电阻的阻值约为__________Ω（结果保留2位有效数字）； (3)调节电阻箱的阻值为该阻值，打开电源开关，再将单刀双掷开关置于电阻箱端，缓慢改变滑动变阻器阻值，直到报警器恰好响起。将单刀双掷开关置于热敏电阻端，这样就实现了温度升高至预设温度时自动报警的目的；若某同学不小心将滑动变阻器阻值增大，则报警温度将__________（选填“升高”、“降低”、或“不变”）。 9．某物理实验小组的同学想制作一个温控报警器，他们从网上购买了一个热敏电阻，热敏电阻说明书上标出了该热敏电阻不同温度下的阻值，如下表所示： t/℃ 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 RT/Ω 2400.0 1500.0 1150.0 860.0 435.0 120.0 (1)实验小组的小王同学先用多用电表粗略测量常温下该热敏电阻的阻值，当时环境温度为22℃，他用多用电表电阻挡选“×10”倍率测量时，指针偏转角度太小，则应将倍率更换至___________（选填“×1”或“×100”）挡，换挡后___________（选填“需要”或“不需要”）再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为___________Ω。 (2)实验小组的小张同学又设计如图乙所示的电路来精确测量常温下该热敏电阻的阻值。操作步骤如下： ①正确连接实验电路后，调节滑动变阻器 R的滑片至左端； ②闭合S1、S2，快速调节滑动变阻器R的滑片，使电流表和电压表指针有明显偏转，分别记下电流表、电压表的示数I1、U1； ③保持滑动变阻器 R的滑片位置不动，快速断开S₂，分别记下此时电流表、电压表的示数I2、U2，则待测电阻 ___________（用I1、U1、I2、U2表示）。 小张同学测完电阻后忘记断开开关S1，过一段时间后，小刘同学又重复这一实验，再一次测量常温下热敏电阻的阻值，操作过程和电表读数都完全正确，但测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是___________。 (3)利用该热敏电阻制作温控报警器，其电路原理如图丙所示，图中电源电动势为10V，内阻可不计，报警系统接在 ab之间，当 ab之间的输出电压高于6.0V时，便触发报警器报警，如果要使报警温度达到（ 时报警系统报警，电阻箱应调到___________Ω，如果要使报警温度更高一点，应该将电阻箱的电阻调___________（选填“大”或“小”）一点。 10．已知一热敏电阻当温度从升至时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用如图甲所示的测量电路探究热敏电阻阻值随温度变化的具体关系。 (1)实验时，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，则热敏电阻的计算值______（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值； (2)若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为4.5V和1.5mA，则此时热敏电阻的阻值为______k（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值随温度t变化的曲线如图乙所示。 (3)在温度为左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图丙所示，箱内电阻，，，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像与图乙相同。当a、b端电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在______（保留2位有效数字） 11．在密闭空间（如空间站等）生活的人需要时刻检测氧气的浓度，以保证能正常生活和工作。某同学购买了一款电阻型氧气传感器，并设计了如图（a）所示的电路来探究该氧气传感器的工作特性，已知电源电动势为（内阻不计），电阻箱阻值变化范围。 (1)该同学查得该传感器电阻的阻值随氧气浓度的变化关系如图（b）所示，则当氧气浓度变大时，图（a）中电压表的示数将_______（选填“变大” “不变”或“变小”）。 (2)该同学测得当气室中氧气浓度为时，电压表的示数为，则电阻箱的阻值应为_______。 (3)当氧气浓度低于时，人会处于缺氧状态，从而对人的生命产生威胁。为保障人的生命安全，该同学设定当电压表的示数低于时，将触发报警装置，则应将电阻箱的阻值调整为_______。 (4)为使报警效果更好，该同学将图（a）所示的电路改造成了如图（c）所示的报警电路图，其中灯泡的电阻为，两端电压不低于时会发出绿光，表明氧气浓度不低于。当灯泡正常发光时，光控开关断开，否则便会接通，蜂鸣器发出报警声。 ①图（c）的虚线框内是由氧气传感器和电阻箱组成的电路，请将该电路补充完整； _______ ②此时电阻箱的阻值应调整为_______。 12．某同学用光敏电阻制作了光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。该同学找到了一个光敏电阻，经查阅资料，得到光敏电阻阻值与照度的关系图像如图甲所示。 （1）该同学准备了如下实验器材： 直流电源（电动势3V，内阻不计）； 电阻箱； 电阻箱； 电阻箱； 光敏电阻； 开关及导线若干。 （2）照明电路控制原理是：当1、2两端电压大于等于2V时，控制开关启动照明系统。请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），要求在照度小于等于1.0lx时，启动照明系统。 （3）实验时所选用的电阻箱为______（选填“”“”或“”），应把该电阻箱阻值调为______kΩ，如果想让照明系统在更低的照度下启动，需要把电阻箱阻值调______（选填“大”或“小”）。 13．现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了如下器材： A．蓄电池（电动势，内阻） B．表头G（满偏电流6.0mA，内阻未知） C．电流表A（满偏电流10mA，内阻未知） D．电阻箱（最大阻值999.9Ω） E.电阻箱（最大阻值999.9Ω） F.开关及导线若干 (1)该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头G的量程扩大为原来的10倍，他进行了如下操作：先断开开关、、，将、调到最大值。合上开关，将拨到2处，调节，使表头G满偏，电流表A示数为I。此时合上开关，调节和，当电流表A仍为I时，表头G示数如图丁所示，此时为108.0Ω，则由此可知表头G的内电阻为_______，改装电表时应将调为_______Ω，改装结束后断开所有开关。 (2)该同学若将图丙中开关、合上，而将拨到1处，电阻箱的阻值调为14.0Ω，酒精气体浓度为零时，表头G的读数为_______mA。 (3)完成步骤（2）后，某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向5.0mA。已知酒精浓度在0.2~0.8mg/mL之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过0.8mg/mL属于“醉驾”，则该次测试的酒精浓度范围属于_______（选填“酒驾”或“醉驾”）。 (4)使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整_______（“”或“”），使得所测的酒精气体浓度仍为准确值。 14．某科技小组想设计一个报警装置，该实验用到的主要器材如下：恒压电源E＝3V（内阻不计）、电源E'、NPN型三极管VT、热敏电阻、报警灯、电阻箱R'、定值电阻、滑动变阻器、两个理想电压表、、开关S和若干导线。 (1)探究热敏电阻的特性： ①小组成员组装电路如图1所示，虚线框表示温控室，温度可以调节，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应滑向______（填“A”或“B”）端。 ②将温控室的温度调为某一值，调节的滑片，、的示数分别为2.0V、3.0V，则＝______Ω。 ③多次调节温控室的温度，测得-t的关系图像如图2所示。 (2)组装报警装置：图3为利用热敏电阻、报警灯、三极管（当b、e间电压时e与c之间相当于用导线直接接通，此时c所在支路获得比b所在支路大得多的电流）等元件设计的电路。在进行实物图连线时，发现图3电路的电源极性未给出，经分析判断，恒压电源左端应为______（填“正”或“负”）极；在报警灯报警的同时，还需要一个电动机（作用是驱动降温装置）进行工作，且与报警灯互不干扰，则对电动机接入电路的操作是____________。 (3)调试报警装置：为了保证温控室的温度达到：53℃时报警系统开始工作，则电阻箱R'接入电路的阻值调为______Ω（结果保留2位有效数字）。为了让该系统在更低的温度下报警，可采取的措施是______（填一种即可）。 三、综合题 学校的劳动基地设计一个蔬菜温室，要求温度控制在20~30℃之间，温控系统原理如图甲，控制电路的电源电压为6V，电阻箱R0的阻值调为90Ω，热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙，当控制电路中的电流达到30mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25mA时，衔铁被弹回，已知工作电路中电热丝R的电阻为22Ω，L为浴霸灯，使温度变化平缓。 15．当环境温度升高时（　　） A．通过R0的电流变大，R1两端的电压变大 B．通过R0的电流变大，R1两端的电压变小 C．通过R0的电流变小，R1两端的电压变大 D．通过R0的电流变小，R1两端的电压变小 16．若温室中空气总质量为100kg，电热丝通电5min产生的热量使温室气温升高5.5℃，则空气吸收的热量为________J，电热丝对温室的加热效率为_________%，（均保留2位有效数字）[c空气取1.0×103J/（kg•℃）] 17．另一种控制电路的一部分如图所示，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流，R0为定值电阻，移动滑动变阻器R的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 18．通过分析，计算温度控制的范围，并提出一个具体的改进建议（改进建议不必说明理由）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 一、单选题 1．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。其简化结构如图所示，质量为的元件与轻质弹簧连接，可在杆上自由滑动，弹簧的自然长度为、劲度系数为，电源电动势为、内阻不计，滑动变阻器总长也为，电阻分布均匀，系统静止时在点，不计一切阻力，当系统绕轴以角速度转动时，元件发生位移并输出相应的电压信号，则（　　） A．电路中电流随角速度的增大而增大 B．输出电压随角速度的增大而减小 C．弹簧的伸长量为 D．输出电压与的函数式为 【答案】D 【详解】A．系统在水平面内以角速度转动时，无论角速度增大还是减小，BC的电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，与角速度无关，故A错误； BCD．设系统在水平面内以角速度转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得 则 又输出电压 联立两式得 所以输出电压随角速度的增大而增大，故BC错误，D正确。 故选D。 2．电容式位移传感器示意图如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两板之间移动。为判断被测物体是否发生位移，将该传感器与恒压直流电源和电流表串联组成闭合回路（电路未画出），已知电容器的电容C与电介质板进入电容器的长度x之间满足关系，则当被测物体向右匀速运动时，流过电流表的电流（　　） A．均匀增大 B．保持恒定 C．均匀减小 D．先增大后减小 【答案】B 【详解】当物体向右匀速运动时，则电介质板进入电容器的长度x均匀减小，根据 可知电容C均匀减小，Q均匀减小，所以流过电流表的电流保持恒定。 故选B。 二、实验题 3．光照强度简称照度，反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为勒克斯（）。为了控制蔬菜大棚内的照度，农技人员对大棚设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于某阈值时，启动照明系统进行补光。 (1)为了设定控制电路具体参数，需要获得不同照度下光敏电阻的阻值，现用如图乙所示的多用电表进行测量。步骤如下： ①机械调零后，选择开关拨至“”位置，红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的部件________（填“S”或“T”），直到指针停在表盘右端0刻度处。 ②用可调照度的灯照射光敏电阻。某次测量中，指针指示如图丙所示，则光敏电阻的阻值________，并用照度传感器记录此时的照度值。 ③改变照度多次重复步骤②，得到光敏电阻阻值与照度的对应关系，如表1所示。 表1  光敏电阻阻值与照度对应表 照度/ 65890 41570 30840 20760 16040 12070 10530 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 (2)图甲电路中，电源电动势，内阻不计。定值电阻，电阻箱的阻值调节范围是，光敏电阻的电压增加到时，照明系统开始工作。现大棚内拟种植叶菜类蔬菜，农技人员设置照度阈值，当照度降低到时开始补光，电阻箱的阻值应调为________。 (3)当大棚内种植果菜类蔬菜时，需提高照度阈值，需要________（填“增大”或“减小”）电阻箱的阻值。 【答案】(1) T /800.0 (2)1700 (3)减小 【详解】（1）[1]选择倍率后，需要将红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的欧姆调零旋钮T进行欧姆调零； [2]多用电表的读数为 （2）由表1可知，当照度时， 电流 根据欧姆定律，电阻箱接入的阻值 （3）由表1可知，光敏电阻阻值随照度的增大而减小。提高照度，光敏电阻减小，在电路中分得的电压减小，为了分得和没有提高照度阈值前相同的电压，需要提高其阻值在总电阻中的占比，因此需要减小电阻箱的阻值。 4．。北方地区冬季温度较低，小明想为自家蔬菜大棚设计一个低温报警装置，该报警装置可用于观测棚内温度（0~15℃），同时当温度低于10℃时装置会自动报警。所用温度传感器的电阻随温度的变化规律如图（a）所示，实验电路如图（b）所示。实验室提供的器材有： A．直流电源（电动势为8V，内阻不计）； B．电压表（量程为6V，内阻非常大）； C．温度传感器； D．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）； E.定值电阻R（阻值为10Ω）； F.单刀双掷开关一个，导线若干； G.报警器（电阻非常大）。 (1)请根据图（b）所示的电路图，在图（c）中完成实物连线。 (2)按下列步骤进行调试： ①电路接通前，先将电阻箱调为，然后开关向________（填“a”或“b”）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为温度________℃； ②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断________（填“变大”或“变小”），按照图（a）中数据将电压表上“电压”刻度线标为对应的“温度”； ③将开关向另一端闭合，温度计即可正常使用。 (3)电压表示数降低到________V，报警器报警。 (4)使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，温度的测量结果________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1) (2) b 5 变大 (3)3.2 (4)偏小 【详解】（1）实物连接如图所示 （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，故先将电阻箱调到，结合电路，开关应向b端闭合； [2]由图（a）可知，时，温度为； [3]逐步减小电阻箱的阻值，定值电阻上的分压变大，电压表的示数不断变大。 （3）当温度低于10℃时装置会自动报警，由图（a）可知，时， 此时电压表示数为 代入数据得 （4）使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，电路中的电流将变小，电压表的示数将偏小，故温度的测量结果将偏小。 5．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 【答案】(1)a (2)向右 (3)方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁 【详解】（1）根据图a可以得出，热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，当温度过高时，热敏电阻阻值变小，电路中电流变大电磁铁吸引力变大，衔铁被吸引向a端，要使此时报警铃响，则开关c应该接在a处。 （2）要使报警的温度降低一些，应该减小电路中总电阻，则滑动变阻器滑片应将向右端滑动。 （3）发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警，说明电流都过大或电磁铁太灵敏，故有以下可行方案： 方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁。 6．为了节能环保，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lx（勒克斯）。 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻 5.8 3.6 2.8 2.3 1.8 （1）某光敏电阻在不同照度下的阻值如上表，根据表中已知数据，在图1的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线.根据图像，表格中空缺的数据是____________。 （2）如图2甲所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电，电路能达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果。 （3）用多用电表“”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图2乙所示，则线圈的电阻为____________，已知当线圈中的电流大于或等于时，继电器的衔铁将被吸下，图中直流电源的电动势，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：，要求天色渐暗照度降低至时点亮路灯，滑动变阻器应选择_________（填），为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________（填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻。 【答案】 2.0 140 减小 【详解】[1] 由图1知，光照强度为1.0lx时，光敏电阻的电阻值为2.0kΩ [2] 欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10Ω”，所以电阻值是14×10=140Ω [3] 天色渐暗照度降低至1.01x时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2kΩ，电路中的电流是2mA，有 所以要选择滑动变阻器 [4] 由于光变暗时，光敏电阻变大，分的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻。 7．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 【答案】(1) NTC电阻 PTC电阻 PTC电阻 (2)右 【详解】（1）[1]恒温箱温控电路应确保加热器加热后，温度升高至某温度时继电器中电流达到临界值使得衔铁被吸下，加热电路断开，即温度升高，温控电路中电流增大，因此R1应为NTC电阻。 [2][3]高温报警装置电路则相反，在温度较低时衔铁被吸下，温度升高至某临界温度时衔铁被释放，蜂鸣器所在电路接通，因此继电器所在电路中的电流应随温度的升高而减小，应为PTC电阻。同理，为防止其他元件两端的电压过大即电流过大，应选择阻值随温度升高而增大的热敏电阻即PTC电阻接入汽车电路。 （2）在题图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，即PTC电阻的阻值更小时衔铁被释放，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，应将滑片向右移动少许。 8．某实验小组设计了一个“温度升高自动报警电路”，如图（a）所示，将热敏电阻放置于需要探测温度的地方，热敏电阻与报警器串联接入回路，当温度升高时，感温元件热敏电阻的阻值减小，回路中电流随之增大，当增大到一定值时，报警器便开始工作。这就实现了将温度这个热学量转化为电学量，从而控制报警器报警的目的。实验装置有输出电压为6的直流电源、电流超过2.6时报警的报警器、最大阻值为1750的滑动变阻器、单刀双掷开关、最大阻值9999的电阻箱、热敏电阻的电阻温度特性如图（b）所示。完成该实验的如下操作和分析。 (1)开始时滑动变阻器的触头应置于阻值__________（选填“最大”或“最小”）处； (2)若预设的报警温度为40，则该温度下热敏电阻的阻值约为__________Ω（结果保留2位有效数字）； (3)调节电阻箱的阻值为该阻值，打开电源开关，再将单刀双掷开关置于电阻箱端，缓慢改变滑动变阻器阻值，直到报警器恰好响起。将单刀双掷开关置于热敏电阻端，这样就实现了温度升高至预设温度时自动报警的目的；若某同学不小心将滑动变阻器阻值增大，则报警温度将__________（选填“升高”、“降低”、或“不变”）。 【答案】(1)最大 (2) (3)升高 【详解】（1）为了保护电路，开始时滑动变阻器的触头应置于阻值最大处。 （2）由图（b）可知报警温度为40，热敏电阻的阻值约为 （3）令报警器开始工作的最小电流为，电路中除热敏电阻外的其它电阻的阻值总共为，有 若某同学不小心将滑动变阻器阻值增大，则增大，为了达到最小电流，热敏电阻阻值需要减小，由图（b）可知热敏电阻阻值随温度升高而减小，故报警温度升高。 9．某物理实验小组的同学想制作一个温控报警器，他们从网上购买了一个热敏电阻，热敏电阻说明书上标出了该热敏电阻不同温度下的阻值，如下表所示： t/℃ 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 RT/Ω 2400.0 1500.0 1150.0 860.0 435.0 120.0 (1)实验小组的小王同学先用多用电表粗略测量常温下该热敏电阻的阻值，当时环境温度为22℃，他用多用电表电阻挡选“×10”倍率测量时，指针偏转角度太小，则应将倍率更换至___________（选填“×1”或“×100”）挡，换挡后___________（选填“需要”或“不需要”）再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为___________Ω。 (2)实验小组的小张同学又设计如图乙所示的电路来精确测量常温下该热敏电阻的阻值。操作步骤如下： ①正确连接实验电路后，调节滑动变阻器 R的滑片至左端； ②闭合S1、S2，快速调节滑动变阻器R的滑片，使电流表和电压表指针有明显偏转，分别记下电流表、电压表的示数I1、U1； ③保持滑动变阻器 R的滑片位置不动，快速断开S₂，分别记下此时电流表、电压表的示数I2、U2，则待测电阻 ___________（用I1、U1、I2、U2表示）。 小张同学测完电阻后忘记断开开关S1，过一段时间后，小刘同学又重复这一实验，再一次测量常温下热敏电阻的阻值，操作过程和电表读数都完全正确，但测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是___________。 (3)利用该热敏电阻制作温控报警器，其电路原理如图丙所示，图中电源电动势为10V，内阻可不计，报警系统接在 ab之间，当 ab之间的输出电压高于6.0V时，便触发报警器报警，如果要使报警温度达到（ 时报警系统报警，电阻箱应调到___________Ω，如果要使报警温度更高一点，应该将电阻箱的电阻调___________（选填“大”或“小”）一点。 【答案】(1) ×100 需要 1400 (2) 忘记断开开关S₁，电流通过热敏电阻，温度升高后电阻阻值减小 (3) 180 小 【详解】（1）[1] 说明所测电阻阻值较大，所选挡位太小，为准确测量电阻阻值，应选“×100”挡位； [2] [3] 换挡后需要再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为14×100Ω＝1400Ω （2）[1] 由题意可知， 解得 [2] 测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是忘记断开开关S₁，电流通过热敏电阻，温度升高后电阻阻值减小。 （3）[1] 若要求开始报警时环境温度为60℃，此时，由 解得电阻箱阻值应调为 [2] 如果要使报警温度更高一点，热敏电阻的阻值更小，由 得，应该将电阻箱的电阻调小。 10．已知一热敏电阻当温度从升至时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用如图甲所示的测量电路探究热敏电阻阻值随温度变化的具体关系。 (1)实验时，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，则热敏电阻的计算值______（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值； (2)若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为4.5V和1.5mA，则此时热敏电阻的阻值为______k（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值随温度t变化的曲线如图乙所示。 (3)在温度为左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图丙所示，箱内电阻，，，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像与图乙相同。当a、b端电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在______（保留2位有效数字） 【答案】(1)小于 (2)3.0 (3)28 【详解】（1）实验采用电流表外接法，由于电压表的分流作用，使得测量的电流值偏大，则根据欧姆定律可知，测得热敏电阻值比真实值小。 （2）由欧姆定律可知热敏电阻的阻值 （3）设电路路端电压为U，当时，则有 代入数据解得 由图乙可知，当时 11．在密闭空间（如空间站等）生活的人需要时刻检测氧气的浓度，以保证能正常生活和工作。某同学购买了一款电阻型氧气传感器，并设计了如图（a）所示的电路来探究该氧气传感器的工作特性，已知电源电动势为（内阻不计），电阻箱阻值变化范围。 (1)该同学查得该传感器电阻的阻值随氧气浓度的变化关系如图（b）所示，则当氧气浓度变大时，图（a）中电压表的示数将_______（选填“变大” “不变”或“变小”）。 (2)该同学测得当气室中氧气浓度为时，电压表的示数为，则电阻箱的阻值应为_______。 (3)当氧气浓度低于时，人会处于缺氧状态，从而对人的生命产生威胁。为保障人的生命安全，该同学设定当电压表的示数低于时，将触发报警装置，则应将电阻箱的阻值调整为_______。 (4)为使报警效果更好，该同学将图（a）所示的电路改造成了如图（c）所示的报警电路图，其中灯泡的电阻为，两端电压不低于时会发出绿光，表明氧气浓度不低于。当灯泡正常发光时，光控开关断开，否则便会接通，蜂鸣器发出报警声。 ①图（c）的虚线框内是由氧气传感器和电阻箱组成的电路，请将该电路补充完整； _______ ②此时电阻箱的阻值应调整为_______。 【答案】(1)变大 (2)400 (3)480 (4) 93.0 【详解】（1）分析图（a）电路图可得，电压表示数，由图（b）可知，当氧气浓度变大时，减小，则电压表的示数将变大。 （2）由图（b）可知，当气室中氧气浓度为时，，代入公式 解得 （3）由图（b）可知，当气室中氧气浓度为时，，代入公式 解得 （4）①[1]依题意，当灯泡两端电压小于1.5V时，蜂鸣报警器报警，此时虚线框两端的电压大于2.5V，根据 解得虚线框内的等效电阻，当气室中氧气浓度为时，，因此需要将氧气传感器和电阻箱并联，电路图如图所示 ②[2]由并联电路特点可知 解得 12．某同学用光敏电阻制作了光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。该同学找到了一个光敏电阻，经查阅资料，得到光敏电阻阻值与照度的关系图像如图甲所示。 （1）该同学准备了如下实验器材： 直流电源（电动势3V，内阻不计）； 电阻箱； 电阻箱； 电阻箱； 光敏电阻； 开关及导线若干。 （2）照明电路控制原理是：当1、2两端电压大于等于2V时，控制开关启动照明系统。请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），要求在照度小于等于1.0lx时，启动照明系统。 （3）实验时所选用的电阻箱为______（选填“”“”或“”），应把该电阻箱阻值调为______kΩ，如果想让照明系统在更低的照度下启动，需要把电阻箱阻值调______（选填“大”或“小”）。 【答案】 大 【详解】[1]按照题目要求，将电路连接如下 [2][3]当照度低于1.0lx时，光敏电阻的阻值为 由于电源电动势为，光敏电阻分担的电压为，根据串联分压的原理，还需要给电路串联一个分担的电压，则有 解得，故选 [4]根据电路特点可知，如果想让照明系统在更低的照度下启动，此时光敏电阻的阻值增大，需要把电阻箱阻值调大。 13．现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了如下器材： A．蓄电池（电动势，内阻） B．表头G（满偏电流6.0mA，内阻未知） C．电流表A（满偏电流10mA，内阻未知） D．电阻箱（最大阻值999.9Ω） E.电阻箱（最大阻值999.9Ω） F.开关及导线若干 (1)该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头G的量程扩大为原来的10倍，他进行了如下操作：先断开开关、、，将、调到最大值。合上开关，将拨到2处，调节，使表头G满偏，电流表A示数为I。此时合上开关，调节和，当电流表A仍为I时，表头G示数如图丁所示，此时为108.0Ω，则由此可知表头G的内电阻为_______，改装电表时应将调为_______Ω，改装结束后断开所有开关。 (2)该同学若将图丙中开关、合上，而将拨到1处，电阻箱的阻值调为14.0Ω，酒精气体浓度为零时，表头G的读数为_______mA。 (3)完成步骤（2）后，某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向5.0mA。已知酒精浓度在0.2~0.8mg/mL之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过0.8mg/mL属于“醉驾”，则该次测试的酒精浓度范围属于_______（选填“酒驾”或“醉驾”）。 (4)使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整_______（“”或“”），使得所测的酒精气体浓度仍为准确值。 【答案】(1) 54Ω 6.0Ω (2)2.0mA (3)醉驾 (4) 【详解】（1）[1]合上开关，将拨到2处，调节，使表头满偏，电流表A示数为。则表头与电流表A串联，可知 合上开关，调节和，当电流表A仍为时，表头与并联，由图丁可知表头的示数 则中的电流 由，解得表头的内阻 [2]将表头的量程扩大为原来的10倍，则与表头并联的电阻中的电流为 则由，解得改装电表时应将调为 （2）改装后电流表的内阻为 由图乙可知酒精气体浓度为零时，传感器的电阻为 由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流 则表头的读数为 （3）某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向，电路中总电流 由闭合电路欧姆定律可得 解得传感器的电阻 由图乙可知酒精浓度为，所以该次测试的酒精浓度范围属于醉驾。 （4）由闭合电路欧姆定律可知 使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，要想所测的酒精气体浓度仍为准确值，则电路中电流不变，则需要把调小，使电路中总电阻减小。 14．某科技小组想设计一个报警装置，该实验用到的主要器材如下：恒压电源E＝3V（内阻不计）、电源E'、NPN型三极管VT、热敏电阻、报警灯、电阻箱R'、定值电阻、滑动变阻器、两个理想电压表、、开关S和若干导线。 (1)探究热敏电阻的特性： ①小组成员组装电路如图1所示，虚线框表示温控室，温度可以调节，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应滑向______（填“A”或“B”）端。 ②将温控室的温度调为某一值，调节的滑片，、的示数分别为2.0V、3.0V，则＝______Ω。 ③多次调节温控室的温度，测得-t的关系图像如图2所示。 (2)组装报警装置：图3为利用热敏电阻、报警灯、三极管（当b、e间电压时e与c之间相当于用导线直接接通，此时c所在支路获得比b所在支路大得多的电流）等元件设计的电路。在进行实物图连线时，发现图3电路的电源极性未给出，经分析判断，恒压电源左端应为______（填“正”或“负”）极；在报警灯报警的同时，还需要一个电动机（作用是驱动降温装置）进行工作，且与报警灯互不干扰，则对电动机接入电路的操作是____________。 (3)调试报警装置：为了保证温控室的温度达到：53℃时报警系统开始工作，则电阻箱R'接入电路的阻值调为______Ω（结果保留2位有效数字）。为了让该系统在更低的温度下报警，可采取的措施是______（填一种即可）。 【答案】(1) A 45 (2) 正 将电动机与报警灯并联 (3) 3.0 将电阻箱接入电路的阻值适当增大或将一定值电阻与热敏电阻并联 【详解】（1）[1]在图1中，滑动变阻器为分压式接法，闭合开关之前，应使滑片位于电表示数为零的位置，故应将滑片移到A端。 [2]由于、串联，根据串联电路特点则有 代入数据解得 （2）[1]根据三极管的特性，要使报警灯工作，b点电势高于e点电势，故恒压电源左端为电源正极； [2]要使电动机与报警装置工作互不影响，需将电动机与报警灯并联。 （3）[1]根据题意可知，此时报警灯的电阻 根据欧姆定律则有 解得 [2]要使系统在更低的温度下报警，可采取将电阻箱接入电路的阻值适当增大或将一定值电阻与热敏电阻并联。 三、综合题 学校的劳动基地设计一个蔬菜温室，要求温度控制在20~30℃之间，温控系统原理如图甲，控制电路的电源电压为6V，电阻箱R0的阻值调为90Ω，热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙，当控制电路中的电流达到30mA时，衔铁被吸下；当电流降低到25mA时，衔铁被弹回，已知工作电路中电热丝R的电阻为22Ω，L为浴霸灯，使温度变化平缓。 15．当环境温度升高时（　　） A．通过R0的电流变大，R1两端的电压变大 B．通过R0的电流变大，R1两端的电压变小 C．通过R0的电流变小，R1两端的电压变大 D．通过R0的电流变小，R1两端的电压变小 16．若温室中空气总质量为100kg，电热丝通电5min产生的热量使温室气温升高5.5℃，则空气吸收的热量为________J，电热丝对温室的加热效率为_________%，（均保留2位有效数字）[c空气取1.0×103J/（kg•℃）] 17．另一种控制电路的一部分如图所示，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流，R0为定值电阻，移动滑动变阻器R的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 18．通过分析，计算温度控制的范围，并提出一个具体的改进建议（改进建议不必说明理由）。 【答案】15．B 16． 17．D 18．，将R0阻值调大 【解析】15．当环境温度升高时，电阻R1的阻值减小，总阻值减小，根据闭合电路的规律可知总电流变大，通过R0的电流变大，R1两端的电压变小，故选B。 16．[1][2]空气吸收的热量为 代入数据解得 电热丝放出的热量为 代入数据解得 电热丝对温室的加热效率为 17．AB．由题图知R0与R并联，电压表测电源电压，电流表测R支路的电流。若电源提供的电流恒定为，根据并联电路特点可知 其中为定值，由 可知的图像为一次函数，且，故AB错误； CD．由电功率的计算公式：电路消耗总功率 其中为定值，由 可知的图象为一次函数，，且I不能为0，P不会为0，故C错误，D正确。 故选D。 18．当控制电路中的电流达到30mA时，根据闭合电路的规律，有 解得 由图乙可知对应的温度为 当控制电路中的电流降低到25mA时，根据闭合电路的规律，有 解得 由图乙可知对应的温度为 所以温度控制范围是 由上可知温度低于预期值，改进措施是将R0阻值调大。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $