实验17 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“传感器及其应用”核心考点，依据高考评价体系梳理了传感器工作原理、常见类型（光敏/热敏电阻等）及实验设计三大考查方向，通过真题分析明确热敏电阻特性、自动控制电路设计为高频考点，归纳选择、实验、应用三类常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“实验操作+真题解析”的科学探究模式，如结合2026浙江选考真题，运用科学思维中的模型建构方法，解析热敏电阻分压电路参数选择，培养学生电路分析能力。提供实验数据处理模板和易错点警示，助力学生掌握答题技巧，教师可据此系统开展复习教学，提升备考效率。

实验17 利用传感器制作简单的自动控制装置 要点梳理 一、传感器及其工作原理 1.传感器:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(电压、电流等)输出。把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.传感器的核心元件 (1)敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 (2)转换元件:能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 3.传感器应用的一般模式 二、常见传感器 1.类型 类型 工作原理 举例 物理 传感器 利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等 化学 传感器 利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等 生物 传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 2.光敏电阻 (1)特点:光照强度越强,电阻越小。 (2)原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能差;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好。 (3)作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 3.热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 热敏电阻一般由半导体材料制成,其电阻随温度的变化而改变,温度升高电阻减小,某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线如图甲所示。 (2)金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制作温度传感器,称为热电阻,某金属导线电阻的温度特性曲线如图乙所示。 (3)作用:热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 注意:在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。 4.电阻应变片 (1)电阻应变片的作用:电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 (2)电子秤的组成及敏感元件:由金属梁和电阻应变片组成,敏感元件是应变片。 (3)电子秤的工作原理 金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化 三、实验:利用传感器制作简单的自动控制装置 实验1　热敏电阻的理解及应用 1.实验步骤 (1)按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。 (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。 2.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/Ω             (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R-t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。 实验2　光敏电阻传感器的应用 1.实验步骤 (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。 (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。 2.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/Ω         (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,光照强度增强则电阻变小,光照强度减弱则电阻变大。 方法指导 一、认识传感器 典例　下列关于传感器元件说法正确的是(　　) A.图甲中,当磁体靠近“干簧管”时,“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应 B.图乙中,是一种电感式微小位移传感器,物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中,当物体1向右发生微小位移时,线圈自感系数变大 C.图丙是一光敏电阻,当强光照射时,电阻变大 D.图丁中,当力F越大,金属梁弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大 D 解析 干簧管是一种能够感知磁场的传感器,经常被用于控制电路的通断,A错误;当物体1向右发生微小位移时,铁芯插入的长度变小,线圈自感系数变小,B错误;光敏电阻,当强光照射时,电阻变小,C错误;当力F越大,金属梁弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大,D正确。 二、热敏电阻和光敏电阻的理解及应用 典例　(2026浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中,测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表所示。 温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 28.0 38.2 45.5 60.4 电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15 某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统,设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃,现要求将室内温度控制在20~28 ℃范围,且1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,则应选择的电路是　　　　　　　,定值电阻R的阻值应选　　　　 kΩ,1、2两端的电压小于 　　　　 V时,自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。  C 3 1.8 解析 室内温度要控制在20~28 ℃,则热敏电阻的阻值范围是4 500~6 000 Ω,A电路中无论选择哪个定值电阻,热敏电阻两端电压等于电动势E=3 V,控制开关开启加热系统,加热系统一直在加热,A错误;采用串联式电路,假设选择B电路,当室内温度为20.0 ℃时加热系统开始加热,Rt电阻等于6 kΩ,随着温度的升高Rt电阻减小,开始加热时控制开关两端电压等于2 V,定值电阻R的阻值应选12 kΩ,随着温度升高定值电阻两端的电压会增大,加热系统一直加热,无法达到控制室内温度的目的,B错误;C电路中,热敏电阻随着温度升高而电阻减小,回路总电流增加,定值电阻R两端的电压增大,所以Rt两端的电压减小。让温度达到28 ℃时,不能加热,所以选择C电路能够实现自动加热目的。根据分压电路关系,温度20 ℃时需要加热,即Rt∶R=U∶(E-U),得R=3 kΩ,故定值电阻R的阻值应选3 kΩ。当温度达到28 ℃时,热敏电阻两端电压为U'=E=×3 V=1.8 V时,加热系统停止加热。 三、实验:利用传感器制作简单的自动控制装置 传感器的一般应用模式:由敏感元件、转换元件和转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。如图所示。 工作过程:敏感元件将感受到的非电学量按一定规律转换成便于测量的量。 非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量→输出 典例　门窗防盗报警装置 (1)实验器材和装置 干簧管作为传感器,用于感知磁体磁场是否存在,继电器(虚线框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示,R为发光二极管的　　　　　　　 ,起保护作用,蜂鸣器H作为　　　　　　　,电路设计如图所示。  限流电阻 警报提醒 (2)电路工作原理 当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两簧片被　　　相吸,继电器接通而工作。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁　　　,继电器被断电,动触点c与常闭触点b　　　,蜂鸣器H发声报警。  (3)实验操作 ①检查干簧管。用　　　　直接靠近干簧管,观察干簧管　　　　能否正常动作。  ②连接电路。连接电路前,要检查其他元件是否也能正常工作。 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。 磁化 断开 接通 磁体　 簧片 解析 (1)二极管LED的正向电阻很小,需要限流电阻起保护作用,蜂鸣器可以起到警报提醒作用。 (2)当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两簧片被磁化相吸,继电器接通工作,当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电,动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。 (3)用磁体直接靠近干簧管,观察干簧管簧片能否正常工作。 $