第十一章 实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件 2027年高考物理一轮专题复习（人教版）

该高中物理高考复习课件聚焦“传感器与自动控制装置”实验专题，依据高考评价体系梳理了敏感元件特性、电路设计与应用等核心考点，通过分析近五年真题明确热敏/光敏电阻特性探究占60%、实际控制电路设计占30%的高频考点分布，归纳实验操作、误差分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+创新拓展+素养提升”策略，如以2024浙江选考热敏电阻控制电路题为例，运用科学思维中的模型建构和科学推理，通过R-t图像分析、串联分压计算突破考点，培养学生实验设计与数据处理能力，教师可据此指导学生掌握动态电路分析技巧，高效冲刺高考。

实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置 实验基础·必备 工作原理 操作要求 注意事项 1.传感器的工作原理 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)。 1.在做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.常见的敏感元件的作用和特点 敏感元件 作用 特点 热敏 电阻 将 这个热学量转换为 这个电学量 一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小 金属 热电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大 光敏 电阻 将 这个光学量转换为 这个电学量 一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小 霍尔 元件 将 这个磁学量转换为 这个电学量 对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒 定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 2.光敏实验中,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。 温度 电阻 光照强度 电阻 磁感应强度 电压 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)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)接通电源,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)用手掌(或黑纸)遮住电阻,观察表盘指针显示的电阻阻值,并记录。 (5)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。 3.多用电表每次换挡后都要重新进行 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω (6)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。 欧姆调零 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,其中多用电表置于电阻“×100”挡。 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图像时的不规范易造成误差 考点一 教材原型实验 实验技能·提升 【典例1】 (中等)(2024·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。 温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 温度/℃ 28.0 38.2 45.5 60.4 电阻/(102 Ω) 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 考点二 实验创新与拓展 【典例2】(中等)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置的托盘秤压在以O1为转动轴的杠杆上,杠杆左端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。当质量等于分拣标准(0.15 kg)的苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为2 N,调节可调电阻R0,使它两端电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。放大电路中有保持电路,能够确保苹果在衔铁上运动时,电磁铁始终保持苹果在经过托盘秤时的状态。 (1)当较大的苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,则阻值　 　　(选填“较大”或“较小”)。  解析:(1)由题图乙可知,当较大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,阻值较小。 较小 (2)自动分拣装置正常工作时,大于0.15 kg的苹果通过　　 　(选填“通道A”或“通道B”)。  通道B 解析:(2)大于0.15 kg的苹果通过托盘秤时,R0两端的电压达到放大电路的激励电压,使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,苹果通过下面的通道B。 (3)若电源电动势为5 V,内阻不计,激励电压为2 V: ①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于　　　　 kΩ(结果保留两位有效数字)。  20 ②某同学想利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在电阻　　　　(选填“R”“R0”或“电源”)两端。  R0 解析:②电源电动势不变,随着苹果质量增大,R阻值减小,分压减小,R0分压增大,为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大,需要将电压表并联在R0两端。 ③已知压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比。若要将分拣标准提高到0.33 kg,仅将R0的阻值调为　　 　　 kΩ即可实现(结果保留两位有效数字)。  16 感谢观看 解析:电路A中,定值电阻和热敏电阻并联,电压不变,故不能实现电路的控制,A错误;电路B中,定值电阻和热敏电阻串联,温度越低,热敏电阻的阻值越大,定值电阻分得的电压越小,无法实现1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,B错误;电路C中,定值电阻和热敏电阻串联,温度越低,热敏电阻的阻值越大,热敏电阻分得的电压越大,可以实现1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,C正确。由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知,20.0 ℃的阻值为60×100 Ω=6 kΩ,由题意可知U12=E=×3 V=2 V,解得R=3 kΩ。28 ℃时关闭加热系统,此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ,此时1、2两端的电压为×3 V=1.8 V,则1、2两端的电压小于1.8 V时,自动关闭加热系统。 解析: (3)①杠杆对R的压力为2 N,R阻值约为 30 kΩ,为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值需满足=,则R0=20 kΩ。 解析:③根据=,可知分拣标准为0.33 kg时,压力为4.4 N,此时R的阻值为 24 kΩ,根据①分析R0的阻值应该调至16 kΩ。 $