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

**基本信息** 聚焦传感器与自动控制装置实验，以热敏、光敏、磁敏电阻为载体，构建“元件特性-电路分析-控制实现”的完整探究链条，强化科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |热敏电阻温控装置|1题|原理分析、器材选择、操作步骤|热敏电阻R-t特性→电路电流计算→继电器衔铁控制逻辑| |光敏电阻路灯控制|1题|仪器读数、数据处理、电路设计|光敏电阻照度特性→多用电表使用→光控开关电路实现| |磁敏电阻特性测量|1题|实物连线、数据计算、应用设计|伏安法测电阻→磁敏电阻B-R关系→报警器电路参数配置|

实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置 课时作业 1.如图甲所示为某物理小组成员用热敏电阻和电磁继电器制作的简易温控开关的原理电路图,正常工作时,单刀双掷开关位于d处。图乙为热敏电阻的Rtt图像,继电器线圈的电阻为90 Ω。当继电器线圈电流超过10 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热;电流低于10 mA时,衔铁松开,继续加热,实现温度自动控制,为继电器供电的电池电动势E=4 V,内阻不计。图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 (1)正常工作时,温度升高,继电器的磁性将　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。  (2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制(即使恒温箱内温度能保持在该温度范围内的任一值),下面两种规格的滑动变阻器R应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。  滑动变阻器R1(0～200 Ω);滑动变阻器R2(0～300 Ω) (3)为了实现恒温箱保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作: ①断开开关,滑动变阻器阻值调节至最大,将电阻箱阻值调到　　　 　 Ω(保留两位有效数字);  ②将单刀双掷开关向c端闭合; ③缓慢调节滑动变阻器的阻值直到观察到继电器的衔铁恰好被吸合,此时滑动变阻器R接入电路的阻值大小为　　　　 Ω(保留三位有效数字);  ④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向d端闭合,恒温箱系统正常工作。 (4)若想让恒温箱保持的温度升高,应将滑动变阻器R的接入电阻调　　 　　(选填“大”或“小”)。  解析:(1)由题图乙可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而变小,电路中的电流变大,流经继电器的电流变大,磁性增大。 (2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制,滑动变阻器的最大阻值必定大于最高温控所需连入电阻,故R总>= Ω=400 Ω,又R总=Rt+R滑+R继,当温度为60 ℃时热敏电阻阻值最小,为Rt=30 Ω,所以R滑>280 Ω,所以滑动变阻器选用R2。 (3)由题图乙可知40 ℃时热敏电阻对应阻值为53 Ω,因此需将电阻箱阻值调到53 Ω;当恒温箱内的温度保持40 ℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到10 mA,由闭合电路的欧姆定律得I=,即R=-R箱-R继=257 Ω。 (4)若想让恒温箱保持的温度升高,则加热时热敏电阻的阻值变小,总阻值不变,则应将滑动变阻器R的接入电阻调大。 答案:(1)增大 (2)R2 (3)①53(52～54均可) ③257(256～258均可)　(4)大 2.某实验小组对路灯(通过光控开关随周围环境的亮度改变进行自动控制)的内部电路设计进行模拟探究。实验室提供的器材有:电源、电阻箱、小灯泡L、光敏电阻、开关、电磁继电器、导线若干。 (1)用千分尺测量光敏电阻封装厚度,示数如图甲,读数为　　　　mm。  (2)经测量光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表: 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 RP电阻/Ω 75 40 28 23 20 18 根据表中数据,说明光敏电阻阻值随照度变化的特点　 。  (3)如图乙所示是实验小组设计的路灯控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在　　　　(选填“AB”或“BC”)之间。  (4)用多用电表“×1 Ω”挡,按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为　　　 Ω;  (5)实验小组优化了路灯控制模拟电路如图丁所示,要求当照度低至1.0 Lx时光敏电阻R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸引照明电路中开关K的衔铁实现启动照明系统,此时光敏电阻R0两端的电压称为放大电路的激励电压。已知直流电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,放大电路的激励电压为2 V,为实现照度低至1.0 Lx时电磁开关启动照明电路,电阻箱R的阻值应调为　　　 Ω;  (6)为节省能源,要求当天色更暗时才点亮路灯,应适当地　　　　(选填“增大”或“减小”)电阻箱的电阻。  解析:(1)题图甲中千分尺的读数为7.5 mm+2.0×0.01 mm=7.520 mm。 (2)由表中数据可知,光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小。 (3)当天暗时,光敏电阻的阻值变大,回路中电流变小,衔铁被松开,触片和上方接触,此时路灯亮,说明路灯接在了AB之间。 (4)用多用电表“×1 Ω”挡,测量的结果为19×1 Ω=19 Ω。 (5)照度低至1.0 lx时RP=20 Ω,则通过光敏电阻的电流为I= A=0.1 A,根据闭合电路的欧姆定律有I=,解得R=60 Ω。 (6)若要求天色更暗时才点亮路灯,天色更暗时光敏电阻更大,要先保证回路中的激励电压2 V不变,则应增大电阻箱的阻值。 答案:(1)7.520(7.519～7.521均可) (2)光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小 (3)AB　(4)19　(5)60 (6)增大 3.磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。 所用器材:电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V,内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA,内阻不计)、定值电阻R0=1 kΩ、开关、导线若干。 (1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大,实验小组设计了电路图甲,请用笔代替导线在图乙中将实物连线补充完整。 (2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,电压表的读数为　　　　V,电流表读数为0.5 mA,则此时磁敏电阻的阻值为　　　　。  (3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示,某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器,其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V,内阻可忽略),当图中的输出电压达到或超过2.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T,则图中　　　　(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻,另一电阻的阻值应为　　　　kΩ(保留两位有效数字)。  解析:(1)根据题图甲,在题图乙中补充实物连线图如下。 (2)电压表的最小刻度值为0.1 V,如题图丙所示,电压表的读数为1.30 V,根据串联电路电压与电阻成正比的关系,磁敏电阻两端的电压为UM=×(2 kΩ+1 kΩ)=1.95 V,电流表读数为I=0.5 mA,故此时磁敏电阻的阻值为R==3 900 Ω。 (3)根据闭合电路欧姆定律可得输出电压为U=,要求输出电压达到或超过2.0 V时报警,即要求磁感应强度增大时,电阻的阻值增大,从而需要输出电压增大,故需要R2的阻值增大才能实现此功能,故R2为磁敏电阻;开始报警时磁感应强度为0.2 T,此时R2=1.4 kΩ,电压U=2.0 V,根据电路关系=解得另一电阻的阻值应为R1=2.8 kΩ。 答案:(1)见解析图 (2)1.30　3 900 Ω/3.9×103 Ω (3)R2　2.8 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置 课时作业 1.如图甲所示为某物理小组成员用热敏电阻和电磁继电器制作的简易温控开关的原理电路图,正常工作时,单刀双掷开关位于d处。图乙为热敏电阻的Rtt图像,继电器线圈的电阻为90 Ω。当继电器线圈电流超过10 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热;电流低于10 mA时,衔铁松开,继续加热,实现温度自动控制,为继电器供电的电池电动势E=4 V,内阻不计。图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 (1)正常工作时,温度升高,继电器的磁性将　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。  (2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制(即使恒温箱内温度能保持在该温度范围内的任一值),下面两种规格的滑动变阻器R应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。  滑动变阻器R1(0～200 Ω);滑动变阻器R2(0～300 Ω) (3)为了实现恒温箱保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作: ①断开开关,滑动变阻器阻值调节至最大,将电阻箱阻值调到　　　 　 Ω(保留两位有效数字);  ②将单刀双掷开关向c端闭合; ③缓慢调节滑动变阻器的阻值直到观察到继电器的衔铁恰好被吸合,此时滑动变阻器R接入电路的阻值大小为　　　　 Ω(保留三位有效数字);  ④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向d端闭合,恒温箱系统正常工作。 (4)若想让恒温箱保持的温度升高,应将滑动变阻器R的接入电阻调　　 　　(选填“大”或“小”)。  2.某实验小组对路灯(通过光控开关随周围环境的亮度改变进行自动控制)的内部电路设计进行模拟探究。实验室提供的器材有:电源、电阻箱、小灯泡L、光敏电阻、开关、电磁继电器、导线若干。 (1)用千分尺测量光敏电阻封装厚度,示数如图甲,读数为　　　　mm。  (2)经测量光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表: 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 RP电阻/Ω 75 40 28 23 20 18 根据表中数据,说明光敏电阻阻值随照度变化的特点　 。  (3)如图乙所示是实验小组设计的路灯控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在　　　　(选填“AB”或“BC”)之间。  (4)用多用电表“×1 Ω”挡,按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为　　　 Ω;  (5)实验小组优化了路灯控制模拟电路如图丁所示,要求当照度低至1.0 Lx时光敏电阻R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸引照明电路中开关K的衔铁实现启动照明系统,此时光敏电阻R0两端的电压称为放大电路的激励电压。已知直流电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,放大电路的激励电压为2 V,为实现照度低至1.0 Lx时电磁开关启动照明电路,电阻箱R的阻值应调为　　　 Ω;  (6)为节省能源,要求当天色更暗时才点亮路灯,应适当地　　　　(选填“增大”或“减小”)电阻箱的电阻。  3.磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。 所用器材:电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V,内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA,内阻不计)、定值电阻R0=1 kΩ、开关、导线若干。 (1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大,实验小组设计了电路图甲,请用笔代替导线在图乙中将实物连线补充完整。 (2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,电压表的读数为　　　　V,电流表读数为0.5 mA,则此时磁敏电阻的阻值为　　　　。  (3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示,某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器,其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V,内阻可忽略),当图中的输出电压达到或超过2.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T,则图中　　　　(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻,另一电阻的阻值应为　　　　kΩ(保留两位有效数字)。  学科网（北京）股份有限公司 $