第13章 第3讲 实验16：利用传感器制作简单的自动控制装置（PPT课件）-【满分思维】2027年高考一轮总复习·物理

该高中物理高考复习课件聚焦“利用传感器制作简单的自动控制装置”实验专题，覆盖热敏/光敏/压敏等敏感元件特性、实验设计与数据处理、误差分析等核心考点，对接高考评价体系，明确温度/压力传感器控制电路等高频考点分布，归纳实验表格填写、图像分析、电路连接等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+素养融合”策略，如以2025河南卷温度传感器保温箱设计题为例，通过分析热敏电阻非线性特性、临界电流与衔铁接触点关系，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力。提供易错点辨析（如传感器转换方向判断）和实验注意事项，帮助学生掌握电路设计技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第3讲　实验16:利用传感器制作简单的自动控制装置 强基础·教考衔接 研考点·精准突破 目 录 索 引 强基础·教考衔接 一、五种敏感元件的作用和特点 敏感 元件 作用 特点 热敏 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,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 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,随温度的降低而减小 光敏 电阻 将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量 一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,随光照强度的减弱而增大 敏感 元件 作用 特点 霍尔 元件 将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 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 压敏 电阻 将压力这个力学量转换为电阻这个电学量 压敏电阻的阻值随压力的变化而变化 二、实验过程 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入水中,测量水温和热敏电阻的阻值(如图所示)。 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 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,得图像如图所示。 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、滑动变阻器按下图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”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变化情况,并记录。 (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少,并记录。 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         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。 三、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.作图像时的不规范易造成误差。 四、注意事项 1.在做热敏电阻相关实验时,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.在做光敏电阻相关实验时,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,并通过遮盖小孔的方法,改变射到光敏电阻上的光照强度。 3.电阻表每次换挡后都要重新欧姆调零。 × √ √ × 研考点·精准突破 考向一　用温度传感器设计控制电路 典题1 (2025河南卷)实验小组研究某热敏电阻的特性,并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图1所示,保温箱原理图如图2所示。回答下列问题: 图1 图2 (1)图1中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是　　　　(选填“线性”或“非线性”)的。 (2)存在一个电流值I0,若电磁铁线圈的电流小于I0,衔铁与上固定触头a接触;若电流大于I0,衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后,电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动,加热电路持续地断开、闭合,使保温箱温度维持在设定值。则图2中加热电阻丝的c端应该与触头　　　　(选填“a”或“b”)相连接。 非线性 a (3)当保温箱的温度设定在50 ℃时,电阻箱旋钮的位置如图所示,则电阻箱接入电路的阻值为　　 　Ω。 (4)若要把保温箱的温度设定在100 ℃,则电阻箱接入电路的阻值应为 　　　　Ω。 130.0 210.0 解析 (1)由图1可知,热敏电阻阻值随温度的变化为非线性变化。 (2)当保温箱温度降低时,热敏电阻阻值变大,流经电磁铁的电流减小,衔铁与触头a接触,此时需要加热保温,故c端应该与触头a相连接。 (3)由电阻箱读数规则可知,R1=1×100 Ω+3×10 Ω+0×1 Ω+0×0.1 Ω =130.0 Ω。 (4)由图1可知,当温度为100 ℃时热敏电阻阻值为100 Ω,当温度为50 ℃时热敏电阻阻值为180 Ω。电磁铁临界电流I0恒定,电池电动势E不变,由R总=可知,总电阻保持不变,故R1+180 Ω=R2+100 Ω,其中R1=130.0 Ω,解得R2=210.0 Ω。 考向二　利用压力传感器设计控制电路 典题2 (2025湖南永州期末)小明利用一压敏电阻制作电子秤,他查找资料获得了该压敏电阻的阻值R随压力F变化的图像如图甲所示。小明同学按图乙所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计),电路中电源内阻r=10 Ω,电流表最大测量值为Im=0.10 A(内阻不计),g取10 m/s2。 实验步骤如下: 步骤a:秤盘上不放重物时,闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表指针满偏; 步骤b:秤盘上放置质量为m的物体,保持滑动变阻器接入电路阻值不变,读出此时电流表示数I; 步骤c:换用不同已知质量的物体,记录每一个质量值对应的电流值I; 步骤d:将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。 小明同学利用所测数据作出了如图所示的图像。回答下列问题: (1)改装后的刻度盘,其零刻度线在电流表 　　　　(选填“零刻度”或“满刻度”)处;  (2)若电流表示数为20 mA,结合图丙提供的信息, 待测重物质量为m=　　　　 kg (结果保留2位有效数字);  (3)电路中电源的电动势为E=　　　　 V,滑动变阻 器接入电路的有效阻值R滑=　　　　Ω(结果均保留2位有效数字);  (4)若该电源使用较长时间后其内阻稍微变大一些了,但其电动势未变,其他条件不变,用这台电子秤称重前,进行了步骤a操作,则测量结果 　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 满刻度 8.0 3.0 10 不变 解析 (1)步骤a中秤盘上不放重物时,闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表指针满偏,此时对应测量质量为0,所以改装后的刻度盘,其零刻度线在电流表满刻度处。 (2)设图丙中m与的函数关系式为m=k+b,由图像可知该图线的斜率为k= kg·A=0.2 kg·A,纵轴截距为b=-2 kg,所以m与的函数关系式为m=0.2·-2,当电流I=20 mA=0.02 A时,代入上式解得重物的质量为m=8.0 kg。 (3)由图甲可知压敏电阻R与压力F的函数关系式为R=F+10,又因为秤盘上放置质量为m的物体时,压力F=mg,代入上式得到压敏电阻R与秤盘上放置物体质量m的函数关系式为R=mg+10=15m+10,设电源的电动势为E,滑动变阻器接入电路的阻值为R滑,在图乙中根据闭合电路欧姆定律有E=I(r+R滑+R),代入数据有E=I(10+R滑+15m+10)=I(15m+20+R滑),变形得m=,结合上面得到的m与的函数关系式m=0.2·-2,可得=0.2、=2,所以电源的电动势为E=3.0 V,滑动变阻器接入电路的有效阻值为R滑=10 Ω。 (4)根据闭合电路欧姆定律可知,步骤a中调节滑动变阻器使电流表满偏时,满足E=Im(r+R滑+10),当电源内阻r增大时,会使R滑随r的增大而减小,使得r+R滑的和保持不变。因此不会对后面的测量造成影响,即测量结果不变。 $