第12章 实验16 利用传感器制作简单的自动控制装置 演练知能提升(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

**基本信息** 聚焦传感器特性与应用，以闭合电路欧姆定律为核心，系统整合实验探究与实际应用，体现科学思维与科学探究素养。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |传感器综合|4题|闭合电路欧姆定律应用、等效替代法、器材选择（量程/阻值匹配）|特性（R-t/光照/浓度）→实验测量（伏安法/替代法）→应用设计（温控/报警/计数）|

1．(2026·八省八校一模)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如图甲所示，正常工作时，单刀双掷开关位于d处。图乙为热敏电阻的Rt－t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，继电器所在电路的电池E的内阻不计。图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 (1)实验室提供以下实验器材：电源E1(2 V)，电源E2(4 V)，滑动变阻器R1(0～300 Ω)，滑动变阻器R2(0～200 Ω)，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)，继电器所在电路的电池E应选________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”)。 (2)为了实现恒温箱系统保持温度为36 ℃，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________(选填“最大”或“最小”)，将电阻箱阻值调到________Ω(保留2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，此时滑动变阻器的接入电阻为________Ω(保留3位有效数字)； ④保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷开关向另一端闭合，恒温箱系统正常工作。 解析：(1)为使该装置实现对10 ℃～60 ℃之间任意温度的控制，若选用E1＝2 V的电源，电路中最低温度对应的最大电流小于10 mA，无法实现对低温段的温控功能，而E2＝4 V的电源可以满足实验要求，故选用电源E2。滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻变化，并且大于最高温控所需连入电阻，故R>(400－90－30)Ω＝280 Ω，所以滑动变阻器选用R1。 (2)①将滑动变阻器阻值调节至最大，起保护作用，由题图乙可知36 ℃时热敏电阻对应阻值为70 Ω，因此需将电阻箱阻值调到70 Ω。 ③当恒温箱内的温度保持36 ℃，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－Rr＝240 Ω，即滑动变阻器R的接入电阻为240 Ω。 答案：(1)E2　R1　(2)①最大　70　③240 2．(2026·河北邯郸市模拟)热敏电阻应用广泛，某实验小组的同学们用如图甲所示的测量电路对某种热敏电阻的RT特性进行探究。 (1)实验小组采用如下步骤完成实验： ①按照测量电路图，请补充完整图乙中的实物连线； ②将温控装置内的温度t1调节为80 ℃； ③将滑动变阻器R0的滑片置于阻值最大处，将开关S2拨向1，闭合开关S1，调节R0，量程为0～0.6 A的电流表的指针偏转如图丙所示，则电流表的读数I＝________A，断开开关S1、S2； ④将电阻箱的阻值调到________(选填“最大值”或“最小值”)，将开关S2拨向2，闭合开关S1，调节电阻箱的阻值使得电流表的示数与③中示数相同，记录此时电阻箱的阻值R和温控装置的温度t，断开开关S1、S2； ⑤逐步降低温控装置的温度t2(20 ℃<t2<80 ℃)，在每一温度下重复③④操作； ⑥根据实验数据描绘出RT－t图像，得出结论：该热敏电阻的阻值随温度升高而减小。 (2)应用该热敏电阻可以制作报警系统，电路图如图丁所示，开关c应与________(选填“a”或“b”)相连接；将滑动变阻器滑片向右移动，启动报警器时的温度________(选填“变高”“不变”或“变低”)。 解析：(1)①按照测量电路图，实物连线如图所示。 ③电流表的最小刻度为0.02 A，采用本位估读，故电流表读数为0.36 A。 ④闭合开关S2前，为保护电路应将电阻箱的阻值调至最大值。 (2)热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故温度较高时，流经电磁铁的电流较大，电磁铁磁性增强，大到一定值时衔铁被吸合，此时报警器要工作，电路应闭合，故开关c应与a相连接；将滑动变阻器滑片向右移动，连入阻值减小，达到与原来同样可报警的电流时，热敏电阻连入的阻值要更大，而热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故启动报警器时的温度变低。 答案：(1)①图见解析　③0.36　④最大值　(2)a　变低 3．(2026·广东广州市模拟)某同学为探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图(a)所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺，阻值为R的定值电阻，理想电压表V，电动势为E、内阻为r的电源，开关S，导线若干。 实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表： d/cm 8.50 10.00 12.00 13.50 U/mV 271.0 220.0 180.0 156.7 d/cm 15.00 17.00 18.50 20.00 U/mV 144.9 114.0 94.8 89.5 回答下列问题： (1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________(用E、r、R、U表示)。 (2)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而__________(选填“增大”或“减小”)。 (3)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图(b)所示电路，则电路中________(选填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。 (4)如图(c)所示为工厂流水生产线上利用光敏电阻特性，信号处理系统自动计数的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，那么当有光照射R1时，信号处理系统获得____________(选填“高电压”或“低电压”)，信号处理系统每获得一次__________(选填“高电压”或“低电压”)就记数一次。 解析：(1)根据电路结构和闭合电路欧姆定律有E＝U＋(RG＋r)，变形可得RG＝R－r。 (2)根据表中的数据可知，光照距离越大(即光照强度越小)，电压表的示数越小，由(1)关系式可知光敏电阻就越大，即光敏电阻的阻值随光照强度的减小而增大。 (3)光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，由题图(b)可知，如果R1是光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻R外减小，由闭合电路欧姆定律可知I＝，可知干路电流增大，路端电压U＝E－Ir减小，灯泡所在支路电压减小，流过灯泡的电流减小，灯泡实际功率变小，灯泡变暗，不能实现所需的功能，因此R1不是光敏电阻。如果R2是光敏电阻，同理得干路电流增大，路端电压减小，流过R1的电流减小，流过灯泡的电流增大，灯泡实际功率变大，灯泡变亮，能实现所需的功能，所以R2是光敏电阻。 (4)当有光照射R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，所以R2两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压，而由题图(c)可知，物体遮挡光源时，信号处理系统就记数一次，即信号处理系统每获得一次低电压就记数一次。 答案：(1)R－r　(2)增大　(3)R2 (4)高电压　低电压 4．(2026·湖北七市州模拟)气敏电阻的阻值会随所处环境中的某气体的浓度发生变化，在环保领域有着广泛的应用。某气敏电阻Rq对甲醛气体非常敏感，正常情况下阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到几千欧，该气敏电阻说明书给出的气敏电阻Rq随甲醛浓度η变化的曲线如图(a)所示。 (1)为检验该气敏电阻参数是否与图(a)一致，需设计电路测量不同甲醛浓度下该气敏电阻的阻值。供选用的器材如下： A．蓄电池(电动势为6 V，内阻不计) B．电压表(量程为0～6 V，内阻约为10 kΩ) C．毫安表(量程为0～3 mA，内阻约为2 Ω) D．滑动变阻器R1(最大阻值为20 Ω) E．滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω) F．开关，导线若干。 ①参照图(a)，滑动变阻器应选用__________(选填“R1”或“R2”)； ②将图(b)中实验器材间的连线补充完整。 (2)已知室内甲醛浓度的国家标准是η≤0.1 mg/m3。李明同学利用该气敏电阻设计并组装了甲醛浓度测试仪。将量程为0～6 V的理想电压表(表盘上0～1 V的区域涂成红色)和气敏电阻Rq、直流电源(三节干电池串联组成电池组)、电阻箱(最大阻值为99 999.9 Ω)、开关S、导线若干，按图(c)所示的电路连接，然后将整个电路置于密闭容器中，缓慢注入甲醛气体。当甲醛浓度η＝0.1 mg/m3时，电压表指针恰好指到表盘红色区域的右边缘(即1 V处)。 ①随着甲醛浓度的增加，电压表的示数逐渐________(选填“增大”或“减小”)； ②若要使甲醛浓度更低时，电压表指针能够指到红色区域，应将电阻箱R阻值适当________(选填“调大”或“调小”)； ③使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，内阻变大，其甲醛浓度的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)①由题图(a)可知，甲醛浓度为0时气敏电阻大约为500 Ω，根据所给器材参数及伏安法测电阻的原理可知，电流表应采用内接电路，滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器的阻值越小调节越方便，故选择R1。 ②实物连接如图所示。 (2)①随着甲醛浓度的增加，气敏电阻变大，气敏电阻分压变大，电阻箱上分压减小，故电压表的示数逐渐减小。 ②当甲醛浓度更低时，Rq更小，要求此时电阻箱两端的电压仍为1 V，分压不变，则R应变小，即需要调小电阻箱的阻值。 ③甲醛浓度越高气敏电阻越大，对应电压表示数越小，使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，内阻变大，电路中的电流将变小，电压表的示数将偏小，故其甲醛浓度的测量结果将偏大。 答案：(1)①R1　②见解析图　(2)①减小　②调小 ③偏大 学科网（北京）股份有限公司 $