5.3利用传感器制作简单的自动控制装置 考点分类讲义-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

5.3　利用传感器制作简单的自动控制装置 了解门窗防盗报警装置的组成与工作原理，知道干簧管作为磁传感器、继电器作为执行装置，能说明门窗被打开时自动报警的过程。 了解光控开关的组成与原理，知道光敏电阻、晶体三极管、继电器、发光二极管的作用，理解“光弱灯亮、光强灯灭”的控制逻辑。 理解自动控制电路由控制电路和工作电路组成、通过电磁继电器相关联，知道设计自动控制电路的一般思路，能分析温控、压力分拣、气体检测等常见装置。 能根据实际要求合理选择传感器和触点（常开、常闭），运用电路规律分析、设计简单的自动控制装置，体会传感器与继电器在自动控制中的作用。 【思维导图】 考点一　门窗防盗报警装置 1．装置功能：利用磁传感器（干簧管）感知门窗的开闭，当门窗被非法打开时自动发出报警。 2．主要器材及作用： （1）干簧管 SA：作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在； （2）继电器 K（虚线框部分）：作为执行装置，控制电路的接通与断开； （3）发光二极管 LED：作为电路正常工作的提示；R 为发光二极管的限流电阻，起保护作用； （4）蜂鸣器 H：作为报警提醒；磁体 M 安装在门窗的活动部分。 3．电路工作原理： （1）门窗紧闭时，磁体 M 靠近干簧管 SA，两簧片被磁化相吸，继电器 K 接通而工作，动触点 c 与常开触点 a 接通； （2）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。 4．实验操作： （1）检查干簧管：用磁体直接靠近，观察簧片能否正常动作； （2）连接电路：连接前检查其他元件是否也能正常工作； （3）接通电源，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。 门窗防盗报警装置电路（K 为继电器，H 为蜂鸣器，SA 为干簧管） 重难诠释　①干簧管是磁传感器（磁控开关），继电器是执行装置，二者作用不同、不能混淆。②触点含义：a 为常开触点（继电器不通电时断开），b 为常闭触点（不通电时接通），c 为动触点；继电器通电时 c 接 a、断电时 c 接 b。③发光二极管 LED 工作时必须串联限流电阻 R，防止电流过大而烧坏。④报警逻辑：要求“开门（磁体离开）即报警”，故蜂鸣器 H 接在继电器断电时才接通的常闭触点 b 支路上。 考点二　光控开关 1．装置功能：利用光传感器（光敏电阻）感知环境光照强弱，自动控制路灯的亮灭，使灯白天熄灭、夜晚点亮。 2．主要器材及作用： （1）光敏电阻 ：完成光信号向电信号的转变； （2）晶体三极管 VT：将电流进行放大，同时具有断路、接通的开关作用； （3）发光二极管 LED（图甲）：模仿路灯；可调电阻 、电阻 ； （4）为驱动更大功率的负载，用继电器 K 来启、闭另外的供电电路（图乙），小灯泡 L 为负载，二极管 D 起保护作用。 3．电路工作原理： （1）光较强时，光敏电阻 阻值小，三极管基极电位低，VT 不导通，继电器断路（处于常开状态），小灯泡 L 不亮； （2）光较弱时， 阻值变大，基极电位升高，VT 导通，产生较大的集电极电流，点亮 LED 或驱动继电器吸合，小灯泡 L 亮。 4．实验操作： （1）连接电路，检查无误后接通电源； （2）用白光照射光敏电阻，调节 ，使 LED（或小灯泡 L）刚好不发光； （3）减弱光照，当光减弱到某种程度时，LED（L）发光； （4）让光照加强，当光强到某种程度时，LED（L）熄灭。 光控开关电路（甲：三极管驱动 LED；乙：继电器驱动灯泡 L） 重难诠释　①三极管 VT 的三个极：b 为基极、c 为集电极、e 为发射极，在电路中起电流放大和电子开关的作用。②控制逻辑：光强灯灭、光弱灯亮，与路灯“白天熄灭、夜晚点亮”的要求一致。③继电器线圈两端反向并联二极管 D（续流二极管），为断电时线圈的自感电动势提供泄放通路，从而保护三极管。④可调电阻 用来设定动作的临界照度，即灯亮、灭的光照门槛。 考点三　自动控制电路的分析与设计 1．两类电路： （1）控制电路：由电源、开关、敏感元件（光敏电阻、热敏电阻等）、电磁继电器线圈等组成； （2）工作电路：由电源、用电器（灯泡、电热丝或其他用电器）、继电器触点等组成； （3）控制电路与工作电路相互独立，又通过电磁继电器相关联。 电路 主要组成 作用 控制电路 电源、开关、敏感元件、继电器线圈 感受被测量变化，决定继电器的通断 工作电路 电源、用电器、继电器触点 执行照明、加热、报警等任务 2．设计自动控制电路的一般思路： （1）根据题目给出的仪器和要求，分别画出控制电路和工作电路； （2）分析电路的合理性：用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通、断开是否符合实际要求，例如自控路灯要求白天切断工作电路、晚上接通工作电路。 3．常见的自动控制装置：光控路灯、温度自动控制（加热与停止）、过热报警器、电子秤、苹果（压力）自动分拣、道路限载报警、燃气与酒精浓度检测、水位报警等。 温度自动报警电路（甲：热敏电阻特性；乙：控制与工作电路） 苹果自动分拣装置（为压力传感器，为可调电阻） 重难诠释　①电磁继电器是控制电路与工作电路的“桥梁”：用控制电路的弱电流控制工作电路的强电流，实现自动控制、远距离操作和安全隔离。②设计时要“逆向检验”：先明确“在什么条件下用电器应当工作”，再决定触点选用常开（a）还是常闭（b）。③温度报警原理：温度升高→热敏电阻阻值减小→控制电流增大→继电器吸合→触点接通报警器；调节串联的滑动变阻器可以改变报警温度。④压力分拣原理：压力越大→压力传感器电阻越小→串联的可调电阻分压越大→电磁铁吸力越强，从而实现分拣；调节可调电阻可以改变筛选标准。 考向1　温度传感器自动控制装置 1．（2026•河池一模）如图甲所示的温控电路，可在环境温度低于10℃时自动开启加热，高于40℃时自动停止加热。电源电动势E＝12V（内阻不计），定值电阻R＝20Ω，热敏电阻R1的阻值随温度变化规律如图乙所示。关于该电路在两个临界温度下的工作电压，下列判断正确的是（　　） A．10℃时控制端电压为6V，40℃时控制端电压为9V B．10℃时控制端电压为9V，40℃时控制端电压为9V C．10℃时控制端电压为9V，40℃时控制端电压为6V D．10℃时控制端电压为6V，40℃时控制端电压为6V 2．（2026春•思明区校级期中）某项目式学习小组为监测水温，设计了如图甲所示的电路，当水温低于20℃时低温指示灯亮，高于30℃时高温指示灯亮。已知当继电器K1线圈中的电流大于或等于10mA时衔铁被吸引下移，当继电器K2线圈中的电流大于20mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势E＝8V，热敏电阻RT的阻值与温度t关系如图乙所示。 （1）若水温上升，电流表A示数将 _______ （选填“增大”“减小”或“不变”）； （2）若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，定值电阻R0＝ ________ Ω； （3）工作电路中，接线C应与 _____ （选填“A”或“B”）端相连。 3．（2026•崆峒区校级开学）自制的简易温控装置的原理电路如图，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联。当温度升高到设定值时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。 （1）当温度升高到设定值时衔铁被吸合，是因为热敏电阻Rt的阻值随温度升高而_______ （填“增大”或“减小”），从而使电路电流增大，增强继电器的磁场。 （2）若把继电器电源的正负极调转，对实验_____ 影响（选填“有”或“无”）。 （3）若要调高温控装置的温度，实现在温度更高时停止加热，图中滑动变阻器滑片应向_____ （填“左”或“右”）滑动。 4．（2025秋•沙河口区校级期末）小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示（虚线框内的连接没有画出）。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电源E1＝5V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0＝30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。 （1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将_______ （选填“增大”、“减小”或“不变”），继电器的磁性将_______ （选填“增强”、“减弱”或“不变”）； （2）图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱相连_____ （选填“A”或“B”）； （3）当环境温度大于等于_______ ℃时，警铃报警。 考向2　力与压力传感器控制装置 1．（2026•通州区模拟）如图所示，图甲为一个自动筛选鸡蛋大小的装置。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时，压力秤作用在压力传感器电阻R1上，其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图乙所示。R2是可调节电阻，其两端电压超过某一数值时，经放大电路驱动，电磁体可以吸动衔铁使弹簧下压并保持一段时间，鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E＝6V，内阻不计，R2调节为10Ω。下列说法正确的是（　　） A．从B通道通过的是轻鸡蛋 B．要想筛选出更重的鸡蛋，需要把电阻R2的阻值调小 C．在不改变R2阻值和不更换R1的情况下，提高电源电动势可选出更重的鸡蛋 D．若R2两端的电压超过3V时，电磁体可以吸动衔铁向下，则能进入B通道的鸡蛋对秤的压力要小于0.4N 2．（2026•海淀区一模）图为分拣苹果的装置示意图。该装置按照一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果，托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上，已知压力越大，R1阻值越小。若R2两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入通道1；当R2两端的电压超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时大于一定标准质量的大苹果进入通道2。已知电源的电动势E1、内阻不计。下列说法正确的是（　　） A．托盘秤上的苹果质量越小，R2两端的电压越大 B．若只增大R2的阻值，则能进入通道2的苹果的标准质量变小 C．分拣苹果的质量标准与电动势E1大小无关 D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，则分拣苹果的质量标准将发生改变 3．（2025•北京模拟）如图是某道路限载报警器的工作原理图。电源电压不变，R1是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，电铃响。根据不同的路面可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法正确的是（　　） A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力 B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越弱 C．力敏电阻R1的阻值随压力的增大而增大 D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动 4．（2026•德保县二模）小李同学根据所学知识制作了一台简易电子秤，原理图如图甲所示，图中电压表可视为理想电压表（量程为3V），滑动变阻器最大阻值R＝30Ω，小李同学用刻度尺测得滑动变阻器有电阻丝缠绕的ab部分的长度L＝50cm（电阻丝缠绕均匀）。（计算结果均保留两位有效数字） （1）小李同学先利用如图乙所示电路测定电子秤里两节相同纽扣电池串联（如图丙所示）的电动势和内阻，根据多次测量得到的数据作出的U′﹣I图像如图丁所示，可知每节纽扣电池的电动势和内阻分别为E＝________ V，r＝_________ Ω。 （2）小李同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下实验： ①调节图甲中滑动变阻器的滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零； ②在托盘里缓慢加入细砂，直到滑动变阻器滑片P恰好滑到b端，然后调节电阻箱R0，直到电压表达到满偏，实验过程中弹簧一直处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数R0＝________ Ω； ③已知所用的弹簧的劲度系数k＝1.0×102N/m，重力加速度g＝10m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量m＝________ kg。 （3）实验过程电压表的示数U和所称量物体的质量m的关系式为____________________ （用E、r、R、R0、m、g、k、L表示）。 一、单选题 1．（2026春•海淀区校级月考）为测量局域磁场，科学家基于电阻应变片开发出一种磁场检测芯片，其简化结构如图甲所示。长度均为l、通有恒定电流I0（方向相反）的两刚性金属杆ab、cd，与具有良好弹性的绝缘悬梁OA、OD构成“H”形支架，对称固定于底座O处。在悬梁上、下表面对称安装四个相同的电阻应变片（各自引出两导线），其阻值分别为R1、R2、R3和R4，将它们按图乙与电动势为E的电源（不计内阻）相连。未加磁场时，支架处于水平平衡状态，此时R1＝R2＝R3＝R4＝R0，测得e、f两端的电势差为0。现施加待测磁场，其方向水平向右、且垂直于金属杆，则金属杆ab、cd受安培力作用，使悬梁OA、OD产生形变，四个应变片的阻值均发生变化，且其变化量的绝对值均相等，可测得此时e、f两端的电势差Uef。已知每个应变片电阻变化量的绝对值与每个金属杆所受安培力大小成正比关系，且比例系数为α。下列说法正确的是（　　） A．施加该待测磁场时，应变片电阻R2和R3会被拉伸而电阻变大 B．待测磁场的磁感应强度大小 C．选用更小的电动势E，有利于提高测量磁感应强度的灵敏度 D．仅改变金属杆cd通入电流的方向，也可以测得磁感应强度 2．（2026春•韩城市期末）校园艺术节上有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的传感器，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车在水平面内做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知t1～t2时间内小车向右做加速度增大的加速运动，下列判断正确的是（　　） A．小车速度越大，电流表示数一定越大 B．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而增大 C．0～t1时间内小车一定做匀速直线运动 D．t2～t3时间内小车做匀加速直线运动 二、多选题 1．（2026春•西城区校级期末）半导体薄膜压敏传感器所受压力越大其电阻越小，利用这一特性设计成苹果大小自动分拣装置如图所示，装置可选出单果质量大于一定标准的苹果。O1为固定转动轴，苹果通过托盘秤时作用在杠杆上从而使压敏传感器R1受到压力，R2为可变电阻。当放大电路的输入电压大于某一个值时，电磁铁工作将衔铁吸下并保持此状态一小段时间，苹果进入通道2，否则苹果将进入通道1。下列说法正确的是（　　） A．选出的质量大的苹果将进入通道1 B．若将托盘秤在杠杆上的位置右移，将挑选出质量更大的苹果 C．若将R2的电阻调小，将挑选出质量更大的苹果 D．若电源E1电动势变大，将挑选出质量更大的苹果 2．（2026•广州模拟）智能洗衣机能根据衣物的重量自动投放洗衣液，如图为简化的部分工作电路图。已知电源A电动势为12V，内阻为1Ω，R2＝9Ω，电阻R1阻值随所受压力F变化的关系式为R1＝30﹣F（R1的单位为Ω，F的单位为N）。当R2两端电压超过临界值3.6V时，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通对应的投放洗衣液工作电路。下列说法正确的是（　　） A．当衣物重量减小时，R2两端的电压增大 B．当衣物重量大于临界值时会接通工作电路2 C．当R2两端电压达到临界值时，压力F为10N D．为了提高电压临界值，只需要增大R2的阻值 三、解答题 1．（2026•株洲一模）一种气压检测装置原理如图甲所示，图中定值电阻R＝25Ω，恒流电源能输出电流I0＝1.6A且保持不变，压敏电阻Rg的阻值随气压p的变化如图乙所示。 用该气压装置检测宇航服的气密性，如图丙。将充满空气的宇航服M和检测装置放入气室中，将气室抽成真空密封后，立即启动检测装置并开始计时，初始时M的气压为1.00×105Pa。已知M漏气（漏出的空气进入气室与宇航服M间形成的空腔N）速度越来越慢，经过10h，若M漏出空气质量小于初始质量的8%，则M的气密性达标。M、N内的气压与各自内部空气的密度成正比，且比例系数相同；宇航服M的容积VM和空腔的容积VN均保持不变，且VM：VN＝1：4。 （1）M漏气过程中，恒流源输出的功率 _______ ，电流表示数 _______ ；（填“增大”“减小”或“不变”） （2）开始计时后经过5h，理想电流表示数为1.1A，此时N内的气压为 ________ Pa； （3）经检测，M的气密性 _______ （填“达标”或“不达标”）； （4）在（2）的检测过程中，调整R的阻值可以使电流表的示数变化范围最大。真空时电流表示数为I1，经过5h电流表示数为I2，要使I1与I2的差值最大，R的阻值应为 _______ Ω。（结果保留整数） 2．（2026•模拟）图甲为某水果加工厂的苹果自动分拣装置示意图。该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。装置中R1为半导体薄膜压力传感器，托盘置于R1上，托盘所受重力不计。苹果经过托盘时对R1产生压力，半导体薄膜压力传感器R1的阻值随压力F变化的图像如图乙所示。初始状态衔铁水平，当电阻箱R2两端电压U2≥3V时，控制电路使电磁铁工作吸动衔铁，并保持一段时间，确保苹果在衔铁上运动时电磁铁保持吸合状态。已知电源电动势E＝9V，内阻不计，取重力加速度大小g＝10m/s2。 （1）当较小的苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较小，此时R1的电阻_______ （选填“较大”或“较小”）； （2）现以0.28kg为标准质量将苹果分拣开，电阻箱R2的阻值应调为_______ kΩ，质量大于0.28kg的大果将通过________ （填“上通道”或“下通道”）； （3）下列情况能提高分拣标准（即挑选质量更大的苹果）的是_____ A．调节R2变大 B．增大电源电动势 C．增加电磁铁线圈匝数 D．电源使用一段时间后，电动势几乎不变，内阻变大 3．（2026•开福区校级一模）小军利用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（a）所示。并按图（b）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＝10Ω，电流表量程为0.10A（内阻不计），g取10m/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：将电流刻度盘改为质量刻度盘。 小明同学利用所测数据做出了如图（c）所示的图像。回答下列问题： （1）改装后的质量刻度盘上的刻度________ （填“均匀”或“不均匀”）； （2）若电流表示数为20mA，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，电动势变小，内阻变大，其他条件不变，现用这台电子秤称重前，已进行了步骤a操作，则质量的测量值_______ （填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 4．（2026•磁县模拟）为适配智能家居便携称重需求，某小组设计了小型“弹簧—滑动变阻器式电子秤”，该电子秤嵌入智能厨房，可快速称重，实现轻量化、精准化。其原理如图所示：不计质量的托盘与轻质金属弹簧相连，滑动变阻器的滑片与弹簧上端固连；当托盘空载时，滑片在滑动变阻器的最上端，此时理想电压表示数为0。已知滑动变阻器总电阻为R、总长度为L，限流电阻为R0，电源电动势为E、内阻为r。弹簧劲度系数为k，其电阻不计，重力加速度为g。 （1）当托盘放置质量为m的物体时，弹簧形变量x＝___________________ 。 （2）电压表示数U与物体质量m的关系式为____________________ 。 （3）电池用的时间长了，内阻r会增大，若其他条件不变，该电子称测量同一物体质量时，测量值会_______ （选填“偏大”“偏小”或“不影响”）。 5．（2026•茂名模拟）“中国罗非鱼之都”茂名是世界罗非鱼产业的中心。罗非鱼适宜生长的水温为20～30℃，某项目式学习小组为帮助养殖户监测水温，设计了如图甲所示的电路，当水温低于20℃时低温指示灯亮，高于30℃时高温指示灯亮。已知当继电器K1线圈中的电流大于或等于10mA时衔铁被吸引下移，当继电器K2线圈中的电流大于20mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势E＝8V，热敏电阻RT的阻值与温度t关系如图乙所示。 （1）若水温上升，电流表A示数将_______ （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，定值电阻R0＝________ Ω。 （3）工作电路中，接线C应与_____ （选填“A”或“B”）端相连。 （4）实际测试中发现水温上升到32℃时，高温指示灯才开始亮，请你分析其中原因可能是____________________ 。 6．（2024•甲卷）电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流（即工作电流）恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图（a）所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器（工作电流1mA）、毫安表（内阻可忽略）、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶（氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%）。 完成下列实验步骤并填空： （1）将图（a）中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标； （2）连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口； （3）把滑动变阻器的滑片滑到 _____ 端（填“a”或“b”），闭合开关； （4）缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1mA，记录电压表的示数U； （5）断开开关，更换气瓶，重复步骤（3）和（4）； （6）获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图（b）中；氧气含量为20%时电压表的示数如图（c），该示数为 _________ V（结果保留2位小数）。 现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA，此时电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为 _______ %（结果保留整数）。 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3　利用传感器制作简单的自动控制装置 了解门窗防盗报警装置的组成与工作原理，知道干簧管作为磁传感器、继电器作为执行装置，能说明门窗被打开时自动报警的过程。 了解光控开关的组成与原理，知道光敏电阻、晶体三极管、继电器、发光二极管的作用，理解“光弱灯亮、光强灯灭”的控制逻辑。 理解自动控制电路由控制电路和工作电路组成、通过电磁继电器相关联，知道设计自动控制电路的一般思路，能分析温控、压力分拣、气体检测等常见装置。 能根据实际要求合理选择传感器和触点（常开、常闭），运用电路规律分析、设计简单的自动控制装置，体会传感器与继电器在自动控制中的作用。 【思维导图】 考点一　门窗防盗报警装置 1．装置功能：利用磁传感器（干簧管）感知门窗的开闭，当门窗被非法打开时自动发出报警。 2．主要器材及作用： （1）干簧管 SA：作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在； （2）继电器 K（虚线框部分）：作为执行装置，控制电路的接通与断开； （3）发光二极管 LED：作为电路正常工作的提示；R 为发光二极管的限流电阻，起保护作用； （4）蜂鸣器 H：作为报警提醒；磁体 M 安装在门窗的活动部分。 3．电路工作原理： （1）门窗紧闭时，磁体 M 靠近干簧管 SA，两簧片被磁化相吸，继电器 K 接通而工作，动触点 c 与常开触点 a 接通； （2）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。 4．实验操作： （1）检查干簧管：用磁体直接靠近，观察簧片能否正常动作； （2）连接电路：连接前检查其他元件是否也能正常工作； （3）接通电源，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。 门窗防盗报警装置电路（K 为继电器，H 为蜂鸣器，SA 为干簧管） 重难诠释　①干簧管是磁传感器（磁控开关），继电器是执行装置，二者作用不同、不能混淆。②触点含义：a 为常开触点（继电器不通电时断开），b 为常闭触点（不通电时接通），c 为动触点；继电器通电时 c 接 a、断电时 c 接 b。③发光二极管 LED 工作时必须串联限流电阻 R，防止电流过大而烧坏。④报警逻辑：要求“开门（磁体离开）即报警”，故蜂鸣器 H 接在继电器断电时才接通的常闭触点 b 支路上。 考点二　光控开关 1．装置功能：利用光传感器（光敏电阻）感知环境光照强弱，自动控制路灯的亮灭，使灯白天熄灭、夜晚点亮。 2．主要器材及作用： （1）光敏电阻 ：完成光信号向电信号的转变； （2）晶体三极管 VT：将电流进行放大，同时具有断路、接通的开关作用； （3）发光二极管 LED（图甲）：模仿路灯；可调电阻 、电阻 ； （4）为驱动更大功率的负载，用继电器 K 来启、闭另外的供电电路（图乙），小灯泡 L 为负载，二极管 D 起保护作用。 3．电路工作原理： （1）光较强时，光敏电阻 阻值小，三极管基极电位低，VT 不导通，继电器断路（处于常开状态），小灯泡 L 不亮； （2）光较弱时， 阻值变大，基极电位升高，VT 导通，产生较大的集电极电流，点亮 LED 或驱动继电器吸合，小灯泡 L 亮。 4．实验操作： （1）连接电路，检查无误后接通电源； （2）用白光照射光敏电阻，调节 ，使 LED（或小灯泡 L）刚好不发光； （3）减弱光照，当光减弱到某种程度时，LED（L）发光； （4）让光照加强，当光强到某种程度时，LED（L）熄灭。 光控开关电路（甲：三极管驱动 LED；乙：继电器驱动灯泡 L） 重难诠释　①三极管 VT 的三个极：b 为基极、c 为集电极、e 为发射极，在电路中起电流放大和电子开关的作用。②控制逻辑：光强灯灭、光弱灯亮，与路灯“白天熄灭、夜晚点亮”的要求一致。③继电器线圈两端反向并联二极管 D（续流二极管），为断电时线圈的自感电动势提供泄放通路，从而保护三极管。④可调电阻 用来设定动作的临界照度，即灯亮、灭的光照门槛。 考点三　自动控制电路的分析与设计 1．两类电路： （1）控制电路：由电源、开关、敏感元件（光敏电阻、热敏电阻等）、电磁继电器线圈等组成； （2）工作电路：由电源、用电器（灯泡、电热丝或其他用电器）、继电器触点等组成； （3）控制电路与工作电路相互独立，又通过电磁继电器相关联。 电路 主要组成 作用 控制电路 电源、开关、敏感元件、继电器线圈 感受被测量变化，决定继电器的通断 工作电路 电源、用电器、继电器触点 执行照明、加热、报警等任务 2．设计自动控制电路的一般思路： （1）根据题目给出的仪器和要求，分别画出控制电路和工作电路； （2）分析电路的合理性：用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通、断开是否符合实际要求，例如自控路灯要求白天切断工作电路、晚上接通工作电路。 3．常见的自动控制装置：光控路灯、温度自动控制（加热与停止）、过热报警器、电子秤、苹果（压力）自动分拣、道路限载报警、燃气与酒精浓度检测、水位报警等。 温度自动报警电路（甲：热敏电阻特性；乙：控制与工作电路） 苹果自动分拣装置（为压力传感器，为可调电阻） 重难诠释　①电磁继电器是控制电路与工作电路的“桥梁”：用控制电路的弱电流控制工作电路的强电流，实现自动控制、远距离操作和安全隔离。②设计时要“逆向检验”：先明确“在什么条件下用电器应当工作”，再决定触点选用常开（a）还是常闭（b）。③温度报警原理：温度升高→热敏电阻阻值减小→控制电流增大→继电器吸合→触点接通报警器；调节串联的滑动变阻器可以改变报警温度。④压力分拣原理：压力越大→压力传感器电阻越小→串联的可调电阻分压越大→电磁铁吸力越强，从而实现分拣；调节可调电阻可以改变筛选标准。 考向1　温度传感器自动控制装置 1．（2026•河池一模）如图甲所示的温控电路，可在环境温度低于10℃时自动开启加热，高于40℃时自动停止加热。电源电动势E＝12V（内阻不计），定值电阻R＝20Ω，热敏电阻R1的阻值随温度变化规律如图乙所示。关于该电路在两个临界温度下的工作电压，下列判断正确的是（　　） A．10℃时控制端电压为6V，40℃时控制端电压为9V B．10℃时控制端电压为9V，40℃时控制端电压为9V C．10℃时控制端电压为9V，40℃时控制端电压为6V D．10℃时控制端电压为6V，40℃时控制端电压为6V 【答案】C 【详解】由题意及电路原理图可知，热敏电阻R1与定值电阻R串联，电源电动势E＝12V（内阻不计）。控制端电压为R1两端的电压U1，根据串联电路分压规律， 当温度t＝10℃时，热敏电阻R1的阻值R1＝60Ω 代入分压公式：9V 40℃时的控制端电压根据图乙，当温度t＝40℃时，热敏电阻R1的阻值R1＝20Ω 代入分压公式：6V，故C正确，ABD错误。 故选：C。 2．（2026春•思明区校级期中）某项目式学习小组为监测水温，设计了如图甲所示的电路，当水温低于20℃时低温指示灯亮，高于30℃时高温指示灯亮。已知当继电器K1线圈中的电流大于或等于10mA时衔铁被吸引下移，当继电器K2线圈中的电流大于20mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势E＝8V，热敏电阻RT的阻值与温度t关系如图乙所示。 （1）若水温上升，电流表A示数将 _______ （选填“增大”“减小”或“不变”）； （2）若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，定值电阻R0＝ ________ Ω； （3）工作电路中，接线C应与 _____ （选填“A”或“B”）端相连。 【答案】（1）增大；（2）200；（3）A。 【详解】（1）由图乙，水温t上升时，RT减小，电路中电流增大，所以电流表示数增大； （2）由图乙，当温度为20℃热敏电阻为600Ω，电路中的电流为10mA，由闭合电路欧姆定律E＝I（RT+R0） 代入数据可得R0＝200Ω （3）由题意，当水温大于30℃时，电流等于20mA，此时K2衔铁被吸引，因此C应该接A。 故答案为：（1）增大；（2）200；（3）A。 3．（2026•崆峒区校级开学）自制的简易温控装置的原理电路如图，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联。当温度升高到设定值时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。 （1）当温度升高到设定值时衔铁被吸合，是因为热敏电阻Rt的阻值随温度升高而_______ （填“增大”或“减小”），从而使电路电流增大，增强继电器的磁场。 （2）若把继电器电源的正负极调转，对实验_____ 影响（选填“有”或“无”）。 （3）若要调高温控装置的温度，实现在温度更高时停止加热，图中滑动变阻器滑片应向_____ （填“左”或“右”）滑动。 【答案】（1）减小；（2）无；（3）右 【详解】（1）已知温度升高到设定值时衔铁被吸合，易知温度升高的过程电路电流增大，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联，根据闭合电路欧姆定律可知电路的总电阻减小，故热敏电阻Rt的阻值随温度升高而减小； （2）继电器电磁铁的磁性强弱与电流方向无关，把继电器电源的正负极调转对实验无影响； （3）要调高温控温度，即衔铁被吸合时的温度更高，说明热敏电阻Rt的阻值更小时电流才达到继电器吸合的电流，而衔铁被吸合时的电流是不变的，则总电阻不变，故需要增大滑动变阻器接入电路的阻值，因此滑片应向右滑动。 故答案为：（1）减小；（2）无；（3）右 4．（2025秋•沙河口区校级期末）小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示（虚线框内的连接没有画出）。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电源E1＝5V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0＝30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。 （1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将_______ （选填“增大”、“减小”或“不变”），继电器的磁性将_______ （选填“增强”、“减弱”或“不变”）； （2）图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱相连_____ （选填“A”或“B”）； （3）当环境温度大于等于_______ ℃时，警铃报警。 【答案】（1）减小；增强；（2）A；（3）40。 【详解】（1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将减小； 热敏电阻阻值减小，则流过继电器的电流增大，磁性增强。 （2）由于继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮。所以图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。 （3）当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。根据欧姆定律可得E1＝I（R0+R） 解得R＝70Ω 由图乙可知此时温度为40℃，则环境温度大于等于40℃时，警铃报警。 故答案为：（1）减小；增强；（2）A；（3）40。 考向2　力与压力传感器控制装置 1．（2026•通州区模拟）如图所示，图甲为一个自动筛选鸡蛋大小的装置。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时，压力秤作用在压力传感器电阻R1上，其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图乙所示。R2是可调节电阻，其两端电压超过某一数值时，经放大电路驱动，电磁体可以吸动衔铁使弹簧下压并保持一段时间，鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E＝6V，内阻不计，R2调节为10Ω。下列说法正确的是（　　） A．从B通道通过的是轻鸡蛋 B．要想筛选出更重的鸡蛋，需要把电阻R2的阻值调小 C．在不改变R2阻值和不更换R1的情况下，提高电源电动势可选出更重的鸡蛋 D．若R2两端的电压超过3V时，电磁体可以吸动衔铁向下，则能进入B通道的鸡蛋对秤的压力要小于0.4N 【答案】B 【详解】A.鸡蛋从B通道通过时，电磁铁吸动衔铁，电路中电流较大，根据闭合电路欧姆定律可知，压力传感器的电阻值较小，说明压力传感器受到的压力较大，鸡蛋较大，故A错误； B.电阻R2的电压为，要想选择出更大的鸡蛋，R1小，U2不变，则R2应小，即需要把电阻R2的阻值调小，故B正确； C.电阻R2的电压为，提高电源电动势，则U2变大，可选出更轻的鸡蛋，故C错误； D.若R2两端的电压超过3V时，因电源电动势E＝6V，内阻不计，则知R1＝R2＝10Ω 由图乙可知，F＝0.4N，则要使电磁铁可以吸动衔铁向下，选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于0.4N，故D错误。 故选：B。 2．（2026•海淀区一模）图为分拣苹果的装置示意图。该装置按照一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果，托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上，已知压力越大，R1阻值越小。若R2两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入通道1；当R2两端的电压超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时大于一定标准质量的大苹果进入通道2。已知电源的电动势E1、内阻不计。下列说法正确的是（　　） A．托盘秤上的苹果质量越小，R2两端的电压越大 B．若只增大R2的阻值，则能进入通道2的苹果的标准质量变小 C．分拣苹果的质量标准与电动势E1大小无关 D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，则分拣苹果的质量标准将发生改变 【答案】B 【详解】A．托盘秤上的苹果质量越小，对压敏电阻的压力越小，压敏电阻R1的阻值越大，电路中的总电流变小，R2两端的电压越小，故A错误； B．若只增大R2的阻值，根据串联电阻分压与电阻的关系可知，电阻R2两端的电压增大，超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时未到达规定标准质量的小苹果进入通道2，因此能进入通道2的苹果的标准质量变小，故B正确； C．改变电源电动势，R2两端分压改变，因此分拣苹果的质量标准与电动势E1大小有关，故C错误； D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，则电磁铁的极性发生改变，但不影响对衔铁的吸引，因此分拣苹果的质量标准不会发生改变，故D错误。 故选：B。 3．（2025•北京模拟）如图是某道路限载报警器的工作原理图。电源电压不变，R1是力敏电阻，其阻值随压力的变化而变化。闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，电铃响。根据不同的路面可以改变滑动变阻器滑片P的位置，来设定不同的限载质量。下列说法正确的是（　　） A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力 B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越弱 C．力敏电阻R1的阻值随压力的增大而增大 D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P向左移动 【答案】D 【详解】A．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体的周围存在磁场，电磁铁有了磁性会吸引衔铁，故A错误； BC．闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，说明压力增大，电路中的电流增大，由欧姆定律可知电路中的总电阻减小，力敏电阻R1的阻值减小，可以得到力敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，检测时，车的质量越大，对力敏电阻的压力越大，力敏电阻的阻值越小，电路中的电流越大，电磁铁的磁性越强，故BC错误； D．若要提高设定的限载质量，此时力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律可知电路的总电阻不变，应该增大滑动变阻器的电阻，应将滑片P向左移动，故D正确。 故选：D。 4．（2026•德保县二模）小李同学根据所学知识制作了一台简易电子秤，原理图如图甲所示，图中电压表可视为理想电压表（量程为3V），滑动变阻器最大阻值R＝30Ω，小李同学用刻度尺测得滑动变阻器有电阻丝缠绕的ab部分的长度L＝50cm（电阻丝缠绕均匀）。（计算结果均保留两位有效数字） （1）小李同学先利用如图乙所示电路测定电子秤里两节相同纽扣电池串联（如图丙所示）的电动势和内阻，根据多次测量得到的数据作出的U′﹣I图像如图丁所示，可知每节纽扣电池的电动势和内阻分别为E＝________ V，r＝_________ Ω。 （2）小李同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下实验： ①调节图甲中滑动变阻器的滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零； ②在托盘里缓慢加入细砂，直到滑动变阻器滑片P恰好滑到b端，然后调节电阻箱R0，直到电压表达到满偏，实验过程中弹簧一直处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数R0＝________ Ω； ③已知所用的弹簧的劲度系数k＝1.0×102N/m，重力加速度g＝10m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量m＝________ kg。 （3）实验过程电压表的示数U和所称量物体的质量m的关系式为____________________ （用E、r、R、R0、m、g、k、L表示）。 【答案】（1）2.0，0.25，（2）②9.5，③5.0；（3）。 【详解】（1）对图乙所示电路，根据闭合电路欧姆定律可得U'＝E'﹣Ir U﹣I图像与纵轴交点的纵坐标等于两节纽扣电池串联后的电动势，图线斜率的绝对值等于电池的内阻，由题图丁可知每节纽扣电池的电动势为 每节纽扣电池的内阻为 （2）电压表达到满偏时滑动变阻器接入电路的阻值为R＝30Ω，根据欧姆定律可得 代入数据可得R0＝9.5Ω，滑动变阻器的滑片P滑到b端，弹簧的形变量增加了50cm，由平衡条件有kΔx＝mg 则该电子秤所能称量的最大质量为m＝5.0kg （3）所称量物体的质量 电压表的示数为 联立可得 故答案为：（1）2.0，0.25，（2）②9.5，③5.0；（3）。 一、单选题 1．（2026春•海淀区校级月考）为测量局域磁场，科学家基于电阻应变片开发出一种磁场检测芯片，其简化结构如图甲所示。长度均为l、通有恒定电流I0（方向相反）的两刚性金属杆ab、cd，与具有良好弹性的绝缘悬梁OA、OD构成“H”形支架，对称固定于底座O处。在悬梁上、下表面对称安装四个相同的电阻应变片（各自引出两导线），其阻值分别为R1、R2、R3和R4，将它们按图乙与电动势为E的电源（不计内阻）相连。未加磁场时，支架处于水平平衡状态，此时R1＝R2＝R3＝R4＝R0，测得e、f两端的电势差为0。现施加待测磁场，其方向水平向右、且垂直于金属杆，则金属杆ab、cd受安培力作用，使悬梁OA、OD产生形变，四个应变片的阻值均发生变化，且其变化量的绝对值均相等，可测得此时e、f两端的电势差Uef。已知每个应变片电阻变化量的绝对值与每个金属杆所受安培力大小成正比关系，且比例系数为α。下列说法正确的是（　　） A．施加该待测磁场时，应变片电阻R2和R3会被拉伸而电阻变大 B．待测磁场的磁感应强度大小 C．选用更小的电动势E，有利于提高测量磁感应强度的灵敏度 D．仅改变金属杆cd通入电流的方向，也可以测得磁感应强度 【答案】B 【详解】A.根据左手定则可知AB杆受到的安培力方向竖直向下、CD杆受到的安培力方向竖直向上，应变片电阻R2和R3会被压缩，由电阻定律可知电阻变小，故A错误； B.上表面R1应变片受拉伸，长度变长，电阻增大，故R1＝R0+ΔR，同理有；R4＝R0+ΔR 下表面R3应变片受压缩，长度变短，电阻减小，故R3＝R0﹣ΔR，同理有R2＝R0﹣ΔR e点电势为 Ue，则 f点电势为 Uf，则 金属杆受到的安培力大小为F＝BI0l 由题意可知ΔR＝αF 联立解得 故B正确； C.由磁感应强度表达式，可知电动势E越小，相同B对应的Uef越小，会降低测量磁感应强度的灵敏度，故C错误； D.仅改变金属杆cd通入电流的方向，则ab，cd杆电流方向相同，悬梁OA、OD的弯曲形变会相互抵消，四个应变片的电阻变化均为0，Uef＝0，无法测得磁感应强度，故D错误。 故选：B。 2．（2026春•韩城市期末）校园艺术节上有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的传感器，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车在水平面内做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知t1～t2时间内小车向右做加速度增大的加速运动，下列判断正确的是（　　） A．小车速度越大，电流表示数一定越大 B．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而增大 C．0～t1时间内小车一定做匀速直线运动 D．t2～t3时间内小车做匀加速直线运动 【答案】D 【详解】B、电路中电流，小车向右加速时，重球挤压左侧压敏电阻，压力F压＝ma，结合t1～t2段：a增大则F压增大进而得到I增大，R减小则压敏电阻阻值随压力增大而减小，故B错误； A、电流取决于加速度（即压力），而非速度，匀速运动时无论速度多大，I不变，故A错误； C、0～t1时间内I恒定则R压恒定进而得到F压恒定，那么加速度a恒定（可能为零或非零），即可能是匀速或匀加速，故C错误； D、t2～t3时间内I恒定则R压恒定进而得到F压恒定，则a恒定，结合前段t1～t2加速度增大，可合理推断此段为匀加速直线运动，故D正确。 故选：D。 二、多选题 1．（2026春•西城区校级期末）半导体薄膜压敏传感器所受压力越大其电阻越小，利用这一特性设计成苹果大小自动分拣装置如图所示，装置可选出单果质量大于一定标准的苹果。O1为固定转动轴，苹果通过托盘秤时作用在杠杆上从而使压敏传感器R1受到压力，R2为可变电阻。当放大电路的输入电压大于某一个值时，电磁铁工作将衔铁吸下并保持此状态一小段时间，苹果进入通道2，否则苹果将进入通道1。下列说法正确的是（　　） A．选出的质量大的苹果将进入通道1 B．若将托盘秤在杠杆上的位置右移，将挑选出质量更大的苹果 C．若将R2的电阻调小，将挑选出质量更大的苹果 D．若电源E1电动势变大，将挑选出质量更大的苹果 【答案】BC 【详解】A、质量更大的苹果对杠杆产生的压力更大，会使压敏电阻R1的阻值更小，R1与R2串联接入电路，放大电路的输入电压为R2两端的电压，可得，因此苹果质量越大对应U越大，满足U＞U0时会触发电磁铁使苹果进入通道2，故A错误； B、O1为固定转轴，若将托盘向右移动（靠近O1），苹果重力的力臂会减小，根据力矩平衡关系mgL＝Fl，在临界触发状态下，触发所需的压力为，L减小后，只有质量更大的苹果才能达到触发压力F0，因此该调整可挑选出质量更大的苹果，故B正确； C、由，整理可得临界状态下，将R2的阻值调小后，临界状态对应的R1更小，对应更大的压力、更大的苹果质量，因此该调整可挑选出质量更大的苹果，故C正确； D、同理，若E1增大，临界状态对应的R1更大，对应更小的压力、更小的苹果质量，因此该调整可挑选出质量更小的苹果，故D错误。 故选：BC。 2．（2026•广州模拟）智能洗衣机能根据衣物的重量自动投放洗衣液，如图为简化的部分工作电路图。已知电源A电动势为12V，内阻为1Ω，R2＝9Ω，电阻R1阻值随所受压力F变化的关系式为R1＝30﹣F（R1的单位为Ω，F的单位为N）。当R2两端电压超过临界值3.6V时，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通对应的投放洗衣液工作电路。下列说法正确的是（　　） A．当衣物重量减小时，R2两端的电压增大 B．当衣物重量大于临界值时会接通工作电路2 C．当R2两端电压达到临界值时，压力F为10N D．为了提高电压临界值，只需要增大R2的阻值 【答案】BC 【详解】A.当衣物重量减小时，电阻R1阻值增大，干路电流减小，则R2两端的电压减小，故A错误； B.结合A分析，当衣物重量大于临界值时，R2两端的电压增大到临界值，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通工作电路2，故B正确； C.当R2两端电压达到临界值时，即R2两端电压为3.6V，干路电流 代入数据得R1＝20Ω 由电阻R1阻值随所受压力F变化的关系式为R1＝30﹣F 代入数据得F＝10N，故C正确； D.增大R2的阻值，不会改变电压临界值，只会改变达到临界值时衣物的重量，故D错误。 故选：BC。 三、解答题 1．（2026•株洲一模）一种气压检测装置原理如图甲所示，图中定值电阻R＝25Ω，恒流电源能输出电流I0＝1.6A且保持不变，压敏电阻Rg的阻值随气压p的变化如图乙所示。 用该气压装置检测宇航服的气密性，如图丙。将充满空气的宇航服M和检测装置放入气室中，将气室抽成真空密封后，立即启动检测装置并开始计时，初始时M的气压为1.00×105Pa。已知M漏气（漏出的空气进入气室与宇航服M间形成的空腔N）速度越来越慢，经过10h，若M漏出空气质量小于初始质量的8%，则M的气密性达标。M、N内的气压与各自内部空气的密度成正比，且比例系数相同；宇航服M的容积VM和空腔的容积VN均保持不变，且VM：VN＝1：4。 （1）M漏气过程中，恒流源输出的功率 _______ ，电流表示数 _______ ；（填“增大”“减小”或“不变”） （2）开始计时后经过5h，理想电流表示数为1.1A，此时N内的气压为 ________ Pa； （3）经检测，M的气密性 _______ （填“达标”或“不达标”）； （4）在（2）的检测过程中，调整R的阻值可以使电流表的示数变化范围最大。真空时电流表示数为I1，经过5h电流表示数为I2，要使I1与I2的差值最大，R的阻值应为 _______ Ω。（结果保留整数） 【答案】（1）减小；减小；（2）750；（3）达标；（4）74。 【详解】（1）压敏电阻的阻值Rg随压强的增大而减小，M漏气的过程中，空腔N内气体的压强逐渐增大，因此整个电路的电阻逐渐减小，电源为恒流电源，干路电流不变，则电源的电动势减小，路端电压减小，根据P＝UI可知，电源的输出功率减小； 根据上述分析可知，路端电压减小，定值电阻两端的电压随着减小，该支路电流减小，电流表的示数减小。 （2）当电流表示数为IR＝1.1A时，根据欧姆定律，路端电压为U＝IRR＝1.1×25V＝27.5V 则压敏电阻的阻值为 代入数据解得Rg＝55Ω 由图乙可知，压敏电阻的阻值Rg与空腔N内的气体压强满足 解得空腔N内的压强为750Pa。 （3）设M漏气前充入空气的质量为m，空气的密度为ρ，经过5h的漏气后，漏出空气的质量为m1，则此时空腔N内气体的质量为m1，空气的密度为ρ1，由于M、N内的气压与各自内部空气的密度成正比，且比例系数相同，则有 解得 则M漏出空气质量与充入空气质量之比为 M漏气（漏出的空气进入气室与宇航服M间形成的空腔N）速度越来越慢，经过5h，M漏出气体的质量比应小于6%，因此M的气密性达标。 （4）由图乙可知，真空中压敏电阻的阻值Rg0＝100Ω 根据并联电路电流的分配与电阻的关系 电源为恒流电源，其电流I0＝1.6A，I1+Ig0＝1.6A 联立解得 经过5h后，压敏电阻的阻值为Rg＝55Ω 同理可得，I2+Ig＝I0＝1.6A 联立可得 则 整理可得 由数学知识解得R＝74Ω时，I1﹣I2有最大值。 故答案为：（1）减小；减小；（2）750；（3）达标；（4）74。 2．（2026•模拟）图甲为某水果加工厂的苹果自动分拣装置示意图。该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。装置中R1为半导体薄膜压力传感器，托盘置于R1上，托盘所受重力不计。苹果经过托盘时对R1产生压力，半导体薄膜压力传感器R1的阻值随压力F变化的图像如图乙所示。初始状态衔铁水平，当电阻箱R2两端电压U2≥3V时，控制电路使电磁铁工作吸动衔铁，并保持一段时间，确保苹果在衔铁上运动时电磁铁保持吸合状态。已知电源电动势E＝9V，内阻不计，取重力加速度大小g＝10m/s2。 （1）当较小的苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较小，此时R1的电阻_______ （选填“较大”或“较小”）； （2）现以0.28kg为标准质量将苹果分拣开，电阻箱R2的阻值应调为_______ kΩ，质量大于0.28kg的大果将通过________ （填“上通道”或“下通道”）； （3）下列情况能提高分拣标准（即挑选质量更大的苹果）的是_____ A．调节R2变大 B．增大电源电动势 C．增加电磁铁线圈匝数 D．电源使用一段时间后，电动势几乎不变，内阻变大 【答案】（1）较大；（2）10；下通道；（3）D。 【详解】（1）根据题意分析可知，由图乙有，R1的阻值随压力F减小而增大，较小苹果压力小，因此R1的电阻较大。 （2）根据题意分析可知，标准质量m＝0.28kg，压力F＝mg＝0.28×10＝2.8N 由图乙可得此时R1＝20kΩ。R1与R2串联，电源E＝9V，临界状态时R2，电压U2＝3V，因此R1电压U1＝E﹣U2＝6V 串联电路电压比等于电阻比 得R2＝10kΩ。 质量大于0.28 kg的苹果，压力更大，R1更小，电路总电阻更小、电流更大，R2两端电压U2≥3V，电磁铁吸合衔铁，苹果从下通道通过。 （3）根据题意分析可知，提高分拣标准，即需要更大质量（更小R1）才能满足U2≥3V触发吸合 A．R2变大，相同R1下U2更大，更小质量就能触发吸合，分拣标准降低，故A错误； B．增大电源电动势E，相同R1下U2更大，更小质量就能触发吸合，分拣标准降低，故B错误； C．增加电磁铁线圈匝数，电磁铁磁性增强，更小电流就能吸合，更小质量就能触发，标准降低，故C错误； D．E不变，内阻变大，总电阻增大，相同R1下电流减小，U2减小，原来临界质量无法触发吸合，需要更大质量（更小R1）才能让U2达到3V，分拣标准提高，故D正确。 故选：D。 故答案为：（1）较大；（2）10；下通道；（3）D。 3．（2026•开福区校级一模）小军利用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（a）所示。并按图（b）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＝10Ω，电流表量程为0.10A（内阻不计），g取10m/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：将电流刻度盘改为质量刻度盘。 小明同学利用所测数据做出了如图（c）所示的图像。回答下列问题： （1）改装后的质量刻度盘上的刻度________ （填“均匀”或“不均匀”）； （2）若电流表示数为20mA，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，电动势变小，内阻变大，其他条件不变，现用这台电子秤称重前，已进行了步骤a操作，则质量的测量值_______ （填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 【答案】（1）不均匀；（2）8.0；（3）3.0，10；（4）大于。 【详解】（1）（2）设图（c）中m与的函数关系式为，故m﹣I不是线性关系，刻度线不均匀 由图象可知该图线的斜率为 纵轴截距为b＝﹣2kg，所以m与的函数关系式为 当电流I＝20mA＝0.02A时，代入上式解得重物的质量为m＝8.0kg （3）由图（a）可知压敏电阻R与压力F的函数关系式为 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的关系式为 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（b）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 结合上面得到的m与的函数关系式 可得， 所以电源的电动势为E＝3.0V 滑动变阻器接入电路的有效阻值为R滑＝10Ω （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，R滑会随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。 故答案为：（1）不均匀；（2）8.0；（3）3.0，10；（4）大于。 4．（2026•磁县模拟）为适配智能家居便携称重需求，某小组设计了小型“弹簧—滑动变阻器式电子秤”，该电子秤嵌入智能厨房，可快速称重，实现轻量化、精准化。其原理如图所示：不计质量的托盘与轻质金属弹簧相连，滑动变阻器的滑片与弹簧上端固连；当托盘空载时，滑片在滑动变阻器的最上端，此时理想电压表示数为0。已知滑动变阻器总电阻为R、总长度为L，限流电阻为R0，电源电动势为E、内阻为r。弹簧劲度系数为k，其电阻不计，重力加速度为g。 （1）当托盘放置质量为m的物体时，弹簧形变量x＝___________________ 。 （2）电压表示数U与物体质量m的关系式为____________________ 。 （3）电池用的时间长了，内阻r会增大，若其他条件不变，该电子称测量同一物体质量时，测量值会_______ （选填“偏大”“偏小”或“不影响”）。 【答案】（1）；（2）；或者；（3）偏小。 【详解】（1）当托盘放置质量为m的物体时，根据平衡条件，弹簧形变量 （2）滑动变阻器的接入电阻 根据串联电路电压分配与电阻的关系 联立解得电压表示数U与物体质量m的关系式为 或者； （3）根据上述分析，滑动变阻器的接入电阻为Rx时，待测物体质 电子称测量同一物体质量时，滑动变阻器的接入电阻不变； 电池用的时间长了，内阻r会增大，根据串联电路电压分配与电阻的关系可知，电压表的示数变小，物体的测量值偏小。 故答案为：（1）；（2）；或者；（3）偏小。 5．（2026•茂名模拟）“中国罗非鱼之都”茂名是世界罗非鱼产业的中心。罗非鱼适宜生长的水温为20～30℃，某项目式学习小组为帮助养殖户监测水温，设计了如图甲所示的电路，当水温低于20℃时低温指示灯亮，高于30℃时高温指示灯亮。已知当继电器K1线圈中的电流大于或等于10mA时衔铁被吸引下移，当继电器K2线圈中的电流大于20mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势E＝8V，热敏电阻RT的阻值与温度t关系如图乙所示。 （1）若水温上升，电流表A示数将_______ （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，定值电阻R0＝________ Ω。 （3）工作电路中，接线C应与_____ （选填“A”或“B”）端相连。 （4）实际测试中发现水温上升到32℃时，高温指示灯才开始亮，请你分析其中原因可能是____________________ 。 【答案】（1）增大；（2）200；（3）A；（4）当高温指示灯亮时，电路电流为20mA，若考虑继电器及电源电阻，此时热敏电阻RT比200Ω小，水温比30℃高。 【详解】（1）由图乙，水温t上升时，RT臧小，电路中电流增大，所以电流表示数增大； （2）由图乙，当温度为20℃，热敏电阻为800Ω，电路中的电流为10mA，由闭合电路欧姆定律E＝I（RT+R0） 代入数据得R0＝200Ω； （3）由题意，当水温大于30℃时，电流等于20mA，此时K2衔铁被吸引，因此C应该接A： （4）当高温指示灯亮时，电路电流为20mA，若考虑继电器及电源电阻，此时热敏电阻RT比200Ω小，水温比30℃高。 故答案为：（1）增大；（2）200；（3）A；（4）当高温指示灯亮时，电路电流为20mA，若考虑继电器及电源电阻，此时热敏电阻RT比200Ω小，水温比30℃高。 6．（2024•甲卷）电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流（即工作电流）恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图（a）所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器（工作电流1mA）、毫安表（内阻可忽略）、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶（氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%）。 完成下列实验步骤并填空： （1）将图（a）中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标； （2）连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口； （3）把滑动变阻器的滑片滑到 _____ 端（填“a”或“b”），闭合开关； （4）缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1mA，记录电压表的示数U； （5）断开开关，更换气瓶，重复步骤（3）和（4）； （6）获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图（b）中；氧气含量为20%时电压表的示数如图（c），该示数为 _________ V（结果保留2位小数）。 现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA，此时电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为 _______ %（结果保留整数）。 【答案】（1）见解析；（3）a；（6）1.40；17。 【详解】（1）滑动变阻器采用分压方式接法，由于毫安表内阻不计，毫安表采用内接法，连接的实物图如图所示： （3）为了保护电路，闭合开关时，气室两端电压应该为0，因此滑动变阻器的滑动片应该滑动a端； （6）电压表的量程为0﹣5V，分度值为0.1V，读数时要估读到下一位，由图（c）可知电压表示数U＝1.40V； 将图（b）中的点用平滑的曲线连接，由题意可知毫安表的示数始终不变，由图乙可以看出，电压表示数为1.5V时，氧气含量约为17%。 故答案为：（1）见解析；（3）a；（6）1.40；17。 2 学科网（北京）股份有限公司 $