3. 利用传感器制作简单的自动控制装置（同步讲义）物理人教版选择性必修第二册

3. 利用传感器制作简单的自动控制装置 【知识梳理】 1 一、 门窗防盗报警装置 1 二、 光控开关 2 【重难探究】 2 探究1 　探究门窗防盗报警装置 2 探究2 光控开关 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 门窗防盗报警装置 1．要实现的功能： 连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。 2．器材： 电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。 器材的作用： 干簧管：起到传感器和控制开关的作用，将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。 继电器：自动的双向开关。 蜂鸣器：报警装置。 发光二极管：电路正常工作的指示灯。 3．设计电路： 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。此时，蜂鸣器不发声。 当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。此时，发光二极管LED不发光。 知识点2 光控开关 1．要实现的功能： 连接好电路，启动含有光控开关的电路。在天色暗到一定程度时路灯自动开启，在天明时自动熄灭。 2．器材： 发光二极管LED、光敏电阻RG、限流电阻R2、可调电阻R1、三极管、继电器、小灯泡、电源。 器材的作用： 三极管：具有电流放大作用，配合光敏电阻完成光控开关的任务，具有完成断路和接通的开关作用。 发光二极管LED：模仿路灯。 可调电阻：调整、设定电路对周边光亮度的反应，控制三极管的基极电流。 3．设计电路： （1）电路1： 可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时点亮路灯。 （2）电路2： 如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。 （3）工作原理： 当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡 【重难探究】 探究1 　探究门窗防盗报警装置 【探究导入】 1、装置功能与原理 · （1）功能：门窗紧闭时，指示灯亮、蜂鸣器不响；门窗被打开时，蜂鸣器报警、指示灯灭。 · （2）核心原理：利用干簧管（SA）作为磁场传感器，将门窗的相对位置转换为电路通断；继电器作为执行装置，实现电路切换。 2、关键元件与参数 元件 作用 规格型号 干簧管 SA 传感器，感知磁场 常开型 继电器 K 执行装置，切换电路 JQX-14FC 5V 发光二极管 LED 正常工作指示灯 绿色 限流电阻 R 保护 LED 330 Ω 蜂鸣器 H 报警提醒 有源型 电源 供电 6V干电池 小磁体 M 提供磁场 - 开关 S 控制电路通断 - 3、电路工作逻辑 （1）门窗紧闭（磁体靠近干簧管）：干簧管接通→继电器线圈得电→动触点c与常开触点a接通→LED亮、蜂鸣器不响。 （2）门窗开启（磁体离开干簧管）：干簧管断开→继电器线圈失电→动触点c与常闭触点b接通→蜂鸣器 H报警、LED灭。 4、实验操作步骤 （1）用磁体靠近干簧管，检查其簧片能否正常动作。 （2）按电路图连接所有元件。 （3）接通电源，将磁体靠近和离开干簧管，观察 LED 与蜂鸣器的状态变化。 【探究归纳】该门窗防盗报警装置以干簧管为磁场传感器、继电器为执行装置，通过磁体控制电路通断，实现 “门窗闭则灯亮、门窗开则报警” 的功能。 【典例赏析】 [例1]图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　） A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 【答案】A 【详解】A．门关上时，磁条与主机刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确； B．触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误； C．无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误； D．本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误； 故选A。 　【针对训练】 1（多选）在今年4月份居家躲避新冠疫情期间，张华同学利用网课的课余时间，结合所学传感器、电路的有关知识，自己在家设置了一个火警报警装置，他设计的电路如图所示，为热敏电阻，温度升高时，急剧减小，当电铃两端电压低于某一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是（　　） A．若试验时发现当有火时装置不响，应把的滑片P向下移 B．若试验时发现当有火时装置不响，应把的滑片P向上移 C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低 D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高 【答案】BD 【详解】AB．若试验时发现当有火时装置不响，说明此时电铃两端电压比较大，应增大滑动变阻器接入的阻值，从而减小电铃两端电压，故应把的滑片P向上移，B正确，A错误； CD．增大电源电压，会使原来报警时电铃两端电压增大，需要使温度继续升高，减小热敏电阻，从而使电铃两端电压减小到报警时的电压，故增大电源电压，会使报警的临界温度升高，D正确，C错误； 故选BD。 2．门窗防盗报警装置 （1）实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器（虚线框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。 （2）电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，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。 （3）实验操作 ①检查干簧管：用_____直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ②连接电路：连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 ③接通电源后，将_____，分别观察实验现象。 【答案】 磁体 磁体靠近和离开干簧管 【详解】①[1]用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ③[2] 接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。 探究2 光控开关 【探究导入】 情境探究 1、装置功能与原理 （1）功能：利用光敏电阻实现光控开关，天色暗到一定程度时自动点亮 “路灯”，天明时自动熄灭。 （2）核心原理：光敏电阻 RG​ 的阻值随光照强度变化，通过与可调电阻 R1​ 组成的分压电路，将光照变化转换为电压变化，控制三极管的导通与截止，进而驱动 LED 或继电器实现开关控制。 2、关键元件与参数 元件 作用 规格型号 可调电阻 R1​ 设定光控阈值，调整三极管基极电流 最大电阻 51 kΩ 限流电阻 R2​ 保护发光二极管 LED 330 Ω 光敏电阻 RG​ 光传感器，暗电阻>1 MΩ，亮电阻 < 3 kΩ - 三极管 VT 电流放大与电子开关，型号 8050 8050 发光二极管 LED 模拟路灯指示灯 红色 继电器 K 驱动大功率负载（如小灯泡） HRS1H-S 5V或JQX-14FC 5V 小灯泡 L 模拟大功率路灯 6V 0.3A 二极管 D 保护三极管，释放继电器自感电流 1N4001 电源 供电 6V干电池 3、电路工作逻辑 （1）光照强（白天）：RG阻值小→三极管基极电压低→三极管截止→LED不亮，继电器常开，小灯泡L不亮。 （2）光照弱（夜晚）：RG阻值大→三极管基极电压高→三极管导通→LED 点亮，或继电器吸合点亮小灯泡 L。 可调电阻R1：阻值调大时，需要更暗的环境才能触发导通，即“天更暗时才亮灯”。 4、实验操作步骤 （1）按电路图连接电路，检查无误后接通电源。 （2）强光照射RG，调节R1使LED 或小灯泡刚好不亮。 （3）遮挡 RG减弱光照，观察LED或小灯泡是否发光。 （4）增强光照，观察LED或小灯泡是否熄灭。 【探究归纳】光控开关实验利用光敏电阻感知光照变化，通过三极管放大与开关作用，实现 “天亮灯灭、天黑灯亮”的自动控制，可调电阻用于设定触发阈值。 [例2]（多选）如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当中通过的电流较小时，电磁铁磁性弱，A与B接线柱接通；当中通过的电流增大到一定数值时，C与B接线柱接通。图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开、关的电路图，虚线框内为电磁继电器接入电路时的符号（M、N两接线柱分别与电磁继电器中接线柱A或C连接）。R为光敏电阻（光敏电阻阻值随光照强度增大而减小），为可调电阻，为保护电阻。开关S闭合，在光线暗时对路灯L供电，光线亮时对路灯L断电并同时接通LED。下列说法中正确的是（　　） A．为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的C接线柱应与图乙中M接线柱连接 B．为更好的节能环保，天色更暗时对路灯自动供电，可将的阻值调小 C．随着电池的使用，电池电动势降低，内阻增大，路灯在天色更（亮）时就会自动供电 D．当LED出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作 【答案】BC 【详解】A．由题意可知，光线较暗时，光敏电阻的阻值较大，流过DE的电流较小，电磁铁磁性弱，此时AB接通，此时灯L应该接通，则电磁继电器的A接线柱应与图乙中M接线柱连接，故A错误； B．电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值，AB接通，光线更暗时，光敏电阻的阻值更大，根据 可知要实现光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小，故B正确； C. 随着电池的使用，电池电动势降低，内阻增大，则光敏电阻R更小时电路就会接通，即路灯在天色更（亮）时就会自动供电，选项C正确； D．当LED出现断路故障时，不影响电磁继电器部分的电路，可以正常工作，故D错误。 故选BC。 [例3】】某同学用光敏电阻制作了光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。该同学找到了一个光敏电阻，经查阅资料，得到光敏电阻阻值与照度的关系图像如图甲所示。 （1）该同学准备了如下实验器材： 直流电源（电动势3V，内阻不计）； 电阻箱； 电阻箱； 电阻箱； 光敏电阻； 开关及导线若干。 （2）照明电路控制原理是：当1、2两端电压大于等于2V时，控制开关启动照明系统。请在虚线框内完成电路原理图______（不考虑控制开关对所设计电路的影响），要求在照度小于等于1.0lx时，启动照明系统。 （3）实验时所选用的电阻箱为______（选填“”“”或“”），应把该电阻箱阻值调为______kΩ，如果想让照明系统在更低的照度下启动，需要把电阻箱阻值调______（选填“大”或“小”）。 【答案】 大 【详解】[1]按照题目要求，将电路连接如下 [2][3]当照度低于1.0lx时，光敏电阻的阻值为 由于电源电动势为，光敏电阻分担的电压为，根据串联分压的原理，还需要给电路串联一个分担的电压，则有 解得，故选 [4]根据电路特点可知，如果想让照明系统在更低的照度下启动，此时光敏电阻的阻值增大，需要把电阻箱阻值调大。 【针对训练】 3（多选）如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；J为继电器的线圈，为它的常开触点，下列说法正确的是（　　） A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮 B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把的阻值调大些 C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些 D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路 【答案】ABD 【详解】A．天色变暗时，光敏电阻阻值较大，则两端的电势差较大，所以A端的电势较高，继电器工作吸引常开触点，路灯点亮，故A正确； BC．当A端电势较高时，路灯会亮，天色更暗时光敏电阻的阻值更大，则两端的电势差更大，A端的电势更高；要想在天色更暗时路灯才会点亮，必须使光敏电阻分担的电压降低，根据串联分压可知应把的阻值调大些，故B正确，C错误； D．天色变亮时，A端输入低电平，继电器不工作释放常开触点，继电器的线圈会产生自感电动势，二极管与继电器的线圈串联构成闭合回路，防止损坏集成电路，故D正确。 故选ABD。 4．为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。光敏电阻是阻值随光的照度变化而发生变化的元件（物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为1x）。某光敏电阻在不同照度下的阻值变化如下表： 照度 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 (1)表中数据说明光敏电阻的阻值随着光照的增强而______（填“增大”或“减小”）； (2)某种路灯自动控制装置，就是采用上述类型的光敏电阻作为传感器，再借助电磁开关，实现控制路灯自动在白天关闭，黑夜打开。某种电磁开关的内部结构如下图所示。其中，1、2两接线柱连接励磁线圈（励磁线圈电阻忽略不计），3、4两接线柱相当于路灯的开关，分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中的电流大于或等于时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当励磁线圈中的电流小于时，3、4接通。现在把直流电源（电动势，内阻忽略不计）、励磁线圈限流保护电阻（调节到）、光敏电阻通过导线开关依次连接到1、2两接线柱与励磁线圈组成电路。闭合开关，如下图所示。则在天色渐暗时，照度低于______lx时路灯将会点亮。 (3)为了更加节能和环保，设计让天色更暗时，路灯点亮，应该把励磁线圈限流保护电阻适当调______（选填“大”或“小”）。 【答案】(1)减小 (2)1.0 (3)小 【详解】（1）根据表中数据可知，光敏电阻的阻值随着光照的增强而减小。 （2）当励磁线圈中的电流等于时，根据 解得 结合表格中数据可知，在天色渐暗时，照度低于1.0lx时路灯将会点亮。 （3）天色更暗时，光敏电阻接入阻值更大，为了使励磁线圈中的电流大于或等于时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，则需要把励磁线圈限流保护电阻适当调小。 【课堂自测·基础练】 1．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法不正确的是（　　） A．非触摸式自动水龙头自动感应水龙头应用的传感器是压力传感器 B．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用 C．空调在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，是温度传感器的应用 D．电熨斗够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断 【答案】A 【详解】A．利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器而制成的。故A错误，与题意相符； B．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用。故B正确，与题意不符； C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器。故C正确，与题意不符； D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同。故D正确，与题意不符。 故选A。 2．如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95°C刻度线对齐，温度超过95°C，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．控制电路电源的正、负极对调后不会影响自动报警器工作 C．该液体温度计使用水银的主要原因是水银的密度很大 D．如果要降低报警温度，需要将金属丝往上提 【答案】B 【详解】A．电磁铁的南北极由线圈的绕向和电流方向共同决定，电流由正极流向负极，根据电流流向可判断上端为N极，故A错误； B．此控制电路只需使电磁铁通电以带动触点，调换电源的正负极仅改变电磁铁两端的极性，不影响其吸合功能，故B正确； C．液体温度计采用水银的主要原因是水银导电，密度并非选用水银的主要依据，故C错误； D．若要降低报警温度，应使水银更早接触金属丝，需将金属丝适当下移而非上提，故D错误。 故选B。 3．用某热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路，热敏电阻的阻值随温度升高而减小。在某次调试时，报警器达到报警温度后，无论如何调节滑动变阻器的滑片都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后，造成这一现象的原因可能是下列选项中的（　　） A．控制电路中电源的内阻太小 B．工作电路中电源的内阻太小 C．继电器中的线圈匝数太少 D．继电器中弹簧劲度系数太小 【答案】C 【详解】A．小灯泡发光的条件是控制电路中的电流大于等于临界值，若控制电路中电源的内阻过小，则电路中的电流更大，更容易升高到临界值，故A错误； B．工作电路中的电源不影响控制电路的电流，即与工作电路无关，故B错误； C．继电器中线圈匝数过少，电磁铁磁性较弱，电磁铁在到达临界条件的电流时，引力无法将衔铁吸引下来，故C正确； D．继电器中弹簧劲度系数太小时，电磁铁更容易将衔铁吸引下来，更容易使小灯泡发光，故D错误。 故选C。 4．3．图甲为某热敏电阻的阻值R随温度t变化的曲线。利用其可以制作温控报警器，电路的一部分如图乙所示。图中E为直流电源，电动势为10V，内阻不计，当输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警，下列说法正确的是（　　） A．若要求环境温度低于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 B．若要求环境温度低于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 C．若要求环境温度高于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 D．若要求环境温度高于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 【答案】D 【详解】当温度升高时，热敏电阻的阻值将降低，根据闭合电路欧姆定律，有 即电路中电流增大，由外电路的分压原理易知，定值定值的电压必定增大，则热敏电阻的电压降低，依题意，环境温度升高，输出电压升高，报警器报警，所以图中的应使用热敏电阻，若要求环境温度高于60℃开始报警，则由图可知 又 解得 故选D。 5．（多选题）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。如果右侧线圈L2中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K而切断家庭电路，仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（　　） A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量将增加 C．家庭电路中的电器发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 【答案】AD 【详解】AB．分析题意可知，火线和零线中电流等大反向，并行绕制时，线圈L1中产生的磁通量相互抵消，合磁通量为零，线圈L1、L2绕制同一铁芯上，即使用电器增多时，线圈L2中的磁通量同样为零，故A正确，B错误； C．家庭电路中的电器发生短路时，根据闭合电路欧姆定律可知，火线和零线的电流同时增大，合磁通量为零，开关K不会被电磁铁吸起，故C错误； D．地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流变大，线圈L1中的磁通量不为零，线圈L2中的磁通量发生变化，产生感应电流，电磁铁将开关K吸起，故D正确。 故选AD。 6．汽车自动雨刷系统中的雨量感应模块是其核心部件。某物理兴趣小组欲探究一个用于雨量感应的光敏电阻的特性，并设计一个简单的雨量控制模拟电路。 (1)探究光敏电阻的阻值特性 准备实验器材：待测光敏电阻（阻值随光照强度增大而减小），直流电源（），电压表（量程0～5V，内阻约3kΩ），电流表（量程0～3mA，内阻约10Ω），滑动变阻器（最大阻值20Ω），开关，导线若干，用于模拟雨滴的遮光物。 ①小组同学先用多用电表的电阻挡粗略测量光线较弱时光敏电阻的阻值，将选择开关指在电阻挡“×100”倍率，进行正确操作后示数如图甲所示，其读数为__________Ω。 ②为了更精确地测量不同光照强度下光敏电阻的阻值，小组同学设计电路并连接实验器材进行实验。请根据题中所给器材和测量需要，设计合理测量电路，用笔画线代替导线，在图乙中将实物图补充完整__________。 ③小组同学用遮光物模拟雨滴，不同程度地遮挡光敏电阻，以模拟不同雨量。测得无遮挡、轻度遮挡、重度遮挡（模拟小雨、中雨、大雨）三种情况下的图线分别为图丙中的、、，则对应大雨情况的图线是__________（填“”“”或“”）。 (2)设计自动雨刷启动电路 根据以上实验结果，小组同学想利用该光敏电阻设计一个模拟“自动雨刷”的控制电路。其原理是当雨量增大时，控制开关输入电压降低，且在达到中雨级别之前的适当值时，使控制开关输入的电压低于阈值（触发开关工作电压值）2.5V，触发雨刷电机启动。供电电路采用的器材为光敏电阻，定值电阻，，电源电动势，内阻不计。下列选项中可以实现上述控制功能的电路图为__________。 A． B． C． D． 【答案】(1) 1800 (2)C 【详解】（1）[1]多用电表电阻挡读数为指针示数×倍率，因此读数为 [2]滑动变阻器最大阻值仅20Ω，远小于光敏电阻，限流法无法明显改变电压电流，因此采用分压式接法； 光敏电阻为大电阻，满足，因此电流表采用内接法，连线如图： [3]大雨对应重度遮挡，光照最弱，光敏电阻阻值最大，由，相同电压下电流最小，因此对应图线斜率最小的。 （2）AB．控制开关并联在两端，电压，增大时增大，不符合“雨量增大电压降低”的要求，故AB错误； C．由题意雨量增大→遮挡增多→增大，要求增大时控制开关输入电压降低，且中雨之前电压就低于2.5V触发启动。由三种情况下的图线可求得小雨时，同理中雨时，大雨时。 控制开关并联在两端，电压，增大时减小，符合变化规律。令代入得触发对应的（中雨阻值），说明中雨之前就触发，故C正确； D．控制开关并联在两端，令得触发对应，超过中雨才触发，故D错误。 故选C。 7．某探究小组，取片状RFP602型半导体薄膜压力传感器一片，探究其圆形敏感区域受压力F与传感器电阻的变化关系。图示是利用测量数据画出的图线。压力为1N时曲线斜率为24kΩ／N，压力为5N时曲线斜率为1.9kΩ／N，前者是后者的13倍。 (1)由图线数据分析可知，斜率越大，传感器灵敏度就______（填“越高”或“越低”）； (2)利用RFP602型压力传感器，设计一台自动分拣装置，按一定质量标准自动分拣大小物体，如3A等级苹果或3J等级车厘子。甲装置中O2C、O1D为绕转动的杠杆。通过两端的电压激励放大电路吸动衔铁。评价甲、乙两种方案哪种更科学：___________（填“甲”或“乙”），并简要说明理由：______________； (3)某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，利用一块电压表测出每个苹果的质量，且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_______________（填“电阻”、“电阻”或“电源”）两端； (4)若电源长时间未使用，内阻r增大，但电动势不变，为了保证分拣标准质量不变，可以怎样操作：______。 【答案】(1)越高 (2) 甲 甲可以利用杠杆对被控压力进行放大或缩小，使作用在传感器上的压力处于灵敏度最高的区间 (3)电阻 (4)将适当调大 【详解】（1）由题中图像，斜率越大，增大或减少相同的压力时，传感器电阻变化幅度就越大，传感器灵敏度就越高。 （2）[1][2]甲。由题意，传感器压力在1N左右时灵敏度高，甲装置可以在调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准的物体经过托盘秤时，杠杆对传感器的压力为1N左右。 （3）随着苹果质量增大，阻值减小，分压减小，电源电动势不变，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两端。 （4）若电源长时间未使用，内阻增大，但电动势不变，根据闭合电路欧姆定律，有 可知内阻增大，则实际要吸引衔铁打开通道时的电阻偏小，需要的压力偏大，即分拣标准质量将会偏大，为保证标准激励电压不变，可以将适当调大。 8．一物理兴趣小组得到了一个热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），他们想测量该热敏电阻在70℃时的阻值，然后将该热敏电阻接入如图乙所示的电路当中，制作成一个简易火灾自动报警器。 (1)他们用如图甲所示的电路测量该热敏电阻在70℃时的阻值。按图甲连接好电路，定值电阻R1、R3的阻值分别为150Ω和300Ω，在A、B间接入灵敏电流计，先把热敏电阻放入70℃的恒温水中，闭合开关；调节电阻箱，使灵敏电流计示数为零，则此时A、B两点电势________（填“相等”或“不相等”），此时电阻箱的阻值为263.5Ω，则热敏电阻的阻值________Ω（结果保留一位小数）。 (2)图乙中，为使温度在升高到报警温度时，报警器响起，单刀双掷开关c应该接________（填“a”或“b”）。他们先把热敏电阻放入70℃的恒温水中，然后调节滑动变阻器的电阻，直到报警器响起。已知直流电源电动势，内阻不计。若继电器线圈ed电阻为1.5Ω，流过继电器线圈的电流才会使铁片吸合，欲使温度升高到70℃时报警器恰好响起，则滑动变阻器接入电路的阻值应该是________Ω。 【答案】(1) 相等 527.0 (2) a 371.5 【详解】（1）[1][2]题图甲电路的测量原理是电桥平衡，当通过灵敏电流计的电流为0时，电桥平衡，此时A、B两点电势相等，由平衡条件有 解得 （2）[1][2]环境温度升高时，热敏电阻阻值变小，回路中的电流增大，所以在没有报警之前右侧电路应该是断开状态，然后继电器吸合使右侧电路接通，所以单刀双掷开关应该接a，当报警器刚好在70℃时报警，则有 解得。 9．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 【答案】(1)a (2)向右 (3)方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁 【详解】（1）根据图a可以得出，热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，当温度过高时，热敏电阻阻值变小，电路中电流变大电磁铁吸引力变大，衔铁被吸引向a端，要使此时报警铃响，则开关c应该接在a处。 （2）要使报警的温度降低一些，应该减小电路中总电阻，则滑动变阻器滑片应将向右端滑动。 （3）发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警，说明电流都过大或电磁铁太灵敏，故有以下可行方案： 方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁。 10．根据图片回答下列问题 （1）图1、2提供了两种模拟的光控开关电路。实验电路为什么使用三极管？ （2）图1用发光二极管LED模仿路灯，该电路将光照强弱这个非电学量转换为哪个电学量？这个电学量如何通过三极管控制发光二极管LED导通？ （3）图2电路为什么在图1电路的基础上增加继电器(K为继电器的线圈，S为它的常开触点)？二极管D有什么作用？ （4）图1、2模拟光控路灯的工作原理是什么？ （5）分析模拟光控开关路灯的实验现象，可得到什么结论？ （6）光控开关实验中，要使光控开关在天色更暗时才点亮“路灯”，应该如何调节电路？ 【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析；（4）见解析；（5）见解析；（6）见解析。 【详解】（1）在控制电路中，由于光敏电阻的工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，因此一般都需要配置一定的放大电路实现控制。而晶体三极管具有电流放大作用，可配合光敏电阻完成光控开关的作用。 （2）可调电阻与光敏电阻组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻、发光二极管，三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。 （3）图2用小灯泡模仿路灯，小灯泡的功率比图1中的发光二极管LED的功率大得多，为了能够驱动更大功率的负载，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。 （4）当环境光比较强时，光敏电阻的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作，继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。当环境光比较弱时，光敏电阻的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。 （5）当环境光比较强时，发光二极管不工作，小灯泡L不亮。当环境光暗到一定程度时，发光二极管点亮或小灯泡L点亮，实现了光控路灯天亮灯灭，天暗灯亮的目的。 （6）可调电阻的作用是调整，设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流。要使光控开关在天色更暗时才点亮“路灯”，即在光照更弱时，三极管导通，由串联分压关系可知，应把阻值调的更大些。 【素养进阶·提升练】 1．（多选）如图为“电容测厚传感器”系统的原理图．当被轧金属板材的厚度相对于要求值发生变化时，电容传感器的电容C发生变化．C的变化通过测量电路后．一方面由仪表读出板材厚度，另一方面通过反馈电路将偏差信号传送给压力调节器，使板材的厚度控制在规定的范围内．若仅改变电容器的正对面积S或板材厚度h，可使电容C增大的是（    ） A．h减小 B．h增大 C．S减小 D．S增大 【答案】BD 【详解】CD．由可知，在只改变正对面积时，由于，C错误，D正确； AB．在只改变板材厚度h时效果上相当于改变了板间距离，h增大时d减小，而此时，A错误，B正确。 故选BD。 2．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管（当时，间的电阻R可忽略不计，当时，R可视为无穷大），b点的电势由与的比值决定，、中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，请回答下列问题： (1)是___________（选填“光敏电阻”或“定值电阻”）； (2)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路。( ) 【答案】 光敏电阻 【详解】(1)[1]由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁通电，，变小或变大，而白天时光敏电阻阻值变小，所以是光敏电阻； (2)[2]根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，开关应接在火线上，画导线时要避免交叉电路图如图所示 3．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 【答案】(1)a (2)向右 (3)方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁 【详解】（1）根据图a可以得出，热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小，当温度过高时，热敏电阻阻值变小，电路中电流变大电磁铁吸引力变大，衔铁被吸引向a端，要使此时报警铃响，则开关c应该接在a处。 （2）要使报警的温度降低一些，应该减小电路中总电阻，则滑动变阻器滑片应将向右端滑动。 （3）发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警，说明电流都过大或电磁铁太灵敏，故有以下可行方案： 方案一：更换电动势较小的电源，方案二：更换最大阻值较大的滑动变阻器，方案三：更换线圈匝数较少的电磁铁。 4．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 【答案】(1) NTC电阻 PTC电阻 PTC电阻 (2)右 【详解】（1）[1]恒温箱温控电路应确保加热器加热后，温度升高至某温度时继电器中电流达到临界值使得衔铁被吸下，加热电路断开，即温度升高，温控电路中电流增大，因此R1应为NTC电阻。 [2][3]高温报警装置电路则相反，在温度较低时衔铁被吸下，温度升高至某临界温度时衔铁被释放，蜂鸣器所在电路接通，因此继电器所在电路中的电流应随温度的升高而减小，应为PTC电阻。同理，为防止其他元件两端的电压过大即电流过大，应选择阻值随温度升高而增大的热敏电阻即PTC电阻接入汽车电路。 （2）在题图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，即PTC电阻的阻值更小时衔铁被释放，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，应将滑片向右移动少许。 5．某物理实验小组的同学想制作一个温控报警器，他们从网上购买了一个热敏电阻，热敏电阻说明书上标出了该热敏电阻不同温度下的阻值，如下表所示： t/℃ 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 RT/Ω 2400.0 1500.0 1150.0 860.0 435.0 120.0 (1)实验小组的小王同学先用多用电表粗略测量常温下该热敏电阻的阻值，当时环境温度为22℃，他用多用电表电阻挡选“×10”倍率测量时，指针偏转角度太小，则应将倍率更换至___________（选填“×1”或“×100”）挡，换挡后___________（选填“需要”或“不需要”）再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为___________Ω。 (2)实验小组的小张同学又设计如图乙所示的电路来精确测量常温下该热敏电阻的阻值。操作步骤如下： ①正确连接实验电路后，调节滑动变阻器 R的滑片至左端； ②闭合S1、S2，快速调节滑动变阻器R的滑片，使电流表和电压表指针有明显偏转，分别记下电流表、电压表的示数I1、U1； ③保持滑动变阻器 R的滑片位置不动，快速断开S₂，分别记下此时电流表、电压表的示数I2、U2，则待测电阻 ___________（用I1、U1、I2、U2表示）。 小张同学测完电阻后忘记断开开关S1，过一段时间后，小刘同学又重复这一实验，再一次测量常温下热敏电阻的阻值，操作过程和电表读数都完全正确，但测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是___________。 (3)利用该热敏电阻制作温控报警器，其电路原理如图丙所示，图中电源电动势为10V，内阻可不计，报警系统接在 ab之间，当 ab之间的输出电压高于6.0V时，便触发报警器报警，如果要使报警温度达到（ 时报警系统报警，电阻箱应调到___________Ω，如果要使报警温度更高一点，应该将电阻箱的电阻调___________（选填“大”或“小”）一点。 【答案】(1) ×100 需要 1400 (2) 忘记断开开关S₁，电流通过热敏电阻，温度升高后电阻阻值减小 (3) 180 小 【详解】（1）[1] 说明所测电阻阻值较大，所选挡位太小，为准确测量电阻阻值，应选“×100”挡位； [2] [3] 换挡后需要再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为14×100Ω＝1400Ω （2）[1] 由题意可知， 解得 [2] 测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是忘记断开开关S₁，电流通过热敏电阻，温度升高后电阻阻值减小。 （3）[1] 若要求开始报警时环境温度为60℃，此时，由 解得电阻箱阻值应调为 [2] 如果要使报警温度更高一点，热敏电阻的阻值更小，由 得，应该将电阻箱的电阻调小。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3. 利用传感器制作简单的自动控制装置 【知识梳理】 1 一、 门窗防盗报警装置 1 二、 光控开关 2 【重难探究】 2 探究1 　探究门窗防盗报警装置 2 探究2 光控开关 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 门窗防盗报警装置 1．要实现的功能： 连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。 2．器材： 电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。 器材的作用： 干簧管：起到传感器和控制开关的作用，将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。 继电器：自动的双向开关。 蜂鸣器：报警装置。 发光二极管：电路正常工作的指示灯。 3．设计电路： 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。此时，蜂鸣器不发声。 当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。此时，发光二极管LED不发光。 知识点2 光控开关 1．要实现的功能： 连接好电路，启动含有光控开关的电路。在天色暗到一定程度时路灯自动开启，在天明时自动熄灭。 2．器材： 发光二极管LED、光敏电阻RG、限流电阻R2、可调电阻R1、三极管、继电器、小灯泡、电源。 器材的作用： 三极管：具有电流放大作用，配合光敏电阻完成光控开关的任务，具有完成断路和接通的开关作用。 发光二极管LED：模仿路灯。 可调电阻：调整、设定电路对周边光亮度的反应，控制三极管的基极电流。 3．设计电路： （1）电路1： 可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时点亮路灯。 （2）电路2： 如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。 （3）工作原理： 当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡 【重难探究】 探究1 　探究门窗防盗报警装置 【探究导入】 1、装置功能与原理 · （1）功能：门窗紧闭时，指示灯亮、蜂鸣器不响；门窗被打开时，蜂鸣器报警、指示灯灭。 · （2）核心原理：利用干簧管（SA）作为磁场传感器，将门窗的相对位置转换为电路通断；继电器作为执行装置，实现电路切换。 2、关键元件与参数 元件 作用 规格型号 干簧管 SA 传感器，感知磁场 常开型 继电器 K 执行装置，切换电路 JQX-14FC 5V 发光二极管 LED 正常工作指示灯 绿色 限流电阻 R 保护 LED 330 Ω 蜂鸣器 H 报警提醒 有源型 电源 供电 6V干电池 小磁体 M 提供磁场 - 开关 S 控制电路通断 - 3、电路工作逻辑 （1）门窗紧闭（磁体靠近干簧管）：干簧管接通→继电器线圈得电→动触点c与常开触点a接通→LED亮、蜂鸣器不响。 （2）门窗开启（磁体离开干簧管）：干簧管断开→继电器线圈失电→动触点c与常闭触点b接通→蜂鸣器 H报警、LED灭。 4、实验操作步骤 （1）用磁体靠近干簧管，检查其簧片能否正常动作。 （2）按电路图连接所有元件。 （3）接通电源，将磁体靠近和离开干簧管，观察 LED 与蜂鸣器的状态变化。 【探究归纳】该门窗防盗报警装置以干簧管为磁场传感器、继电器为执行装置，通过磁体控制电路通断，实现 “门窗闭则灯亮、门窗开则报警” 的功能。 【典例赏析】 [例1]图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　） A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 　【针对训练】 1（多选）在今年4月份居家躲避新冠疫情期间，张华同学利用网课的课余时间，结合所学传感器、电路的有关知识，自己在家设置了一个火警报警装置，他设计的电路如图所示，为热敏电阻，温度升高时，急剧减小，当电铃两端电压低于某一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是（　　） A．若试验时发现当有火时装置不响，应把的滑片P向下移 B．若试验时发现当有火时装置不响，应把的滑片P向上移 C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低 D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高 2．门窗防盗报警装置 （1）实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器（虚线框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。 （2）电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，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。 （3）实验操作 ①检查干簧管：用_____直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ②连接电路：连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 ③接通电源后，将_____，分别观察实验现象。 探究2 光控开关 【探究导入】 情境探究 1、装置功能与原理 （1）功能：利用光敏电阻实现光控开关，天色暗到一定程度时自动点亮 “路灯”，天明时自动熄灭。 （2）核心原理：光敏电阻 RG​ 的阻值随光照强度变化，通过与可调电阻 R1​ 组成的分压电路，将光照变化转换为电压变化，控制三极管的导通与截止，进而驱动 LED 或继电器实现开关控制。 2、关键元件与参数 元件 作用 规格型号 可调电阻 R1​ 设定光控阈值，调整三极管基极电流 最大电阻 51 kΩ 限流电阻 R2​ 保护发光二极管 LED 330 Ω 光敏电阻 RG​ 光传感器，暗电阻>1 MΩ，亮电阻 < 3 kΩ - 三极管 VT 电流放大与电子开关，型号 8050 8050 发光二极管 LED 模拟路灯指示灯 红色 继电器 K 驱动大功率负载（如小灯泡） HRS1H-S 5V或JQX-14FC 5V 小灯泡 L 模拟大功率路灯 6V 0.3A 二极管 D 保护三极管，释放继电器自感电流 1N4001 电源 供电 6V干电池 3、电路工作逻辑 （1）光照强（白天）：RG阻值小→三极管基极电压低→三极管截止→LED不亮，继电器常开，小灯泡L不亮。 （2）光照弱（夜晚）：RG阻值大→三极管基极电压高→三极管导通→LED 点亮，或继电器吸合点亮小灯泡 L。 可调电阻R1：阻值调大时，需要更暗的环境才能触发导通，即“天更暗时才亮灯”。 4、实验操作步骤 （1）按电路图连接电路，检查无误后接通电源。 （2）强光照射RG，调节R1使LED 或小灯泡刚好不亮。 （3）遮挡 RG减弱光照，观察LED或小灯泡是否发光。 （4）增强光照，观察LED或小灯泡是否熄灭。 【探究归纳】光控开关实验利用光敏电阻感知光照变化，通过三极管放大与开关作用，实现 “天亮灯灭、天黑灯亮”的自动控制，可调电阻用于设定触发阈值。 [例2]（多选）如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当中通过的电流较小时，电磁铁磁性弱，A与B接线柱接通；当中通过的电流增大到一定数值时，C与B接线柱接通。图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开、关的电路图，虚线框内为电磁继电器接入电路时的符号（M、N两接线柱分别与电磁继电器中接线柱A或C连接）。R为光敏电阻（光敏电阻阻值随光照强度增大而减小），为可调电阻，为保护电阻。开关S闭合，在光线暗时对路灯L供电，光线亮时对路灯L断电并同时接通LED。下列说法中正确的是（　　） A．为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的C接线柱应与图乙中M接线柱连接 B．为更好的节能环保，天色更暗时对路灯自动供电，可将的阻值调小 C．随着电池的使用，电池电动势降低，内阻增大，路灯在天色更（亮）时就会自动供电 D．当LED出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作 [例3】】某同学用光敏电阻制作了光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。该同学找到了一个光敏电阻，经查阅资料，得到光敏电阻阻值与照度的关系图像如图甲所示。 （1）该同学准备了如下实验器材： 直流电源（电动势3V，内阻不计）； 电阻箱； 电阻箱； 电阻箱； 光敏电阻； 开关及导线若干。 （2）照明电路控制原理是：当1、2两端电压大于等于2V时，控制开关启动照明系统。请在虚线框内完成电路原理图______（不考虑控制开关对所设计电路的影响），要求在照度小于等于1.0lx时，启动照明系统。 （3）实验时所选用的电阻箱为______（选填“”“”或“”），应把该电阻箱阻值调为______kΩ，如果想让照明系统在更低的照度下启动，需要把电阻箱阻值调______（选填“大”或“小”）。 【针对训练】 3（多选）如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；J为继电器的线圈，为它的常开触点，下列说法正确的是（　　） A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮 B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把的阻值调大些 C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些 D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路 4．为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。光敏电阻是阻值随光的照度变化而发生变化的元件（物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为1x）。某光敏电阻在不同照度下的阻值变化如下表： 照度 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 (1)表中数据说明光敏电阻的阻值随着光照的增强而______（填“增大”或“减小”）； (2)某种路灯自动控制装置，就是采用上述类型的光敏电阻作为传感器，再借助电磁开关，实现控制路灯自动在白天关闭，黑夜打开。某种电磁开关的内部结构如下图所示。其中，1、2两接线柱连接励磁线圈（励磁线圈电阻忽略不计），3、4两接线柱相当于路灯的开关，分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中的电流大于或等于时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当励磁线圈中的电流小于时，3、4接通。现在把直流电源（电动势，内阻忽略不计）、励磁线圈限流保护电阻（调节到）、光敏电阻通过导线开关依次连接到1、2两接线柱与励磁线圈组成电路。闭合开关，如下图所示。则在天色渐暗时，照度低于______lx时路灯将会点亮。 (3)为了更加节能和环保，设计让天色更暗时，路灯点亮，应该把励磁线圈限流保护电阻适当调______（选填“大”或“小”）。 【课堂自测·基础练】 1．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法不正确的是（　　） A．非触摸式自动水龙头自动感应水龙头应用的传感器是压力传感器 B．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用 C．空调在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，是温度传感器的应用 D．电熨斗够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断 2．如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95°C刻度线对齐，温度超过95°C，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．控制电路电源的正、负极对调后不会影响自动报警器工作 C．该液体温度计使用水银的主要原因是水银的密度很大 D．如果要降低报警温度，需要将金属丝往上提 3．用某热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路，热敏电阻的阻值随温度升高而减小。在某次调试时，报警器达到报警温度后，无论如何调节滑动变阻器的滑片都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后，造成这一现象的原因可能是下列选项中的（　　） A．控制电路中电源的内阻太小 B．工作电路中电源的内阻太小 C．继电器中的线圈匝数太少 D．继电器中弹簧劲度系数太小 4．图甲为某热敏电阻的阻值R随温度t变化的曲线。利用其可以制作温控报警器，电路的一部分如图乙所示。图中E为直流电源，电动势为10V，内阻不计，当输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警，下列说法正确的是（　　） A．若要求环境温度低于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 B．若要求环境温度低于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 C．若要求环境温度高于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 D．若要求环境温度高于60℃开始报警，应使用热敏电阻，的阻值应为 5．（多选题）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。如果右侧线圈L2中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K而切断家庭电路，仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（　　） A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量将增加 C．家庭电路中的电器发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 6．汽车自动雨刷系统中的雨量感应模块是其核心部件。某物理兴趣小组欲探究一个用于雨量感应的光敏电阻的特性，并设计一个简单的雨量控制模拟电路。 (1)探究光敏电阻的阻值特性 准备实验器材：待测光敏电阻（阻值随光照强度增大而减小），直流电源（），电压表（量程0～5V，内阻约3kΩ），电流表（量程0～3mA，内阻约10Ω），滑动变阻器（最大阻值20Ω），开关，导线若干，用于模拟雨滴的遮光物。 ①小组同学先用多用电表的电阻挡粗略测量光线较弱时光敏电阻的阻值，将选择开关指在电阻挡“×100”倍率，进行正确操作后示数如图甲所示，其读数为__________Ω。 ②为了更精确地测量不同光照强度下光敏电阻的阻值，小组同学设计电路并连接实验器材进行实验。请根据题中所给器材和测量需要，设计合理测量电路，用笔画线代替导线，在图乙中将实物图补充完整__________。 ③小组同学用遮光物模拟雨滴，不同程度地遮挡光敏电阻，以模拟不同雨量。测得无遮挡、轻度遮挡、重度遮挡（模拟小雨、中雨、大雨）三种情况下的图线分别为图丙中的、、，则对应大雨情况的图线是__________（填“”“”或“”）。 (2)设计自动雨刷启动电路 根据以上实验结果，小组同学想利用该光敏电阻设计一个模拟“自动雨刷”的控制电路。其原理是当雨量增大时，控制开关输入电压降低，且在达到中雨级别之前的适当值时，使控制开关输入的电压低于阈值（触发开关工作电压值）2.5V，触发雨刷电机启动。供电电路采用的器材为光敏电阻，定值电阻，，电源电动势，内阻不计。下列选项中可以实现上述控制功能的电路图为__________。 A． B． C． D． 7．某探究小组，取片状RFP602型半导体薄膜压力传感器一片，探究其圆形敏感区域受压力F与传感器电阻的变化关系。图示是利用测量数据画出的图线。压力为1N时曲线斜率为24kΩ／N，压力为5N时曲线斜率为1.9kΩ／N，前者是后者的13倍。 (1)由图线数据分析可知，斜率越大，传感器灵敏度就______（填“越高”或“越低”）； (2)利用RFP602型压力传感器，设计一台自动分拣装置，按一定质量标准自动分拣大小物体，如3A等级苹果或3J等级车厘子。甲装置中O2C、O1D为绕转动的杠杆。通过两端的电压激励放大电路吸动衔铁。评价甲、乙两种方案哪种更科学：___________（填“甲”或“乙”），并简要说明理由：______________； (3)某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，利用一块电压表测出每个苹果的质量，且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_______________（填“电阻”、“电阻”或“电源”）两端； (4)若电源长时间未使用，内阻r增大，但电动势不变，为了保证分拣标准质量不变，可以怎样操作：______。 8．一物理兴趣小组得到了一个热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），他们想测量该热敏电阻在70℃时的阻值，然后将该热敏电阻接入如图乙所示的电路当中，制作成一个简易火灾自动报警器。 (1)他们用如图甲所示的电路测量该热敏电阻在70℃时的阻值。按图甲连接好电路，定值电阻R1、R3的阻值分别为150Ω和300Ω，在A、B间接入灵敏电流计，先把热敏电阻放入70℃的恒温水中，闭合开关；调节电阻箱，使灵敏电流计示数为零，则此时A、B两点电势________（填“相等”或“不相等”），此时电阻箱的阻值为263.5Ω，则热敏电阻的阻值________Ω（结果保留一位小数）。 (2)图乙中，为使温度在升高到报警温度时，报警器响起，单刀双掷开关c应该接________（填“a”或“b”）。他们先把热敏电阻放入70℃的恒温水中，然后调节滑动变阻器的电阻，直到报警器响起。已知直流电源电动势，内阻不计。若继电器线圈ed电阻为1.5Ω，流过继电器线圈的电流才会使铁片吸合，欲使温度升高到70℃时报警器恰好响起，则滑动变阻器接入电路的阻值应该是________Ω。 9．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 10．根据图片回答下列问题 （1）图1、2提供了两种模拟的光控开关电路。实验电路为什么使用三极管？ （2）图1用发光二极管LED模仿路灯，该电路将光照强弱这个非电学量转换为哪个电学量？这个电学量如何通过三极管控制发光二极管LED导通？ （3）图2电路为什么在图1电路的基础上增加继电器(K为继电器的线圈，S为它的常开触点)？二极管D有什么作用？ （4）图1、2模拟光控路灯的工作原理是什么？ （5）分析模拟光控开关路灯的实验现象，可得到什么结论？ （6）光控开关实验中，要使光控开关在天色更暗时才点亮“路灯”，应该如何调节电路？ 【素养进阶·提升练】 1．（多选）如图为“电容测厚传感器”系统的原理图．当被轧金属板材的厚度相对于要求值发生变化时，电容传感器的电容C发生变化．C的变化通过测量电路后．一方面由仪表读出板材厚度，另一方面通过反馈电路将偏差信号传送给压力调节器，使板材的厚度控制在规定的范围内．若仅改变电容器的正对面积S或板材厚度h，可使电容C增大的是（    ） A．h减小 B．h增大 C．S减小 D．S增大 2．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管（当时，间的电阻R可忽略不计，当时，R可视为无穷大），b点的电势由与的比值决定，、中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，请回答下列问题： (1)是___________（选填“光敏电阻”或“定值电阻”）； (2)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路。( ) 3．某热敏电阻的阻值随温度t的变化如图（a）所示，图（b）是某研究小组利用此热敏电阻作为传感器制作温度报警器的电路图。当线圈的电流达到一定值时，衔铁被吸合，报警器铃响。 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在____________（填“a”或“b”）端。 (2)若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P____________（填“向左”或“向右”）移动。 (3)该研究小组在调试报警温度时，发现将报警器放在预定报警温度的环境时，无论如何调节滑动变阻器，报警器都一直报警。请你提出一种合理的解决方案：____________。 4．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 5．某物理实验小组的同学想制作一个温控报警器，他们从网上购买了一个热敏电阻，热敏电阻说明书上标出了该热敏电阻不同温度下的阻值，如下表所示： t/℃ 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 RT/Ω 2400.0 1500.0 1150.0 860.0 435.0 120.0 (1)实验小组的小王同学先用多用电表粗略测量常温下该热敏电阻的阻值，当时环境温度为22℃，他用多用电表电阻挡选“×10”倍率测量时，指针偏转角度太小，则应将倍率更换至___________（选填“×1”或“×100”）挡，换挡后___________（选填“需要”或“不需要”）再进行欧姆调零，正确操作后多用电表指针如图甲所示，读出常温下该热敏电阻的阻值为___________Ω。 (2)实验小组的小张同学又设计如图乙所示的电路来精确测量常温下该热敏电阻的阻值。操作步骤如下： ①正确连接实验电路后，调节滑动变阻器 R的滑片至左端； ②闭合S1、S2，快速调节滑动变阻器R的滑片，使电流表和电压表指针有明显偏转，分别记下电流表、电压表的示数I1、U1； ③保持滑动变阻器 R的滑片位置不动，快速断开S₂，分别记下此时电流表、电压表的示数I2、U2，则待测电阻 ___________（用I1、U1、I2、U2表示）。 小张同学测完电阻后忘记断开开关S1，过一段时间后，小刘同学又重复这一实验，再一次测量常温下热敏电阻的阻值，操作过程和电表读数都完全正确，但测出的热敏电阻的阻值却比小张同学测出的值偏小，最可能的原因是___________。 (3)利用该热敏电阻制作温控报警器，其电路原理如图丙所示，图中电源电动势为10V，内阻可不计，报警系统接在 ab之间，当 ab之间的输出电压高于6.0V时，便触发报警器报警，如果要使报警温度达到（ 时报警系统报警，电阻箱应调到___________Ω，如果要使报警温度更高一点，应该将电阻箱的电阻调___________（选填“大”或“小”）一点。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $