12.3利用传感器制作简单的自动控制装置（原卷版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

这是一份12.3利用传感器制作简单的自动控制装置（原卷版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养，共17页。试卷主要包含了热敏电阻的特性，光敏电阻的特性等内容，欢迎下载使用。
12.3利用传感器制作简单的自动控制装置一、热敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用    表进行测量和观察．图12．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、   、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤(1)按图1连接好电路；(2)把多用电表置于    挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下      和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．4.数据处理图2在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．5．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而    ，随温度的降低而   ．6．注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．二、光敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用   表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、    、滑动变阻器、导线、电源．图33．实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值   ；(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为    这个电学量．6．注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零．热敏电阻的特性和应用例题1.某小组设计了一个温控装置如图所示，一理想自耦变压器的原线圈与有效值不变的正弦交流电源相连接，副线圈上接有1个指示灯泡L和热敏电阻，已知温度升高热敏电阻减小，灯泡L的额定电压大于交流电压的有效值。下列分析判断正确的是（　　）A．当滑动触头P向下移动时，灯泡L变亮B．当滑动触头P向下移动时，输入电流增大C．当滑动触头P不动时，若热敏电阻所处的环境温度升高，则指示灯变亮D．当滑动触头P不动时，若热敏电阻所处的环境温度升高，则指示灯亮度不变 （多选）药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是（   ）A．温度升高，报警器两端电压减小B．温度降低，热敏电阻的热功率一定增大C．滑动变阻器取值大，报警器不容易报警D．滑动变阻器取值与报警器是否容易报警无关2020年，新冠肺炎蔓延全球，额温枪测量体温成为小区、商场常态。测温枪中常用的测温元器件是热敏电阻。（1）若由实验测得该热敏电阻两端的电压U与通过它的电流I的关系如图乙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度的升高______（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”）。（2）该小组设计了如图丙所示的电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势，内阻忽略不计，，热敏电阻的阻值与温度的关系如图丁所示。由此可知温度越高，电压表示数______（选填“越大”或“越小”）；闭合开关后，发现电压表示数为，则热敏电阻的温度为______℃（保留一位小数）。对光敏电阻的特性和应用的考查例题2.图中光敏电阻没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大；有光照射（或光较强）时，阻值较小。如图所示，现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路，用于公路照明。下列说法正确的是（　　）A．白天光照越强，电磁铁的磁性越强B．白天流过的电流大于晚上流过的电流C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能D．低压直流电源的总功率晚上比白天的大为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，如图为电路原理图。图中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，R为可变电阻，RG为光敏电阻，其在不同照度下的阻值如下表（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。若控制开关两端电压升至2V时将自动开启照明系统，则以下说法正确的是（　　）照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻RG/k754028232018 A．若将R接入电路的阻值调整为20 k，则当照度降低到0 lx时启动照明系统B．若要使照明系统在照度降低到0.8 lx时启动，则要将R接入电路的阻值调整为46 kC．R接入电路的阻值不变时，照度越大，控制开关两端的电压越大D．若要在光照更暗时启动照明系统，应将R接入电路的阻值调大如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是（　　）A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间C．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间其他传感器的应用例题3.（多选）压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置。如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电压表示数为，电源内阻不能忽略，若在某个运动过程中，电压表的示数变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　）A．0对间内电梯内的物体处于超重状态B．时间内电梯内的物体处于失重状态C．～时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态D．时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态（多选）传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的是（　　）A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流B．若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，关于该电饭锅，下列说法错误的是（   ）A．在材料的“居里点”，感温铁氧体的磁性最强B．煮饭时按下开关，由于常温下感温铁氧体体具有较强的磁性，永磁体被吸引，手松开后开关按钮不会跳起C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会达到103℃，这时感温铁氧体失去铁磁性，开关按钮会跳起D．在一个标准大气压下用电饭锅烧水，只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮不会跳起 1. 下列有关传感器的说法中错误的是（　　）A．霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器B．光电鼠标利用了光传感器C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器D．2020年初新冠肺炎疫情防控阻击战中，枪式测温仪成了体温检测的“哨兵”，是利用了温度传感器2. （多选）如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，下列说法中正确的是（　　）A．电势差的大小仅与磁感应强度有关B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φDC．仅增大电流I时，电势差变大D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平3. 某实验小组要利用热敏电阻制作一个温度计，设计的电路图如图甲所示。实验室提供的器材如下：A．电源（电动势为1.5V，内阻不计）B．电源（电动势为6.0V，内阻不计）C．电压表V（量程为3V，内阻为）D．定值电阻（阻值为）E．定值电阻（阻值为）F．开关、导线若干所用热敏电阻的阻值随温度变化的数据如下表：20.030.040.050.060.070.080.0900.0725.0486.0360.0293.0252.0220.0 （1）为使20℃~80℃范围内的温度在电压表的表盘上有最佳显示，电源应选用__________，定值电阻应选用___________（填器材前的字母序号）；（2）请在如图乙所示的电压表表盘上标出20℃、50℃、70℃对应的位置。(    )4. 电子体温计（图1）正在逐渐替代水银温度计。电子体温计中常用的测温元器件是热敏电阻。某物理兴趣小组制作一简易电子体温计，其原理图如图2所示。（1）兴趣小组测出某种热敏电阻的I－U图像如图3所示，那么他们应该选用图______电路（填“甲”或“乙”）；（2）现将上述测量的两个相同的热敏电阻（伏安特性曲线如图3所示）和定值电阻、恒压电源组成如图4所示的电路，电源电动势为6V，内阻不计，定值电阻，热敏电阻消耗的电功率为______W（结果保留3位有效数字）；（3）热敏电阻的阻值随温度的变化如图5所示，在设计的电路中（如图2所示），已知电源电动势为5.0V（内阻不计），电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动（导通）电压为3.0V，即发光二极管两端电压时点亮，同时电铃发声，红色发光二极管启动后对电路电阻的影响不计。实验要求当热敏电阻的温度高于时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻______（填“”或“”）为定值电阻，其阻值应调为______Ω（结果保留3位有效数字）。5. 由半导体材料制成的热敏电阻阻值会随温度的变化而变化。利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50℃。所用器材有：A．直流电源（，内阻不计）；B．恒温箱加热器的电源；C．电流表（量程，内阻约）；D．电压表（量程，内阻约）；E.热敏电阻；F. 继电器（电阻300Ω）；G.滑动变阻器（最大阻值）；H.单刀单掷开关；I.导线若干。（1）用图（a）所示电路测量热敏电阻的阻值。当温度为27℃时，电压表读数为30.0V，电流表读数为15.0mA；当温度为50℃时，调节变阻器，使电压表读数仍为30.0V，电流表指针位置如图（b）所示，此时热敏电阻的阻值为__________，该电路测得的阻值比真实值__________（填“偏大”或“偏小”）。由以上实验数据可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而__________（填“增大”或“减小”）。（2）现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图（c）所示，继电器的电阻为300Ω。当线圈的电流大于或等于30mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则①应该把恒温箱内的加热器接在________（填“A、B端”或“C、D端”）。②如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R1的阻值应调节为________Ω。6. 某小组研究光敏电阻阻值随光照强度的变化规律。实验已选用了规格和量程合适的器材。（1）用多用电表粗测光敏电阻在实验室正常光照条件下的阻值。选择×1k倍率的欧姆挡，将两表笔短接，调节_________旋钮，使指针指在“0”处。将两表笔与光敏电阻连接，测量的示数如图甲，则其电阻为___________。（2）按图乙连接好电路进行测量。①合开关S前，将电阻箱R调至__________（选填“最大值“或“最小值”）。将一光源对准光敏电阻的透光窗口，利用手机软件测量光敏电阻所处位置的光照强度。闭合开关S，调节电阻箱R，使电压表（可视为理想电表）的指针偏转到某一位置。待示数稳定后记录此时的光照强度，电压表的示数U和R0。断开开关S。已知电源电动势为E，内阻可以忽略不计，则此时光敏电阻阻值RL=___________。②改变光敏电阻处的光照强度，测量不同光照强度下的光敏电阻阻值，并据此绘出如图丙的关系图线，可以大致得到光敏电阻阻值随光照强度的变大而___________。 7. 为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx）。（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图像可求出照度为0.6lx时的电阻约为______kΩ。照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ5.83.7 2.32.01.8 （2）如图乙，是街道路灯自动控制设计电路，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________（填“AB”或“BC”）之间。（3）用多用电表“×10 Ω”档，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，则线圈的电阻为________Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：R1（0～200Ω，1A）、R2（0～2000Ω，0.1A）。要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________（填“R1”、“R2”）。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动阻变阻器的滑片向________（填“左”或“右”）端移动。 8. 如图所示，部分用光敏电阻R和继电器组成的一个简单照明自动控制电路，能够实现“日出路灯熄，日落路灯亮”。继电器的电阻为，当线圈的电流大于或等于时，继电器的衔铁被吸合，照明电路自动断开。继电器线圈供电的电池电动势，内阻不计。光敏电阻阻值随光照度变化关系如下表：光照度/0.010.021550500光敏电阻/8004005025102 已知光线越好，光照度数值越大。自动控制电路设计使当光照度数值小于时路灯亮起。(1)电路中除电磁继电器、电源、光敏电阻R外，还需滑动变阻器，下列两个滑动变阻器应选择___________（填标号）。A．滑动变阻器（阻值范围、额定电流）B．滑动变阻器（阻值范围、额定电流）(2)请根据要求，完善电路中控制电路部分___________。(3)为节约能源，可以使光照度数值小于时路灯亮起，可直接调整滑动变阻器，使阻值___________（选填“调大”或“调小”）。9. 压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源，后者是传感器自身可以产生电压，不需要外加电源。为了探究某压电型压力传感器的输出电流与其所受正压力之间的关系，某兴趣小组的同学做了如下实验，将压力传感器水平放置，接入如图甲所示的电路，其上放置一与压力传感器上表面面积接近的平整薄硬木板（使压力传感器上表面受力均匀），电流表是量程为、内阻为的灵敏电流表。当在木板上放置重物时，因为压力传感器受到正压力，其两端将产生输出电压，此时压力传感器相当于不计内阻的电源，记录放置不同数量的重物产生的压力与此时通过电流表的电流，并绘制图像，已知重物的质量均相同，压力传感器产生的输出电压与受到的正压力成正比。（1）测量结束后得到重物个数与所读的电流表示数之间的关系如表格所示，表中数据中明显存在错误的一组是第______组。（填重物个数，重物个数即为实验组数）重物个数个12345电流表示数0.220.430.60.841.00 （2）根据表格中的数据在图乙所示坐标系中描绘出电流随重物个数变化的图线______。图线不过原点的原因是______。（3）通过查询实验所用压力传感器的参数，发现铭牌上的参数显示其正常工作压力范围为，对应输出电压范围为。而实验室只提供5个的重物，取，若忽略薄硬木板的质量，则要想使重物全部放入时灵敏电流表恰好满偏，则电阻的阻值应为______。（4）若将两个相同的压力传感器按图丙方式放置连接（不计传感器和薄硬木板的重力），放上相同质量的重物后，甲、丙两图中电流表示数之比为______。10. 市面上有一种铜热电阻温度传感器Cu50（如图甲所示），铜热电阻封装在传感器的探头内。某物理兴趣小组查到了热电阻Cu50的阻值随温度变化的一些信息，并绘制出了如图乙所示图像。该小组想利用这种传感器制作一个温度计，他们准备的实验器材如下：干电池，电动势为1.5V，内阻不计；灵敏毫安表，量程20mA，内阻为15Ω；电阻箱；开关、导线若干。（1）若直接将干电池、开关、灵敏毫安表、铜热电阻温度传感器Cu50串接成一个电路作为测温装置，则该电路能测的最低温度为_________℃。（2）该实验小组为了使温度从0°℃开始测量，又设计了如图丙所示的电路图，其中R为铜热电阻，R1为电阻箱，并进行了如下操作：a.将传感器探头放入冰水混合物中，过一段时间后闭合开关，调节电阻箱R1，使毫安表指针满偏，此时R1＝_____Ω；b.保持电阻箱的阻值不变，把传感器探头放入温水中，过一段时间后闭合开关，发现毫安表的读数为18.0mA，则温水的温度为________。（保留2位有效数字）c.写出毫安表的电流值I（A）和温度t（℃）的关系式_________。d.根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值，这样就可以通过毫安表的表盘直接读出被测物体的温度。（3）若干电池用久了后其电动势不变，而内阻明显变大，其他条件不变。若使用此温度计前按题（2）中a步骤的操作进行了调节，仍使毫安表指针满偏；测量结果将会_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。