鲁科版高考物理一轮总复习第14章实验19制作简单的自动控制装置课时学案

这是一份鲁科版高考物理一轮总复习第14章实验19制作简单的自动控制装置课时学案，共8页。学案主要包含了自主解答，核心归纳等内容，欢迎下载使用。


1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
2．光报警装置实验中，光敏电阻的特性选择是否合适，否则继电器不能正常工作。
3．光报警装置实验中，要想光更弱时蜂鸣器报警，应该把滑动变阻器的阻值调小些。
4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把滑动变阻器的阻值调小些。
考点1 用光传感器设计控制电路
典例 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表所示，根据表中已知数据，在如图甲所示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1.0 lx 时的电阻约为________ kΩ。
甲
(2)街道路灯自动控制模拟电路如图乙所示，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________(选填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件。
乙
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________ Ω。已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合。图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(选填“R1”“R2”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(选填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
丙
【自主解答】
解析：(1)根据题图甲直接读出照度为1.0 lx 时的电阻约为2.0 kΩ。
(2)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，所以白天光敏电阻的阻值小，电路中的电流大，电磁铁将被吸住，动触点与C接通；晚上光线暗，光敏电阻的阻值大，电路中的电流小，动触点与A接通。所以要达到晚上灯亮、白天灯灭的效果，路灯应接在A、B之间。
(3)欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10 Ω”，所以电阻值是14×10 Ω＝140 Ω；天色渐暗照度降低至 1.0 lx 时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2.0 kΩ，电路中的电流是2.0 mA，R＝eq \f(E,I)－R光＝1 000 Ω，所以要选择滑动变阻器R3。由于光变暗时，光敏电阻变大，分得的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻。
答案：(1)2.0 (2)A、B 如图所示
(3)140 R3 减小
考点2 用温度传感器设计控制电路
典例 (2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃ 升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
甲
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(结果保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图乙所示。
乙
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图乙可知，此时室温为________ ℃(结果保留3位有效数字)。
丙
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图丙所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一定值电阻的阻值应为________kΩ(结果保留2位有效数字)。
【自主解答】
解析：(1)根据题意利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系，设计电路。由于电压表为理想电表，所以应采用电流表外接电路。由于滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω，远小于热敏电阻阻值，所以应采用滑动变阻器分压接法。
(2)若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为 5.5 V和3.0 mA，由欧姆定律可得此时热敏电阻的阻值为R＝eq \f(U,I)＝1.8 kΩ。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由题图乙可知，对应图线中纵坐标值为2.2 kΩ点的横坐标值为25.5 ℃，所以此时室温为25.5 ℃。
(4)由串联电路规律，eq \f(E,R1＋R2)＝eq \f(U,R2)，即 eq \f(10 V,R1＋R2)＝eq \f(6 V,R2)，要求开始报警时环境温度为50 ℃，对应图线中横坐标值为50 ℃点的纵坐标值为0.8 kΩ，则图中R1应使用热敏电阻，由 eq \f(10 V,R1＋R2)＝eq \f(6 V,R2) 可得另一定值电阻的阻值应为R2＝1.2 kΩ。
答案：(1)如图所示
(2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
考点3 实验的改进与创新
典例 (1)如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间电器的总开关接通，房客便能使用室内的各种用电器。当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
甲 乙
【自主解答】
解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，房间内所有的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。
(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在的电路与交流电源接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10连接起来，构成正常的电门卡电路，如图所示。
答案：(1)开关 (2)见解析图
【核心归纳】
突破创新考点
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.8
2.3
1.8
实验原理
(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)
(2)其工作过程如图所示
拓展应用
(1)压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)
(2)气敏电阻：将气体浓度转换为电学量(电阻)
(3)光电管：将所收到的光信号转换为电信号
(4)电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)
(5)霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压)
(6)弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)
方法突破
(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等
(2)输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律
(4)执行机构工作分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程