2024年高考物理第一轮复习课件：第十二章 实验十三　利用传感器制作简单的自动控制装置

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第十二章 实验十三　利用传感器制作简单的自动控制装置，共33页。PPT课件主要包含了教材原型实验，热敏电阻的应用，光敏电阻的应用，实验创新设计，压力传感器的应用，0×104，电磁传感器的应用等内容，欢迎下载使用。

1．实验目的(1)了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性。(2)学会传感器的简单使用。2．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)其工作过程如下图所示。3．实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
4．实验过程(1)研究热敏电阻的热敏特性①将热敏电阻放入烧杯的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。
②在下表中记录水的温度与热敏电阻的阻值。③改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R-T图像中，得到的图线如图乙所示。
(2)研究光敏电阻的光敏特性①将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，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指示电阻阻值的情况，并记录。
④用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针指示电阻阻值的情况，并记录。把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。5．结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而变小，随温度的降低而变大；光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。
1．误差分析误差主要来源于温度计和欧姆表的读数。2．注意事项(1)在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。(2)光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏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。(3)欧姆表每次换挡后都要重新进行电阻调零。
【例1】　某同学通过实验制作一简易温控开关，实验原理图如图所示，当继电器电流超过10 mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻与温度t的关系如下表所示。
(1)提供的实验器材如下：电源E1(2．5 V，内阻不计)；电源E2(6 V，内阻不计)；滑动变阻器R1(0～20 Ω)；滑动变阻器R2(0～200 Ω)；热敏电阻RT；电阻箱(0～999．9 Ω)；开关S，导线若干。
为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任意温度的控制，电源应选________(选填“E1”或“E2”)；滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”)；(2)欲使热敏电阻为40 ℃时衔铁吸合，下列操作步骤正确的顺序是________。①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用变阻箱替换热敏电阻，将变阻箱电阻调至145．4 ΩA．⑤④②③①　　　　B．③⑤④②①C．①④⑤②③ D．④⑤②③①
[解析]　(1)为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任意温度的控制，滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻变化，故R>150 Ω，故滑动变阻器应选用R2；若选电源E2，则电路最小电流大于10 mA，不能实现温控，则电源应选E1。(2)欲使热敏电阻为40 ℃时衔铁吸合，先将热敏电阻用与热敏电阻40 ℃时电阻的等值电阻箱替换，调节滑动变阻器使衔铁吸合，然后断开开关，换回热敏电阻即可，故操作步骤顺序为⑤④②③①，故选A。
【例2】　为了节能和环保，一些公共场使用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线如图甲所示，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1．0(lx)时控制开关接通照明系统，则R1＝________kΩ。
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图戊所示的电路进行测量，电源E＝3 V，内阻未知，电阻箱的阻值范围为0～99 999 Ω。实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丙为实验时电阻箱的阻值，其读数为________kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图丁所示，此时电流表的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值R0＝________kΩ(结果保留三位有效数字)。
【例3】　(2022·山东聊城期末)用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重。经实测，某压力传感器输出电压与力的关系如下表：
将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R′(最大电阻999．9 Ω)及其他器材组成了图(a)所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I≥20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25 Ω，继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响)
(1)根据表格中数据，请在图(b)给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像。(2)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端。(3)为使车重G≥3．0×105 N时启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到________Ω。(4)通过调整电阻箱R′的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为__________N。
[解析]　(1)横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，对应表中数据，绘制图像如图所示。
(4)因为使电磁继电器衔铁闭合的最小电流I＝20 mA＝0．02 A，继电器线圈的电阻R线＝25 Ω，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小＝IR线＝0．02 A×25 Ω＝0．5 V，由图像可知，输出电压为0．5 V时，对应的压力为6．0×104 N。
[答案]　(1)图见解析
[创新评价]　(1)压力传感器的本质是可变电源，线圈和电阻箱串联，通过的电流相等。(2)电路中达到电磁继电器闭合的电流时，电磁铁才把衔铁吸下，发出超重报警信号，重点是电磁继电器的工作原理。
【例4】　(2022·湖北武汉模拟)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。
(1)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使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你在图乙中将各接线端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。
[解析]　(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，若不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。(2)将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交变电流接成回路，电路如图所示。
[答案]　(2)图见解析