2027年高考物理一轮复习学案练习含答案 利用传感器制作简单的自动控制装置（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案 利用传感器制作简单的自动控制装置（教用），共16页。试卷主要包含了实验目的，传感器，实验器材，实验过程等内容，欢迎下载使用。
一、实验目的
1.了解半导体薄膜压力传感器的特性。
2.了解热敏电阻、光敏电阻等敏感元件的特性。
3.了解传感器的简单应用。
二、传感器
1.五种敏感元件的作用和特点
2．传感器的作用：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_ _ _ _ _ _ ）。
【答案】电学量
3.传感器的工作过程
三、实验器材
RFP602型半导体薄膜压力传感器、数字多用电表、圆柱体质量块（砝码）、聚氨酯橡胶垫片、热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、钩码、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。
四、实验过程
实验1研究半导体薄膜压力传感器特性
（1）实验步骤
①取RFP602型半导体薄膜压力传感器一片，将其圆形敏感区域固定在铁架台支架平面上，用一个圆柱体质量块（砝码）压在该敏感面上，如图甲所示，为使应变片受力均匀，在圆柱体与应变片之间垫一个面积相当于有效区域的聚氨酯橡胶垫片；
②把一个U形金属框架的上沿压在圆柱体上并固定，框架下端悬吊钩码；
③调整U形金属框架、橡胶垫片和压在传感器敏感面上圆柱体的总质量，使其恰好为一只钩码的质量，即50g，则产生的压力为0.5N；
④传感器的两根引线跟数字多用电表两表笔相连，数字多用电表调到欧姆挡，测量传感器的电阻并记录；
⑤改变钩码的数量，测量不同压力下传感器的电阻值并记录。
（2）数据处理
以传感器所受的压力F为横轴、传感器电阻R为纵轴建立直角坐标系，根据数据在坐标系中描点，将这些点用平滑曲线连接起来。
分析图像，得出结论：随着压力的增大，传感器的电阻不断减小。
实验2研究热敏电阻的热敏特性
（1）实验步骤
①将热敏电阻（负温度系数）和多用电表按如图乙所示连接好，并将热敏电阻的电极进行绝缘处理；
②将多用电表调至欧姆挡，选择适当的倍率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，记下温度计的示数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。
（2）数据处理
①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性；
②在R−t坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线；
③根据实验数据和R−t图线，得出结论：热敏电阻（负温度系数）的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
实验3研究光敏电阻的光敏特性
（1）实验步骤
①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图丙所示的电路连接好，其中多用电表选择开关置于欧姆挡“×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接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；
④用手掌遮住光，测出光敏电阻的阻值，并记录。
（2）数据处理
把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。
结论：光敏电阻被不同强度的光照射时其阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。
例1 （2025·河南卷·11，6分）实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图甲所示，保温箱原理图如图乙所示。回答下列问题：
（1） 图甲中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是_ _ _ _ _ _ （选填“线性”或“非线性”）的。
（2） 存在一个电流值I0，若电磁铁线圈的电流小于I0，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于I0，衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图乙中加热电阻丝的c端应该与触头_ _ _ _ （选填“a”或“b”）相连接。
（3） 当保温箱的温度设定在50℃时，电阻箱旋钮的位置如图丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为_ _ _ _ Ω 。
（4） 若要把保温箱的温度设定在100℃，则电阻箱接入电路的阻值应为_ _ _ _ Ω 。
【答案】（1） 非线性
（2） a
（3） 130.0
（4） 210.0
【解析】
（1） 由题图甲易知R−t图线是曲线，热敏电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。
（2） 当保温箱内温度升高时，热敏电阻阻值减小，下面的控制电路中电流增大，将会把衔铁吸下，衔铁与触头b接触，加热电路被切断，以防止温度过高，故加热电阻丝的c端应与触头a相连接。
（3） 题图丙中电阻箱阻值R=1×100Ω+3×10Ω+0×1Ω+0×0.1Ω=130.0Ω 。
（4） 当保温箱内的温度为50℃时，由题图甲得热敏电阻的阻值为180Ω ，电阻箱接入电路的阻值为130.0Ω ，则有E=I0(130.0Ω+180Ω)，当保温箱内的温度为100℃时，由题图甲可知热敏电阻的阻值为100.0Ω ，电路满足E=I0(100.0Ω+R′)，解得R′=210.0Ω ，则当保温箱的温度设定为100℃时电阻箱接入电路的阻值为210.0Ω 。
例2 智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格，其中包括对光照强度的调控，小明准备利用所学知识设计智能光控电路。智能光控电路的核心元件是光敏电阻。
（1） 小明首先利用图甲中多用电表粗略测量了光敏电阻阻值。下列关于实验过程的描述，正确的是_ _ _ _ 。
A. 用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，必须重新机械调零
B. 测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新欧姆调零后测量
C. 图甲中光敏电阻测量值R=20Ω
D. 测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开
（2） 为了精确测量多组不同光照强度下光敏电阻的阻值，小明采用图乙中的实验器材进行实验，部分实物连接已经完成，描绘的阻值R随照度I［反映光照的强弱，光照越强，照度越大，单位为勒克斯(lx)]变化的图像如图丙，根据图丙可知，光敏电阻的阻值随照度减小而_ _ _ _ （选填“增大”或“减小”）。若电压表选用的量程为0～3V，内阻约为3kΩ ，毫安表的量程为0～3mA，内阻约为5Ω ，请将图乙中导线P、Q连接在合适的位置，形成完整测量电路。
（3） 小明设计如图丁所示的智能光控电路。当光敏电阻R两端的电压U增加到一定值时照明系统开始工作，自动控制系统开始补光。为了照度更小时，自动控制系统才开始补光，则需要_ _ _ _ （选填“增大”或“减小”）电阻箱R2的阻值。
【答案】（1） BD
（2） 增大；如图所示
（3） 增大
【解析】
（1） 用不同挡位测量光敏电阻的阻值时，不必重新机械调零，但需要重新进行欧姆调零，故A错误；测量电阻时，如果指针偏转过大，说明待测电阻阻值较小，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新欧姆调零后测量，故B正确；欧姆表的读数为指针所指刻度值与倍率的乘积，所以图甲中光敏电阻测量值R=20×100Ω=2000Ω ，故C错误；测量光敏电阻阻值时，应该把该电阻与电路断开，故D正确。
（2） 由图丙可知，阻值R随照度I的减小而增大；本实验为了精确测量多组不同光照强度下光敏电阻的阻值，滑动变阻器应采用分压式接法，又R>RV⋅RA，所以电流表应采用内接法。
（3） 若增大电阻箱R2的阻值，则外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中电流减小，则光敏电阻阻值需要变大才能使其两端的电压达到一定值，可以达到照度更小自动控制系统才开始补光的目的。
例3 （2022·河北卷·12，9分）某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图甲所示。选用的器材有：限温开关S1（手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合）；保温开关S2（当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合）；电饭煲的框架（结构如图乙所示）。自备元件有：加热电阻丝R（阻值为60Ω ，用于加热煮饭）；限流电阻R1和R2（阻值均为1kΩ）；指示灯L1和L2(2.5V，0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T。
甲乙
（1） 按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是_ _ _ _ （多选）。
A. 按下S1，L1和L2均发光
B. 当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C. 保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D. 当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
（2） 简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不拆卸元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是_ _ _ _ _ _ _ _ （填写各步骤前的字母）。
A.将选择开关旋转到“×100”位置
B.将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C.调整“指针定位螺丝”，使指针指到0刻度
D.测量指示灯L1两端的阻值
E.将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图丙所示，可判断是_ _ _ _ _ _ 断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是_ _ _ _ _ _ 断路损坏。（用电路中的元件符号表示）
丙丁
【答案】（1） CD
（2） CABDE；L1；R1
【解析】
（1） RL=UL2PL≈10.4Ω ，S1闭合时，L2与R2串联部分被短路，通过L1的电流I1=UR1+RL≈218mA>30mA，故电路中只有L1会发光，故A错误；当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，此时，电路结构为L2与R2串联在干路中，R1、L1串联后与加热电阻R并联，R并=R(R1+RL)R+R1+RL≈56.6Ω ，此时U并=R并R并+RL+R2⋅U≈11.7V，流过L1的电流I1=U并R1+RL≈11.6mA30mA，故此时L1不发光，L2发光，故B错误；保温过程中，当温度低于70℃时，S2自动闭合，电路处于加热状态，当温度达到80℃时，S2自动断开，故C正确；当温度低于70℃时，S2自动闭合，电路结构与S1闭合时情况相同，故D正确。
（2） 使用多用电表时，先进行机械调零，使用电阻挡时，应先选择倍率，再进行欧姆调零，然后开始测电阻，最后将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡，故正确步骤为CABDE。电饭煲加热和保温功能正常，题图丙所示阻值为1060Ω 左右，接近R1与R串联后的阻值，故可判断是L1断路；题图丁所示阻值非常小，应该是L1的阻值，则可判断是R1断路。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业71敏感元件
作用
特点
热敏电阻
将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大
金属热电阻
将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，随温度的降低而减小
光敏电阻
将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，随光照强度的减弱而增大
霍尔元件
将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
对于某个确定的霍尔元件，它的厚度d、霍尔系数k为定值，如果保持电流I恒定，则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH=kIBd)
压敏电阻
将压力这个力学量转换为电阻这个电学量
压敏电阻的阻值随压力的变化而变化