2024版新教材高考物理复习特训卷考点82实验：利用传感器制作简单的自动控制装置

这是一份2024版新教材高考物理复习特训卷考点82实验：利用传感器制作简单的自动控制装置，共7页。试卷主要包含了国家有关酒驾的裁量标准如下等内容，欢迎下载使用。

（1）闭合开关S后，当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压 （选填“较大”或 “较小”），电磁铁 （选填“吸动”或 “不能吸动”）分拣开关，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道；
（2）当大苹果通过托盘秤时，电磁铁 （选填“吸动”或 “不能吸动”）分拣开关，让大苹果进入下面通道．
（3）托盘秤在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0.若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则应该调节托盘秤压在杠杆上的位置向 （填“左”或“右”）移动一些才能符合要求．
2.某同学根据所学知识制作了一台简易电子秤，原理图如图甲所示，图中电压表可视为理想电压表（量程为3 V），滑动变阻器的最大阻值为R＝12 Ω，该同学用刻度尺测得滑动变阻器有电阻丝缠绕的ab部分的长度为L＝20 cm（电阻丝缠绕均匀）.
（1）该同学先利用如图乙所示电路测定电子秤里两节纽扣电池（如图丙所示）的电动势和内阻，根据多次测量得到的数据作出的U′ ­ I图像如图丁所示，可知这两节纽扣电池串联后的电动势为E＝ V，内阻为r＝ Ω；
（2）该同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下实验：
①调节图甲中滑动变阻器的滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零；
②在托盘里缓慢加入细砂，直到滑动变阻器的滑片P恰好滑到b端，然后调节电阻箱R0，直到电压表达到满偏，实验过程中弹簧一直处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数为R0＝ Ω；
③已知所用的弹簧的劲度系数为k＝2.0×102N/m，重力加速度g＝10 m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝ kg（结果保留两位有效数字）；
（3）实验过程所称量物体的质量和电压表的示数U的关系为 （填“线性”或“非线性”）.
3.如图所示，图甲为热敏电阻的R ­ t图像，图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一简易温控开关，继电器的电阻为60 Ω.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．为继电器线圈供电的电池E的内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．
（1）提供以下实验器材：电源E1（3 V），电源E2（6 V），滑动变阻器R1（0～20 Ω），滑动变阻器R2（0～220 Ω），为使该装置实现对20～60 ℃之间任意温度的控制，电源应选 （填“E1”或“E2”）；滑动变阻器应选 （填“R1”或“R2”）.
（2）为了实现恒温箱系统保持温度为40 ℃，实验时进行了以下操作：
①断开开关，滑动变阻器调节至 （填“最大”或“最小”），需将电阻箱调到一固定的阻值 Ω；
②将单刀双掷开关向c端闭合；
③缓慢调节滑动变阻器的阻值观察到继电器的衔铁恰好被吸合；
④保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷开关向另一端闭合，恒温箱系统正常工作；
（3）若恒温箱系统要保持温度为40 ℃，则需把滑动变阻器调节到 Ω；若恒温箱系统要保持温度为35 ℃，则滑动变阻器正常工作时须向 （填“左”或“右”）移动滑动触头．
4.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0.6 lx时的电阻约为 kΩ.
（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”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，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，图乙中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：
R1（0～200 Ω，1 A）、R2（0～2 000 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 （填“R1”“R2”）.为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动变阻器的滑片向 （填“左”或“右”）端移动．
5.国家有关酒驾的裁量标准如下：
酒精检测仪是交警执法时通过让司机呼气来检测司机是否酒驾的检测工具．现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”，即气敏电阻，气敏电阻的阻值随酒精气体浓度的变化而变化，下表显示了某气敏电阻Rx的阻值随酒精气体浓度的变化情况．
为了较准确测量酒精气体浓度为0.35 mg/mL时气敏电阻Rx的阻值，实验室提供如下器材．
A.电流表A1（0～100 mA，内阻约为15 Ω）
B.电流表A2（0～0.6 A，内阻约为5 Ω）
C.电压表V1（0～5 V，内阻约为5 kΩ）
D.电压表V2（0～15 V，内阻约为20 kΩ）
E.滑动变阻器R1（阻值范围为0～20 Ω，允许通过的最大电流为2 A）
F.滑动变阻器R2（阻值范围为0～5 Ω，允许通过的最大电流为0.2 A）
G.待测气敏电阻Rx
H.电源E（电动势为6 V，内阻r约为2 Ω）
I.开关和导线若干
J.恒温检测室
（1）在如图所示的虚线框中画出测量Rx阻值的实验电路图．
（2）为使测量尽量准确，实验时滑动变阻器应选 ，电压表应选 ，电流表应选 ．（填器材前面的序号）
（3）某同学用该气敏电阻Rx设计了一个测定酒精气体浓度的电路用来检测是否酒驾，如图所示，该电路使用一个电压表，正常工作时，若被测气体酒精浓度为0，电压表指针满偏．使用一段时间后，电源电动势会稍变小，内阻会稍变大，保持滑动变阻器滑片不动，则酒精气体浓度的测量值将 （选填“偏大”或“偏小”）.
6.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6 V，内阻不计，定值电阻R0＝200 Ω，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5.0 V（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3.0 V，即发光二极管两端电压U≥3.0 V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38.5 ℃时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻 （填“R1”或“R2”）为定值电阻，其阻值应调为 Ω（结果保留3位有效数字）.
考点82 实验：利用传感器制作简单的自动控制装置
1．答案：(1)较小 不能吸动 (2)吸动 (3)右
解析：(3)因要提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则应使R1所受的压力减小，使电阻R1阻值较大，R2两端获得较小电压，使电磁铁不吸引分拣开关，故应调节托盘秤压在杠杆上的位置向右移动，从而使R1所受的压力减小．
2．答案：(1)4.0 0.5 (2)3.5 4.0 (3)线性
解析：(1)对图乙所示电路，根据闭合电路欧姆定律可得E＝U′＋Ir即U′＝E － Ir，U′ ­ I图像与纵轴交点的纵坐标等于两节纽扣电池串联后的电动势，图线斜率的绝对值等于电池的内阻，由题图丁可知电动势为E＝4.0 V，内阻为r＝ eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(2.0－4.0,4.0)))Ω＝0.5 Ω.
(2)电压表达到满偏时滑动变阻器接入电路的阻值为R＝12 Ω，根据欧姆定律可得 eq \f(U,R)＝ eq \f(E,R0＋R＋r)，解得R0＝3.5 Ω.
滑动变阻器的滑片P滑到b端，弹簧的形变量增加了20 cm，由平衡条件有kΔx＝mg，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝4.0 kg.
(3)所称量物体的质量m＝ eq \f(kx,g)，电压表的示数为U＝ eq \f(E,R＋R0＋r)· eq \f(R,L)x联立可得U＝ eq \f(ERg,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R0＋r))Lk)m，可知所称量物体的质量m和电压表的示数U的关系为线性关系．
3．答案：(1)E1 R2 (2)最大 60 (3)180 左
解析：(1)为使该装置实现对20～60 ℃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>110 Ω滑动变阻器选用R2；又有继电器电阻r＝60 Ω电路中的电流I＝ eq \f(E,r＋Rt＋R)，计算可知，若选用E2＝6 V的电源，电路中的最小电流仍大于10 mA，无法实现温控功能，而E1＝3 V的电源可以满足实验要求，故选用电源E1；
(2)将滑动变阻器调节至最大起保护作用，由题图甲可知40 ℃时热敏电阻对应阻值为60 Ω，因此需将电阻箱阻值调到60 Ω；
(3)当恒温箱内的温度保持40 ℃，应调节滑动变阻器R的阻值，使电流达到10 mA，由闭合电路欧姆定律得I＝ eq \f(E,r＋Rt＋R)即R＝ eq \f(E,I)－r－Rt＝180 Ω，即滑动变阻器R的阻值应调节为180 Ω；恒温箱系统要保持温度为35 ℃，热敏电阻阻值变大，滑动变阻器R的阻值须变小，即向左移动滑动触头．
4．答案：(1)2.7 kΩ(2.6 kΩ～2.8 kΩ ) (2)AB (3)140 Ω R2 左
解析：(1)从图像上可以看出当照度为0.6 lx时的电阻约为2.7 kΩ(2.6 kΩ～2.8 kΩ )；
(2)当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，说明灯泡接在了AB上．
(3)根据欧姆表的读数规则，所以电阻值为R＝14×10 Ω＝140 Ω，回路中的电流为2 mA时回路中需要的电阻Rx＝ eq \f(E,I)＝ eq \f(6,0.002)Ω＝3 000 Ω，所以选择滑动变阻器R2比较合理．若要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，则天色更暗时光敏电阻更大，要先保证回路中的电流2 mA不变，则应减小滑动变阻器的阻值，即向左滑动滑动变阻器．
5．答案：(1)见解析 (2)E C A (3)偏大
解析：(1)因滑动变阻器阻值均比较小，所以采用分压接法，又由 eq \f(RV,Rx)＝ eq \f(5 000,40)＝125> eq \f(Rx,RA)＝ eq \f(40,2)＝20，采用电流表外接法，故实验电路应为
(2)滑动变阻器F的额定电流太小，所以滑动变阻器选择E；根据表格，酒精气体浓度为0.35 mg/ml时气敏电阻的阻值约为40 Ω，电源电动势为6 V，电压表选择C；
气敏电阻的最大电流为I＝ eq \f(5,40)A＝125 mA，电流表选择A；(3)电压表满偏时，根据闭合电路欧姆定律得Um＝ eq \f(E,Rx＋R1＋r)Rx使用一段时间后，电源电动势稍微变小，内阻稍微变大，调解R1后，电压表仍然能满偏，因为电动势变小，回路的总电阻变小，电表的刻度必须随之变小才能准确测量，因为电表没有随着更改，所以酒精气体浓度的测量值将偏大．
6．答案：(1)乙 (2)1.44×10－2 (3)R2 52.5
解析：(1)描绘热敏电阻的伏安特性曲线，要求电压从0开始调节，故选择分压电路乙．
(2)设热敏电阻两端电压为U、通过热敏电阻的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有2U＋IR0＝E，代入数据得U＝3－100I，作出图线如图所示
图线交点表示此时热敏电阻的电压为2.4 V、电流为6 mA，故电功率P＝IU＝1.44×10－2W.
(3)由于热敏电阻阻值随温度的升高而降低，要使发光二极管电压U≥3.0 V时点亮，则有R2分压随总电阻的减小而增大，由串联电路中的电压之比等于电阻之比，R1为热敏电阻，由图5可知，当温度为38.5 ℃时，热敏电阻阻值R1＝35 Ω，由闭合电路欧姆定律列出表达式，有 eq \f(5,R1＋R2)＝ eq \f(3,R2)，解得R2＝52.5 Ω.
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.3
2.0
1.8
驾驶员血液
酒精含量
≥20 mg/100 mL，