高考物理一轮复习实验针对训练16利用传感器制作简单的自动控制装置含答案

这是一份高考物理一轮复习实验针对训练16利用传感器制作简单的自动控制装置含答案，共11页。

图(a)
实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表。
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________________(用E、r、R、U表示)；
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U­d的非线性曲线；
图(b)
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而______(选填“增大”或“减小”)。
图(c)
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图(c)所示电路，则电路中________(选填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
2． (2022·河北卷)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1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2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T。
图1
图2
(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。在不增加元件的前提下，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”，使指针指到零刻度
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

图3 图4
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是________断路损坏；若指针如图4所示，可判断是________断路损坏。(用电路中的元件符号表示)
3．某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化，这种现象称为“压阻效应”。已知Rx的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400 Ω；
B．直流电源，电动势为6 V，内阻不计；
C．电流表A，量程为0～100 mA，内阻不计；
D．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；
E．定值电阻R1＝2 kΩ；
F．滑动变阻器R，最大电阻值约50 Ω；
G．开关S与导线若干。

甲 乙
(1)甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙中将实物连线图补充完整。
(2)某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则压敏电阻的阻值Rx＝________。
(3)改变F的大小、测得不同的Rx值，绘成图像如图丙所示，可得其斜率k＝________ Ω/N(结果保留2位有效数字)。Rx的阻值和压力F的关系式是Rx＝________(用F和k等表示)。
丙
(4)按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________ N(结果保留3位有效数字)。
4．大多数智能手机中都安装有环境光线传感器，以实现手机屏幕的自动调光功能。环境光线传感器的核心元件之一就是光敏电阻。某同学为了探究光敏电阻随光照强度变化的关系，进行了如下实验：
(1)该同学在实验室找到了一只满偏电流为Ig＝100 μA、内阻Rg＝100 Ω的微安表，根据设计的电路，需要将其改装为量程为300 mV的电压表，则需串联一只阻值为R＝________ Ω的定值电阻。
(2)该同学设计了如图甲所示的电路来探究光敏电阻RG随光照强度变化的关系，图中电源电动势为E，内阻不计。连接好电路后，将改装后的微安表(表盘刻度没有改变)接在阻值R0＝3 000 Ω 的定值电阻两端，改变光源到光敏电阻的距离d，记录微安表的示数I，利用获得的数据，该同学得到了如图乙所示的I­d图线。
甲 乙
①请根据图甲所示的电路写出光敏电阻的阻值RG随微安表示数I变化的关系式，RG＝______(用E、I、R0表示)；
②由图乙可知，光敏电阻的阻值随光照强度的变化情况是___________________________________________________________________。
(3)该同学保持光源和光敏电阻的距离不变，利用照度计和图甲电路直接测量光照强度(单位为勒克斯，符号为lx)和光敏电阻的阻值，5次测量的结果如下表所示：
①由表格数据可知，当照度为0.8 lx时，光敏电阻的阻值为________ kΩ；
②该同学利用光敏电阻的特性和前面给出的电动势为E的电源、定值电阻R0，设计了如图丙所示的电路，以实现“当光照强度增大时，小灯泡变暗，反之则变亮”的功能。则下列电路图符合要求的是________。
A B
C D
丙
实验针对训练(十六)
1．解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，可得eq \f(E,r＋R＋RG)R＝U，解得RG＝eq \f(E,U)R－r－R。
(2)描点、连线如图所示。
(3)当光源距离光敏电阻越远时，光照强度越小，电压表示数越小，根据RG＝eq \f(E,U)R－r－R可知，光敏电阻的阻值RG越大。
(4)如果R1为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，路端电压降低，灯泡变暗；当R2为光敏电阻时，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流强度增大，内电压升高，路端电压降低，流过R1的电流减小，因此流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，R2为光敏电阻。
答案：(1)eq \f(E,U)R－r－R (2)见解析图
(3)增大 (4)R2
2．解析：(1)按下S1后L2支路被短路，则L2不会发光，A错误；当锅内温度高于103 ℃时，S1断开，而要温度降到70 ℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，指示灯L1、L2电阻RL＝eq \f(U\\al(2,L),P)≈10.42 Ω，则回路中并联的整体电阻R并≈56.64 Ω，则回路总电阻R总＝1 067.06 Ω，则回路总电流I总＝eq \f(220,R总)≈0.21 A，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并＝I总R并≈11.89 V，则流过L1的电流为IL1＝eq \f(U并,RL＋R1)＝eq \f(11.89,1 000＋10.42) A≈0.012 A，则流过L1的电流小于30 mA，则L1熄灭，B错误；由题知，S2在锅内温度高于80 ℃时自动断开，锅内温度降到70 ℃以下时S2自动闭合，C正确；当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，则此时流过L1的电流为I′L1＝eq \f(E,RL1＋R1)＝eq \f(220,1 000＋10.42) A≈0.218 A，则此时流过L1的电流大于30 mA，则L1发光，D正确。故选CD。
(2)多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；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——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表，故正确顺序为CABDE。由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出L1两端有1 090 Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏，如图4可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL＝10.42 Ω，此时的多用电表选用的是“×100”挡，说明L1正常，则L1始终不亮的原因是R1断路损坏。
答案：(1)CD (2)CABDE L1 R1
3．解析：(1)图甲中滑动变阻器采用的是分压式接法，电流表是内接法，根据电路图可得实物图如图所示。
(2)由题可知Rx两端电压为U′＝eq \f(U,RV)(RV＋R1)＝eq \f(5U,3)，电流表测量流过Rx的电流，所以Rx＝eq \f(U′,I)＝eq \f(5U,3I)。
(3)根据题意，设Rx阻值和压力F的关系式为Rx＝kF＋b，将图丙上的特殊点(0,400 Ω)(210 N,0)代入可求得k≈－1.9 Ω/N，b＝400 Ω，故Rx＝kF＋400 Ω。
(4)电压表、电流表均满偏时，Rx＝eq \f(5U,3I)＝eq \f(5×3,3×100×10－3) Ω＝50 Ω，则F＝eq \f(Rx－400,k)≈184 N。
答案：(1)见解析图 (2)eq \f(5U,3I)
(3)－1.9(－2.0～－1.8均对) kF＋400 Ω
(4)184(175～194均对)
4．解析：(1)由题意可知该毫安表的满偏电压为Ug＝IgRg＝10 mV，要改装成量程为30 mV 的电压表，需要将其量程扩大30倍，故需要串联一只阻值为R＝29Rg＝2 900 Ω 的电阻。
(2)①由于改装成的电压表内阻为3 000 Ω，而定值电阻的阻值R0也等于3 000 Ω，故当毫安表示数为I时，由闭合电路欧姆定律可得IR0＋2IRG＝E，整理可得RG＝eq \f(E,2I)－eq \f(1,2)R0；
②光源离光敏电阻的距离越远，光照强度越弱，由图乙可知，微安表的示数I越小，由RG＝eq \f(E,2I)－eq \f(1,2)R0可知光敏电阻的阻值RG越大。
(3)①由表中数据可知，照度和阻值的乘积为一定值，故当照度为0.8 lx时，光敏电阻的阻值为1.5 kΩ。
②B、D中由于灯泡直接接在电源两端，故无论光敏电阻的阻值如何变化，小灯泡两端的电压均不变，故小灯泡的亮度不变，选项B、D错误；当光照强度增强时，光敏电阻的阻值减小，故电路中的总电阻减小，总电流增大，在A选项中，由于定值电阻和灯泡的阻值均不变，故电流的分配关系不变，因此流过小灯泡的电流会变大，故小灯泡会变亮，不满足设计条件，选项A错误；在选项C中，由于总电阻减小，总电流变大，故定值电阻R0两端的电压变大，因电源的电动势不变，故光敏电阻两端的电压减小，小灯泡两端的电压也减小，故小灯泡变暗，反之则变亮，满足设计要求，选项C正确。
答案：(1)2 900 (2)①eq \f(E,2I)－eq \f(1,2)R0 ②光照强度越弱，光敏电阻的阻值越大
(3)①1.5 ②C
d/cm
8.50
10.00
12.00
13.50
15.00
17.00
18.50
20.00
22.00
23.50
25.00
U/mV
271.0
220.0
180.0
156.7
114.9
114.0
94.8
89.5
78.6
72.5
65.0
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
阻值/kΩ
6
3
2
1.2