高考物理一轮复习 实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置题型突破练（含解析）鲁科版-鲁科版高三全册物理试题.doc

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1、实验十六 利用传感器制作简单的自动控制装置热点一教材原型实验【典例1】某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现用直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线连成如图甲所示的实物图。(1)实验的主要步骤:正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,_,_,断开开关。重复第步操作若干次,测得多组数据。(2)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得如图乙所示的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式:R=_+_t()(保留3位有效数字)。

2、【解析】(1)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需要测出热敏电阻的阻值及相应的温度,热敏电阻的阻值用R=间接测量,故需要记录的数据是温度计的示数和电压表的示数。(2)设热敏电阻R=R0+kt,k=0.400。由图线知,温度为10 时,热敏电阻R=104 ,则R0=R-kt=(104-0.40010) =100 ,所以R=100+0.400t ()。答案:(1)记录温度计的示数记录电压表的示数(2)1000.400热点二创新拓展实验热敏电阻的应用【典例2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内

3、阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 ),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 ),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 ),单刀双掷开关一个,导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 时阻值为650.0 。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器_(选填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为

4、_;滑动变阻器的滑片应置于_(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是_。 将开关向_(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至_。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。【解析】(1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试。电路图连接如答案图所示。(2)当电路中电流Ic=10 mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic=,解得R总=1 800 ,此时热敏电阻的阻值为650 ,则滑动变阻器的阻值为1 150 ,所以滑动变阻器选R2。(3)当热敏电阻阻值小于650 时,报警器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值

5、调到650 。若接通电源后电路中的电流过大(超过20 mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于b端。用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向c端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警。答案:(1)连线如图所示。(2)R2(3)650.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏c报警器开始报警光敏电阻的应用【典例3】为了节能和环保,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变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下

6、的阻值如表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据,请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻RP(符号,阻值见表);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻:R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一并

7、在图中标出);开关S及导线若干。【解析】(1)描绘图象应注意:各点均匀分布在图线两侧,且图线应用平滑曲线,而不能只是各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图a所示,电阻的阻值随光照度的增大而减小。(2)根据串联电阻的正比分压关系,E=3 V,当照度降低至1.0 lx时,其电压升至2 V,由图线a知,此时光敏电阻RP=20 k,URP=2 V,则串联电阻分压UR=1 V,由=2得R=10 k,故选定值电阻R1,电路原理图如图b所示。答案:见解析压力传感器的应用【典例4】某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示。测量时先

8、调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。请完成对该物体质量的测量:(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图。(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。【解析】(1)设计电路如图所示(2)测量步骤如下:调节滑动变阻器,使转换器空载时的输出电压为零。将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0,则可求k=。将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1。因为U0=km0g、U1=kmg,所以可求m=答案:见解析电磁继电器的应用【典例5】

9、传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。(1)为了使温度过高时报警器铃响,开关S应接在_(选填“a”或“b”)处。(2)若使启动报警器的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向_(选填“左”或“右”)移动。【解析】温度升高时,热敏电阻阻值减小,图乙中通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警,开关S应接在a处。要实现温度更高时报警器才响铃,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动。答案:(1)a(2)左