2025年高考物理复习讲义第十一章实验十二　利用传感器制作简单的自动控制装置（含解析）.docx

实验十二利用传感器制作简单的自动控制装置

一、研究热敏电阻的热敏特性

二、研究光敏电阻的光敏特性

●注意事项

1．在做热敏实验时，加热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．在光敏实验中，如果效果不明显，可将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调零．

考点教材原型实验

典例1(2021·广东卷)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律．根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材．

(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势．选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0Ω”处．测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________．

(2)再按图连接好电路进行测量．

①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________(填“a”或“b”)端．将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01.闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置．记录此时电压表和电流表的示数、T和R01.断开开关S.再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S.反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同．记录此时电阻箱的阻值R02.断开开关S.

②实验中记录的阻值R01________(填“大于”“小于”或“等于”)R02.此时热敏电阻阻值RT＝________.

(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律．

变式1(2024·湖北高三专题练习)传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，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)，传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段．回答下面传感器的应用实验中的两个问题：

(1)光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，如图甲所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中S为发光仪器，小圆柱是传送带上的物品，R1为光敏电阻，其阻值在有光照时比没有光照时要小得多，R2为定值电阻．当有光照射R1时，信号处理系统获得________(填“高”或“低”)电压，信号处理系统每获得一次________(填“高”或“低”)电压就记数一次．

(2)热敏传感器利用由半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量．热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图乙所示，图丙是由热敏电阻R1作为传感器的简单自动报警器的线路图．为了使温度过高时报警器报警，c应接在________(填“a”或“b”)处．若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(填“左”或“右”)移动．

考点实验的创新与改进

典例2(2023·湖南卷节选)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图(a)所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)．

eq\a\vs4\al(图?a?)

eq\a\vs4\al(图?b?)

(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是________Ω.

(2)适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为________(用R1、R2、R3表示)．

(3)依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：

次数

1

2

3

砝码质量m/g

0.0

0.5

1.0

电压U/mV

0

57

115

次数

4

5

6

砝码质量m/g

1.5

2.0

2.5

电压U/mV

168

220

280

根据表中数据在图(c)上描点，绘制U－m关系图线．

eq\a\vs4\al(图?c?)

(4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200mV，则F0大小是________N(重力加速度取g＝9.8m/s2，保留2位有效数字)．

变式2利用霍尔效应制作的霍尔元件，被广泛应用于测量、自动控制等领域．某同学想设计一个研究霍尔电压与通过某霍尔元件电流关系的实验，查阅资料得知该霍尔元件(导电微粒带负电)的工作电流在0～500mA之间，C、D间产生的霍尔电压在0～5V之间．可供选择的器材如下：

A．电流表A1(量程0.6A，内阻约为0.15Ω)

B．电流表A2(量程20mA，内阻约为40Ω)

C．电压表V1(量程6.0V，内阻约为20