資源簡介

第2節(jié)　科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置
(分值：60分)
1~6題每題6分，共36分
1.(2024·成都市高二期中)如圖甲所示為恒壓電源給光敏電阻R供電時，流過此電阻的電流和其所受光照強度的關(guān)系圖像。某同學(xué)利用此光敏電阻設(shè)計了一個臺燈的自動控制電路，如圖乙所示，T為一自耦變壓器，下列說法正確的是(　　)
A.僅光照變強，R的阻值變大
B.僅光照變強，R中的電流變小
C.僅滑片P下滑，L中的電流頻率變小
D.僅滑片P下滑，T的輸入功率變小
2.圖甲為一種家用門磁防盜報警器，由磁條和主機組成，門窗均可使用，圖乙為其簡化示意圖，安裝時，將磁條固定在門框上，主機安裝在與其等高的門板邊緣，門關(guān)上時，兩者剛好靠在一起。當(dāng)主機開關(guān)閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān)，當(dāng)主機與磁條靠近時，開關(guān)是斷開的
B.觸發(fā)器可以由銅制成
C.磁條的兩極對調(diào)后，該報警器不能正常工作
D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的
3.(2024·慈溪市高二期末)如圖所示為一溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，下列說法正確的是(　　)
A.溫度升高至74 ℃時，燈L1亮報警
B.溫度升高至74 ℃時，燈L2亮報警
C.溫度升高至78 ℃時，燈L1亮報警
D.溫度升高至78 ℃時，燈L2亮報警
4.(2023·三明市高二期末)電梯的超載自動報警系統(tǒng)簡化電路如圖所示，電梯廂底裝有壓敏電阻R1，R2為滑動變阻器，A、B為靜觸點，K為動觸點。當(dāng)超過限定質(zhì)量時，電鈴將發(fā)出報警聲，以下說法正確的是(　　)
A.電磁鐵的上端為N極
B.R1的阻值隨壓力的增大而增大
C.R1的阻值增大，電磁鐵的磁感應(yīng)強度增強
D.若要減小電梯的限定質(zhì)量，則R2的滑片P向左滑動
5.如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。門打開時，紅外光敏電阻R3受到紅外線照射，電阻減小；門關(guān)閉時會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實際試驗，可知燈的亮滅情況能反映門的開關(guān)狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時相比的變化情況為(　　)
A.紅燈亮，UR2變大 B.綠燈亮，UR2變大
C.綠燈亮，UR2變小 D.紅燈亮，UR2變小
6.(多選)(2023·長沙市第一中學(xué)高二期中)如圖甲所示為電磁繼電器自動雙向開關(guān)，當(dāng)D、E中通過的電流較小時，電磁鐵磁性弱，A與B接線柱接通；當(dāng)D、E中通過的電流增大到一定數(shù)值時，C與B接線柱接通。圖乙為應(yīng)用電磁繼電器和光敏電阻實現(xiàn)路燈自動開、關(guān)的電路圖，虛線框內(nèi)為電磁繼電器接入電路時的符號(M、N兩接線柱分別與電磁繼電器中接線柱A或C連接)。R為光敏電阻(光敏電阻阻值隨光照的強度增大而減小)，R1為可調(diào)電阻，R0為保護電阻。開關(guān)S閉合，在光線暗時對路燈L供電，光線亮?xí)r對路燈L斷電并同時接通LED。下列說法中正確的是(　　)
A.為使電路正常工作，圖甲中電磁繼電器的C接線柱應(yīng)與圖乙中M接線柱連接
B.為更好地節(jié)能環(huán)保，天色更暗時對路燈自動供電，可將R1的阻值調(diào)小
C.隨著電池的使用，電池電動勢降低，內(nèi)阻增大，路燈在天色更亮?xí)r就會自動供電
D.當(dāng)LED出現(xiàn)斷路故障時，電磁繼電器將不能正常工作
7.(9分)(2024·漳州市平和正興學(xué)校高二月考)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。
在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。
(1)(2分)在圖中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。
(2)(2分)電路中應(yīng)選用滑動變阻器　　　　　(填“R1”或“R2”)。
(3)(5分)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：
①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為　　　　　 Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于　　　　(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是　　　　　　　　　　　　　 。
②將開關(guān)向　　　　(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至　　　　　　　　　。
(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。
8.(15分)(2020·全國卷Ⅲ)已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10 ℃升至60 ℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源E、開關(guān)S、滑動變阻器R(最大阻值為20 Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100 Ω)。
(1)(3分)在所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。
(2)(3分)實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5 V和3.0 mA，則此時熱敏電阻的阻值為　　　　 kΩ(保留2位有效數(shù)字)。實驗中得到的該熱敏電阻阻值RT隨溫度t變化的曲線如圖(a)所示。
(3)(3分)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2 kΩ。由圖(a)求得，此時室溫為　　　　 ℃(保留3位有效數(shù)字)。
(4)(6分)利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖(b)所示。圖中E為直流電源(電動勢為10 V，內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達到或超過6.0 V時，便觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為50 ℃，則圖中　　　　(填“R1”或“R2”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為　　　　 kΩ(保留2位有效數(shù)字)。
答案精析
1.D　［光敏電阻兩端電壓恒定時，光照變強，電流變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電阻變小，A、B錯誤；僅滑片P下滑，變壓器不改變頻率，所以L中的電流頻率不變，C錯誤；僅滑片P下滑，輸出電壓減小，根據(jù)P=可知，T的輸出功率變小，則輸入功率等于輸出功率，也變小，D正確。］
2.A　［門關(guān)上時，磁條與觸發(fā)器剛好靠在一起，此時報警器不工作，說明電路是斷開的；當(dāng)主機開關(guān)閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲，說明此時觸發(fā)器內(nèi)開關(guān)是閉合的，選項A正確；觸發(fā)器與磁條之間存在磁力的作用，所以觸發(fā)器不可能是銅制成的，選項B錯誤；無論磁條哪個磁極靠近觸發(fā)器，都存在磁力作用，所以兩極對調(diào)后，該報警器仍能正常工作，選項C錯誤；本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點工作的，選項D錯誤。］
3.D　［當(dāng)溫度低于78 ℃時，線圈中沒有電流，此時僅燈L1亮，不報警；當(dāng)溫度升高到78 ℃時，線圈中有電流，磁體吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮報警，故選D。］
4.D　［根據(jù)安培定則可知，電磁鐵的上端為S極，A錯誤；電梯廂底板壓力過大時，流過電磁鐵的電流增大，電磁鐵將動觸點K吸合到B，使電鈴報警，因此R1的阻值隨壓力的增大而減小，B錯誤；R1的阻值增大時，回路的電流減小，電磁鐵的磁感應(yīng)強度減弱，C錯誤；若要減小電梯的限定質(zhì)量，即減小限定壓力，此時壓敏電阻阻值較大，若電磁鐵依然吸合動觸點K到B，則應(yīng)減小R2接入電路的阻值，使回路電流增大，因此應(yīng)使R2的滑片P向左滑動，D正確。］
5.D　［當(dāng)門打開時，R3受紅外線照射，電阻減小，則電路中總電阻減小，總電流I增大，R2兩端電壓UR2=E-I(R1+r)減小，R2中電流IR2=減小，所以R3中電流IR3=I-IR2增大，電磁繼電器產(chǎn)生的磁場增強，把銜鐵吸下，紅燈亮，選項D正確。］
6.BC　［由題意可知，光線較暗時，光敏電阻的阻值較大，流過D、E的電流較小，電磁鐵磁性弱，此時A、B接通，此時燈L應(yīng)接通，則電磁繼電器的A接線柱應(yīng)與題圖乙中M接線柱連接，故A錯誤；電磁鐵的磁性與電流的大小有關(guān)，電流小到一定值，A、B接通，光線更暗時，光敏電阻的阻值更大，根據(jù)I=可知要實現(xiàn)光線更暗時對路燈自動供電，可將R1的阻值調(diào)小，故B正確；隨著電池的使用，電池電動勢降低，內(nèi)阻增大，則光敏電阻R更小時電路就會接通，即路燈在天色更亮?xí)r就會自動供電，故C正確；當(dāng)LED出現(xiàn)斷路故障時，不影響電磁繼電器部分的電路，可以正常工作，故D錯誤。］
7.(1)見解析圖　(2)R2　(3)①650.0
b　接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞　②c　報警器開始報警
解析　(1)熱敏電阻溫度達到60 ℃時，報警器報警，故需通過調(diào)節(jié)電阻箱使其阻值等于60 ℃時熱敏電阻的阻值，即調(diào)節(jié)到阻值650.0 Ω，使報警器能正常報警，電路圖如圖所示。
(2)U=18 V，通過報警器的電流10 mA≤I≤20 mA，故電路中總電阻R=，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動變阻器選R2。
(3)①熱敏電阻阻值為650.0 Ω時，報警器開始報警，模擬熱敏電阻的電阻箱的阻值也應(yīng)為650.0 Ω，為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端。
②實驗調(diào)試時，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直至報警器開始報警。
8.(1)見解析圖　(2)1.8　(3)25.5
(4)R1　1.2
解析　(1)滑動變阻器最大阻值僅20 Ω，應(yīng)采用分壓式接法，電壓表為理想電表，應(yīng)采用毫安表外接法，測量電路圖如圖所示。
(2)熱敏電阻的阻值
RT==≈1.8 kΩ。
(3)根據(jù)RT-t圖像，RT=2.2 kΩ時，t約為25.5 ℃。
(4)輸出電壓變大時，R2兩端電壓變大，R1兩端電壓變小。根據(jù)RT-t圖像知，溫度升高時熱敏電阻的阻值減小，則電路中電流變大，固定電阻兩端的電壓變大，所以固定電阻應(yīng)為R2，熱敏電阻應(yīng)為R1，t=50 ℃，R1=0.8 kΩ，根據(jù)串聯(lián)電路中電阻與電壓的關(guān)系可得=，解得R2=1.2 kΩ。第2節(jié)　科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置
［學(xué)習(xí)目標(biāo)］　1.會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。2.了解報警電路的原理。
1.實驗?zāi)康?br/>(1)設(shè)計并制作光報警裝置。
(2)設(shè)計并制作溫度報警裝置。
(3)了解制作的報警裝置的工作原理。
2.實驗器材
光敏電阻、熱敏電阻、溫度計、干電池、手電筒、蜂鳴器、開關(guān)、導(dǎo)線、變阻器。
3.實驗原理與設(shè)計
圖甲和圖乙分別是光報警裝置和溫度報警裝置的電路圖，請寫出它們的工作原理。
　　　　　　　　　　　　　　　甲　　　　　　　　　乙　
(1)光報警裝置：如圖甲所示，利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，當(dāng)光照強度發(fā)生變化時，電阻R發(fā)生變化，電路中的電流變化，當(dāng)R的阻值變化到一定值時，蜂鳴器發(fā)生報警。
(2)溫度報警裝置：如圖乙所示，利用熱敏電阻作控制元件，從而通過溫度來實現(xiàn)自動控制，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，電阻RT發(fā)生變化，電路中的電流變化，當(dāng)RT的阻值變化到一定值時，蜂鳴器發(fā)生報警。
4.實驗步驟
根據(jù)實驗原理圖組裝電路，要求光報警器在一定亮度下報警，溫度報警器在一定溫度下報警。請寫出實驗步驟并完成實驗。
(1)光報警裝置實驗步驟
①按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。
②檢查各元件的連接，確保無誤。
③接通電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使蜂鳴器在普通光照條件下不報警。
④用黑紙逐漸遮住光敏電阻，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑤逐漸撤掉黑紙，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑥重復(fù)操作③④⑤。
(2)溫度報警裝置實驗步驟
①按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。
②檢查各元件的連接，確保無誤。
③接通電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。
④用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑤將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑥重復(fù)操作③④⑤。
5.數(shù)據(jù)分析
將測量的數(shù)據(jù)記入你設(shè)計的表格中，并分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。
光報警裝置
蜂鳴器的發(fā)聲情況見表
滑動變阻器接入電路的阻值 用黑紙遮住光敏電阻 普通光 照強度 用手電筒照射光敏電阻
小于R 　　　　 發(fā)聲 發(fā)聲
等于R 不發(fā)聲 恰好不 發(fā)聲 發(fā)聲
大于R 不發(fā)聲 　　　 發(fā)聲
溫度報警裝置
蜂鳴器的發(fā)聲情況見表
滑動變阻器接入電路的阻值 將熱敏電阻侵入冷水中 環(huán)境溫度 將熱敏電阻侵入熱水中
小于R 　　　　 發(fā)聲 發(fā)聲
等于R 不發(fā)聲 恰好不發(fā)聲 　　　
大于R 不發(fā)聲 不發(fā)聲 　　　
6.實驗結(jié)論
寫出隨滑動變阻器阻值變化，蜂鳴器報警時光照亮度的變化規(guī)律，以及蜂鳴器報警時溫度的變化規(guī)律。
隨著滑動變阻器接入電路的阻值增大，蜂鳴器報警時的光照變強；隨著滑動變阻器接入電路的阻值增大，蜂鳴器報警時的溫度變高。
1.在上述圖甲電路中，怎樣才能使蜂鳴器感測到更強的光才報警？對于圖乙電路，怎樣才能使蜂鳴器感測到更高的溫度才報警？
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2.火災(zāi)報警器的原理是什么？請設(shè)計一個火災(zāi)報警器。
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例1　(2023·東營市期末)炎熱的夏季，養(yǎng)殖戶用自動控溫通風(fēng)系統(tǒng)對養(yǎng)殖場進行控溫。要求當(dāng)養(yǎng)殖場內(nèi)的溫度升高到27 ℃時，通風(fēng)系統(tǒng)立即啟動。某同學(xué)設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)工作原理如圖甲所示：虛線框內(nèi)的兩接線柱間接測溫電阻RT。當(dāng)R1兩端的電壓升高到3 V時，控制電路恰能啟動通風(fēng)系統(tǒng)，低于3 V時，通風(fēng)系統(tǒng)立即停止工作。
提供的器材為：
直流電源(電動勢E=5 V，內(nèi)阻忽略不計)。
電阻箱R1、R2(阻值范圍均為0~99 999.9 Ω)；
控制電路模塊(電阻可視為無窮大)；
兩測溫電阻RT1、RT2(工作特性分別如圖乙、丙所示)。
根據(jù)原理，選擇器材，并完成調(diào)試；
(1)圖甲中測溫電阻應(yīng)選用　　　　　(選填“RT1”或“RT2”)；
(2)接好測溫電阻后，為實現(xiàn)27 ℃時開啟通風(fēng)系統(tǒng)，對電路進行調(diào)試，先將開關(guān)S2撥到觸點b，并將電阻箱R2的阻值調(diào)至　　　　　　　 kΩ、電阻箱R1的阻值調(diào)至　　　　　 kΩ，再閉合開關(guān)S1，測試通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作。若能正常工作，再將開關(guān)S2撥回觸點a即可(均保留2位有效數(shù)字)。
(3)若長時間使用電阻箱R1老化后的電阻率會變大，若不對其阻值進行調(diào)整，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)再次啟動時，養(yǎng)殖場內(nèi)的實際溫度要　　　　　(選填“高”或“低”)于設(shè)定的啟動溫度27 ℃。
例2　(2023·莆田市高二月考)為節(jié)能減排，保護環(huán)境，公共場所使用聲、光控照明系統(tǒng)，聲、光控開關(guān)需要同時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的工作要求，其示意圖如圖甲所示。
(1)聲控開關(guān)和光控開關(guān)的連接方式為　　　　　(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)。
(2)其中光控開關(guān)內(nèi)部示意圖如圖乙所示，光敏電阻的阻值隨照度(照度可以反映光的強弱，光越強，照度越大，單位為lx)的變化關(guān)系如圖丙所示，由圖丙可知隨光照度的減弱，光敏電阻的阻值　　　　　(選填“增大”或“減小”)。
(3)已知光控開關(guān)中的電源電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計，電阻箱的阻值調(diào)為8 Ω，電磁開關(guān)的電阻為2 Ω。設(shè)計要求當(dāng)流過電磁開關(guān)的電流小于0.06 A，即照度低于　　　　　 lx時(保留一位小數(shù))，光控開關(guān)接通。
(4)為了節(jié)約用電，需要在更弱光照度時，光控開關(guān)才接通，應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)　　　(選填“大”或“小”)。
答案精析
5.不發(fā)聲　不發(fā)聲　不發(fā)聲　發(fā)聲
發(fā)聲
思考與討論
1.圖甲中，要想蜂鳴器在光更強時報警，應(yīng)該把滑動變阻器的阻值調(diào)大些。圖乙中，要使蜂鳴器在更高的溫度時報警，應(yīng)該把滑動變阻器的阻值調(diào)大些。
2.火災(zāi)報警器的原理是將煙霧濃度轉(zhuǎn)換為電信號，使電路中電流達到蜂鳴器報警電流。
如圖所示，當(dāng)空氣中煙霧達到一定濃度，煙霧傳感器的阻值迅速減小，通過蜂鳴器的電流值達到報警電流而報警。
例1　(1)RT1　(2)12　18　(3)低
解析　(1)由于當(dāng)R1兩端的電壓升高到3 V時，控制電路恰能啟動通風(fēng)系統(tǒng)，低于3 V時，通風(fēng)系統(tǒng)立即停止工作。則測溫電阻的阻值必定隨溫度的升高而減小，則題圖甲中測溫電阻應(yīng)選用RT1。
(2)由題圖乙可知，溫度為27 ℃時，RT1=12 kΩ，為實現(xiàn)27 ℃時開啟通風(fēng)系統(tǒng)，對電路進行調(diào)試，先將開關(guān)S2撥到觸點b，并將電阻箱R2的阻值調(diào)至12 kΩ，此時R1兩端電壓U1=3 V，根據(jù)閉合電路歐姆定律有=，解得R1=18 kΩ。
(3)若長時間使用電阻箱R1老化后的電阻率會變大，則其阻值增大，即當(dāng)測溫電阻RT1的阻值比較大時，即溫度還比較低時，電阻箱R1兩端電壓已經(jīng)達到3 V，通風(fēng)系統(tǒng)開始啟動，此時，養(yǎng)殖場內(nèi)的實際溫度要低于設(shè)定的啟動溫度27 ℃。
例2　(1)串聯(lián)　(2)增大　(3)0.4　(4)小
解析　(1)根據(jù)題意可知，聲、光控開關(guān)需要同時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的工作要求，則聲控開關(guān)和光控開關(guān)的連接方式為串聯(lián)。
(2)由題圖丙可知隨光照度的減弱，光敏電阻的阻值增大。
(3)根據(jù)題意，由閉合電路歐姆定律有
I=，解得R光=40 Ω
結(jié)合題圖丙可知，照度低于0.4 lx時，光控開關(guān)接通。
(4)為了節(jié)約用電，需要在更弱光照度時光控開關(guān)才接通，即光敏電阻更大時，則應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)小。(共52張PPT)
DIWUZHANG
第5章
第2節(jié)　科學(xué)制作：簡單
的自動控制裝置
1.會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。
2.了解報警電路的原理。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.實驗?zāi)康?br/>(1)設(shè)計并制作光報警裝置。
(2)設(shè)計并制作溫度報警裝置。
(3)了解制作的報警裝置的工作原理。
2.實驗器材
光敏電阻、熱敏電阻、溫度計、干電池、手電筒、蜂鳴器、開關(guān)、導(dǎo)線、變阻器。
3.實驗原理與設(shè)計
圖甲和圖乙分別是光報警裝置和溫度報警裝置的電路圖，請寫出它們的工作原理。
甲　　　　　　　　　乙
(1)光報警裝置：如圖甲所示，利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，當(dāng)光照強度發(fā)生變化時，電阻R發(fā)生變化，電路中的電流變化，當(dāng)R的阻值變化到一定值時，蜂鳴器發(fā)生報警。
甲　　　　　　　　　乙
(2)溫度報警裝置：如圖乙所示，利用熱敏電阻作控制元件，從而通過溫度來實現(xiàn)自動控制，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，電阻RT發(fā)生變化，電路中的電流變化，當(dāng)RT的阻值變化到一定值時，蜂鳴器發(fā)生報警。
4.實驗步驟
根據(jù)實驗原理圖組裝電路，要求光報警器在一定亮度下報警，溫度報警器在一定溫度下報警。請寫出實驗步驟并完成實驗。
(1)光報警裝置實驗步驟
①按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。
②檢查各元件的連接，確保無誤。
③接通電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使蜂鳴器在普通光照條件下不報警。
④用黑紙逐漸遮住光敏電阻，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑤逐漸撤掉黑紙，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑥重復(fù)操作③④⑤。
(2)溫度報警裝置實驗步驟
①按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。
②檢查各元件的連接，確保無誤。
③接通電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。
④用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑤將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲，并做好記錄。
⑥重復(fù)操作③④⑤。
5.數(shù)據(jù)分析
將測量的數(shù)據(jù)記入你設(shè)計的表格中，并分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。
光報警裝置
蜂鳴器的發(fā)聲情況見表
滑動變阻器接入電路的阻值 用黑紙遮住光敏電阻 普通光照強度 用手電筒照射光敏電阻
小于R _______ 發(fā)聲 發(fā)聲
等于R 不發(fā)聲 恰好不發(fā)聲 發(fā)聲
大于R 不發(fā)聲 _______ 發(fā)聲
不發(fā)聲
不發(fā)聲
溫度報警裝置
蜂鳴器的發(fā)聲情況見表
滑動變阻器接入電路的阻值 將熱敏電阻侵入冷水中 環(huán)境溫度 將熱敏電阻侵入熱水中
小于R ________ 發(fā)聲 發(fā)聲
等于R 不發(fā)聲 恰好不發(fā)聲 _____
大于R 不發(fā)聲 不發(fā)聲 _____
不發(fā)聲
發(fā)聲
發(fā)聲
6.實驗結(jié)論
寫出隨滑動變阻器阻值變化，蜂鳴器報警時光照亮度的變化規(guī)律，以及蜂鳴器報警時溫度的變化規(guī)律。
隨著滑動變阻器接入電路的阻值增大，蜂鳴器報警時的光照變強；隨著滑動變阻器接入電路的阻值增大，蜂鳴器報警時的溫度變高。
思考與討論
1.在上述圖甲電路中，怎樣才能使蜂鳴器感測到更強的光才報警？對于圖乙電路，怎樣才能使蜂鳴器感測到更高的溫度才報警？
甲　　　　　　　　　乙
答案　圖甲中，要想蜂鳴器在光更強時報警，應(yīng)該把滑動變阻器的阻值調(diào)大些。圖乙中，要使蜂鳴器在更高的溫度時報警，應(yīng)該把滑動變阻器的阻值調(diào)大些。
答案　火災(zāi)報警器的原理是將煙霧濃度轉(zhuǎn)換為電信號，使電路中電流達到蜂鳴器報警電流。
如圖所示，當(dāng)空氣中煙霧達到一定濃度，煙霧傳感器
的阻值迅速減小，通過蜂鳴器的電流值達到報警電流
而報警。
2.火災(zāi)報警器的原理是什么？請設(shè)計一個火災(zāi)報警器。
　(2023·東營市期末)炎熱的夏季，養(yǎng)殖戶用自動控溫通風(fēng)系統(tǒng)對養(yǎng)殖場進行控溫。要求當(dāng)養(yǎng)殖場內(nèi)的溫度升高到27 ℃時，通風(fēng)系統(tǒng)立即啟動。某同學(xué)設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)工作原理如圖甲所示：虛線框內(nèi)的兩接線柱間接測溫電阻RT。當(dāng)R1兩端的電壓升高到3 V時，控制電路恰能啟動通風(fēng)系統(tǒng)，低于3 V時，通風(fēng)系統(tǒng)立即停止工作。
提供的器材為：
直流電源(電動勢E=5 V，內(nèi)阻忽略不計)。
電阻箱R1、R2(阻值范圍均為0~99 999.9 Ω)；
控制電路模塊(電阻可視為無窮大)；
例1
兩測溫電阻RT1、RT2(工作特性分別如圖乙、丙所示)。
根據(jù)原理，選擇器材，并完成調(diào)試；
(1)圖甲中測溫電阻應(yīng)選用　　(選填“RT1”
或“RT2”)；
RT1
由于當(dāng)R1兩端的電壓升高到3 V時，控制電路恰能啟動通風(fēng)系統(tǒng)，低于3 V時，通風(fēng)系統(tǒng)立即停止工作。則測溫電阻的阻值必定隨溫度的升高而減小，則題圖甲中測溫電阻應(yīng)選用RT1。
(2)接好測溫電阻后，為實現(xiàn)27 ℃時開啟通風(fēng)系統(tǒng)，對電路進行調(diào)試，先將開關(guān)S2撥到觸點b，并將電阻箱R2的阻值調(diào)至　　 kΩ、電阻箱R1的阻值調(diào)至 ____kΩ，再閉合開關(guān)S1，測試通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作。若能正常工作，再將開關(guān)S2撥回觸點a即可(均保留2位有效數(shù)字)。
12
18
由題圖乙可知，溫度為27 ℃時，RT1=12 kΩ，為實現(xiàn)27 ℃時開啟通風(fēng)系統(tǒng)，對電路進行調(diào)試，先將開關(guān)S2撥到觸點b，并將電阻箱R2的阻值調(diào)至12 kΩ，此時R1兩端電壓U1=3 V，根據(jù)閉合電路歐姆定律有=，解得R1=18 kΩ。
(3)若長時間使用電阻箱R1老化后的電阻率會變大，若不對其阻值進行調(diào)整，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)再次啟動時，養(yǎng)殖場內(nèi)的實際溫度要　　(選填“高”或“低”)于設(shè)定的啟動溫度27 ℃。
低
若長時間使用電阻箱R1老化后的電阻率會變大，則其阻值增大，即當(dāng)測溫電阻RT1的阻值比較大時，即溫度還比較低時，電阻箱R1兩端電壓已經(jīng)達到3 V，通風(fēng)系統(tǒng)開始啟動，此時，養(yǎng)殖場內(nèi)的實際溫度要低于設(shè)定的啟動溫度27 ℃。
　(2023·莆田市高二月考)為節(jié)能減排，保護環(huán)境，公
共場所使用聲、光控照明系統(tǒng)，聲、光控開關(guān)需要同
時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的工作要
求，其示意圖如圖甲所示。
(1)聲控開關(guān)和光控開關(guān)的連接方式為　 (選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)。
例2
串聯(lián)
根據(jù)題意可知，聲、光控開關(guān)需要同時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的工作要求，則聲控開關(guān)和光控開關(guān)的連接方式為串聯(lián)。
(2)其中光控開關(guān)內(nèi)部示意圖如圖乙所示，光敏電阻的阻值隨照度(照度可以反映光的強弱，光越強，照度越大，單位為lx)的變化關(guān)系如圖丙所示，
由圖丙可知隨光照度的減弱，光敏電阻的阻值　　　(選填“增大”或“減小”)。
增大
由題圖丙可知隨光照度的減弱，光敏電阻的阻值增大。
(3)已知光控開關(guān)中的電源電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計，電阻箱的阻值調(diào)為8 Ω，電磁開關(guān)的電阻為2 Ω。設(shè)計要求當(dāng)流過電磁開關(guān)的電流小于0.06 A，即照度低于　　 lx時(保留一位小數(shù))，光控開關(guān)接通。
0.4
根據(jù)題意，由閉合電路歐姆定律有
I=，解得R光=40 Ω
結(jié)合題圖丙可知，照度低于0.4 lx時，光控開關(guān)接通。
(4)為了節(jié)約用電，需要在更弱光照度時，光控開關(guān)才接通，應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)　　　(選填“大”或“小”)。
小
為了節(jié)約用電，需要在更弱光照度時光控開關(guān)才接通，即光敏電阻更大時，則應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)小。
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課時對點練
1.(2024·成都市高二期中)如圖甲所示為恒壓電源給光敏電阻R供電時，流過此電阻的電流和其所受光照強度的關(guān)系圖像。某同學(xué)利用此光敏電阻設(shè)計了一個臺燈的自動控制電路，如圖乙所示，T為一自耦變壓器，下列說法正確的是
A.僅光照變強，R的阻值變大
B.僅光照變強，R中的電流變小
C.僅滑片P下滑，L中的電流頻率變小
D.僅滑片P下滑，T的輸入功率變小
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基礎(chǔ)對點練
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光敏電阻兩端電壓恒定時，光照變強，電流變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電阻變小，A、B錯誤；
僅滑片P下滑，變壓器不改變頻率，
所以L中的電流頻率不變，C錯誤；
僅滑片P下滑，輸出電壓減小，根據(jù)P=可知，T的輸出功率變小，則輸入功率等于輸出功率，也變小，D正確。
2.圖甲為一種家用門磁防盜報警器，由磁條和主機組成，門窗均可使用，圖乙為其簡化示意圖，安裝時，將磁條固定在門框上，主機安裝在與其等高的門板邊緣，門關(guān)上時，兩者剛好靠在一起。當(dāng)主機開關(guān)閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關(guān)說法正確的是
A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān)，當(dāng)主機與
　磁條靠近時，開關(guān)是斷開的
B.觸發(fā)器可以由銅制成
C.磁條的兩極對調(diào)后，該報警器不能正常工作
D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的
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門關(guān)上時，磁條與觸發(fā)器剛好靠在一起，此時報警器不工作，說明電路是斷開的；當(dāng)主機開關(guān)閉合時，若門被打開，磁條
與主機分離，主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲，說明此時觸發(fā)器內(nèi)開關(guān)是閉合的，選項A正確；
觸發(fā)器與磁條之間存在磁力的作用，所以觸發(fā)器不可能是銅制成的，選項B錯誤；
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無論磁條哪個磁極靠近觸發(fā)器，都存在磁力作用，所以兩極對調(diào)后，該報警器仍能正常工作，選項C錯誤；
本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點工作的，選項D錯誤。
3.(2024·慈溪市高二期末)如圖所示為一溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，下列說法正確的是
A.溫度升高至74 ℃時，燈L1亮報警
B.溫度升高至74 ℃時，燈L2亮報警
C.溫度升高至78 ℃時，燈L1亮報警
D.溫度升高至78 ℃時，燈L2亮報警
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當(dāng)溫度低于78 ℃時，線圈中沒有電流，此時僅燈L1亮，不報警；當(dāng)溫度升高到78 ℃時，線圈中有電流，磁體吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮報警，故選D。
4.(2023·三明市高二期末)電梯的超載自動報警系統(tǒng)簡化電路如圖所示，電梯廂底裝有壓敏電阻R1，R2為滑動變阻器，A、B為靜觸點，K為動觸點。當(dāng)超過限定質(zhì)量時，電鈴將發(fā)出報警聲，以下說法正確的是
A.電磁鐵的上端為N極
B.R1的阻值隨壓力的增大而增大
C.R1的阻值增大，電磁鐵的磁感應(yīng)強度增強
D.若要減小電梯的限定質(zhì)量，則R2的滑片P
　向左滑動
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根據(jù)安培定則可知，電磁鐵的上端為S極，A錯誤；
電梯廂底板壓力過大時，流過電磁鐵的電流增大，電磁鐵將動觸點K吸合到B，使電鈴報警，因此R1的阻值隨壓力的增大而減小，B錯誤；
R1的阻值增大時，回路的電流減小，電磁鐵的磁感應(yīng)強度減弱，C錯誤；
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若要減小電梯的限定質(zhì)量，即減小限定壓力，此時壓敏電阻阻值較大，若電磁鐵依然吸合動觸點K到B，則應(yīng)減小R2接入電路的阻值，使回路電流增大，因此應(yīng)使R2的滑片P向左滑動，D正確。
5.如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。門打開時，紅外光敏電阻R3受到紅外線照射，電阻減小；門關(guān)閉時會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實際試驗，可知燈的亮滅情況能反映門的開關(guān)狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時相比的變化情況為
A.紅燈亮，UR2變大
B.綠燈亮，UR2變大
C.綠燈亮，UR2變小
D.紅燈亮，UR2變小
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當(dāng)門打開時，R3受紅外線照射，電阻減小，則電路中總電阻減小，總電流I增大，R2兩端電壓UR2=E-I(R1+r)減小，R2中電流IR2=減小，所以R3中電流IR3=I-IR2增大，電磁繼電器產(chǎn)生的磁場增強，把銜鐵吸下，紅燈亮，選項D正確。
接通；當(dāng)D、E中通過的電流增大到一定數(shù)值時，C與B接線柱接通。圖乙為應(yīng)用電磁繼電器和光敏電阻實現(xiàn)路燈自動開、關(guān)的電路圖，虛線框內(nèi)為電磁繼電器接入電路時的符號(M、N兩接線柱分別與電磁繼電器中接線柱A或C連接)。R為光敏電阻(光敏電阻阻值隨光照的強度增大而減小)，R1為可調(diào)電阻，R0為保護電阻。開關(guān)S閉合，在光線暗時對路燈L供電，光線亮?xí)r對路燈L斷電并同時接通LED。下列說法中正確的是
6.(多選)(2023·長沙市第一中學(xué)高二期中)如圖甲所示為電磁繼電器自動雙向開關(guān)，當(dāng)D、E中通過的電流較小時，電磁鐵磁性弱，A與B接線柱
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　路燈自動供電，可將R1的阻值調(diào)小
C.隨著電池的使用，電池電動勢降低，內(nèi)阻增大，路燈在天色更亮?xí)r就
　會自動供電
D.當(dāng)LED出現(xiàn)斷路故障時，電磁繼電器將不能正常工作
A.為使電路正常工作，圖甲中電磁
　繼電器的C接線柱應(yīng)與圖乙中M接
　線柱連接
B.為更好地節(jié)能環(huán)保，天色更暗時對
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由題意可知，光線較暗時，光敏電阻的阻值較大，流過D、E的電流較小，電磁鐵磁性弱，此時A、B接通，此時燈L應(yīng)接通，則電磁
繼電器的A接線柱應(yīng)與題圖乙中M接線柱連接，故A錯誤；電磁鐵的磁性與電流的大小有關(guān)，電流小到一定值，A、B接通，光線更暗時，光敏電阻的阻值更大，根據(jù)I=可知要實現(xiàn)光線更暗時對路燈自動供電，可將R1的阻值調(diào)小，故B正確；
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隨著電池的使用，電池電動勢降低，內(nèi)阻增大，則光敏電阻R更小時電路就會接通，即路燈在天色更亮?xí)r就會自動供電，故C正確；
當(dāng)LED出現(xiàn)斷路故障時，不影響電磁繼電器部分的電路，可以正常工作，故D錯誤。
7.(2024·漳州市平和正興學(xué)校高二月考)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。
在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。
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能力綜合練
(1)在圖中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。
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答案　見解析圖
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熱敏電阻溫度達到60 ℃時，報警器報警，故需通過調(diào)節(jié)電阻箱使其阻值等于60 ℃時熱敏電阻的阻值，即調(diào)節(jié)到阻值650.0 Ω，使報警器能正常報警，電路圖如圖所示。
(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器______
(填“R1”或“R2”)。
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R2
U=18 V，通過報警器的電流10 mA≤I≤20 mA，故電路中總電阻R=，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動變阻器選R2。
(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：
①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為　　　 Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于　　(填“a”或“b”)端附
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650.0
近，不能置于另一端的原因是____________________________________
_______________________。
b
接通電源后，流過報警器的電流會超過
20 mA，報警器可能損壞
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熱敏電阻阻值為650.0 Ω時，報警器開始報警，模擬熱敏電阻的電阻箱的阻值也應(yīng)為650.0 Ω，為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端。
(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。
②將開關(guān)向　　(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至　　　　　　　　　。
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c
報警器開始報警
實驗調(diào)試時，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直至報警器開始報警。
8.(2020·全國卷Ⅲ)已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10 ℃升至60 ℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源E、開關(guān)S、滑動變阻器R(最大阻值為20 Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100 Ω)。
(1)在所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。
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尖子生選練
答案　見解析圖
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滑動變阻器最大阻值僅20 Ω，應(yīng)采用分壓式接法，電壓表為理想電表，應(yīng)采用毫安表外接法，測量電路圖如圖所示。
(2)實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5 V和3.0 mA，則此時熱敏電阻的阻值為　　 kΩ(保留2位有效數(shù)字)。實驗中得到的該熱敏電阻阻值RT隨溫度t變化的曲線如圖(a)所示。
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1.8
熱敏電阻的阻值RT==≈1.8 kΩ。
(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2 kΩ。由圖(a)求得，此時室溫為　　 ℃(保留3位有效數(shù)字)。
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25.5
根據(jù)RT-t圖像，RT=2.2 kΩ時，t約為25.5 ℃。
觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度
為50 ℃，則圖中　　(填“R1”或“R2”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為　　 kΩ(保留2位有效數(shù)字)。
(4)利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖(b)所示。圖中E為直流電源(電動勢為10 V，內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達到或超過6.0 V時，便
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R1
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輸出電壓變大時，R2兩端電壓變大，R1兩端電壓變
小。根據(jù)RT-t圖像知，溫度升高時熱敏電阻的阻值
減小，則電路中電流變大，固定電阻兩端的電壓變
大，所以固定電阻應(yīng)為R2，熱敏電阻應(yīng)為R1，t=50 ℃，
R1=0.8 kΩ，根據(jù)串聯(lián)電路中電阻與電壓的關(guān)系可得=，解得R2=1.2 kΩ。

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