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第十一章　交變電流　傳感器
實(shí)驗(yàn)十二　利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
素養(yǎng)目標(biāo)　1.門窗防盜報(bào)警裝置具有自動(dòng)提示報(bào)警的功能.在睡覺(jué)前連接好電路，啟動(dòng)防盜報(bào)警裝置.當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警，指示燈滅. 2.光控路燈根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉.即在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)關(guān)閉.
考題1　（2024·廣東卷）某科技小組模仿太陽(yáng)能發(fā)電中的太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，制作光源跟蹤演示裝置，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板方向的調(diào)整，使電池板正對(duì)光源.
如圖甲所示是光照方向檢測(cè)電路.所用器材有：電源E（電動(dòng)勢(shì)3 V）；電壓表 和 （量程均有3 V和15 V，內(nèi)阻均可視為無(wú)窮大）；滑動(dòng)變阻器R；兩個(gè)相同的光敏電阻RG1和RG2；開關(guān)S；手電筒；導(dǎo)線若干.如圖乙所示是實(shí)物圖.圖中電池板上垂直安裝有半透明隔板，隔板兩側(cè)裝有光敏電阻，電池板固定在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，控制單元與檢測(cè)電路的連接未畫出，控制單元對(duì)光照方向檢測(cè)電路無(wú)影響.
請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)操作和判斷.
（1）電路連接.
圖乙中已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成虛線框中滑動(dòng)變阻器R、電源E、開關(guān)S和電壓表 間的實(shí)物圖連線.
答案：（1）見解析圖
解析：（1）實(shí)物連線如圖所示.
（2）光敏電阻阻值與光照強(qiáng)度關(guān)系測(cè)試.
解析：（2）①分壓電路兩端電壓應(yīng)從零開始調(diào)節(jié)，故實(shí)驗(yàn)開始前R的滑片應(yīng)置于b端.
b　
1.60　
較大　
③斷開S.
（3）光源跟蹤測(cè)試.
①將手電筒的光從電池板上方斜照射到RG1和RG2.
解析：（3）②U1＜U2，說(shuō)明RG1表面的光照強(qiáng)度比RG2表面的大，則電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電池板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到RG1和RG2兩端電壓相等，即U1＝U2時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng).
逆時(shí)針　
U1＝U2　
電學(xué)　
通斷　
傳輸　
控制　
電信號(hào)　
3. 傳感器的分類
項(xiàng)目 工作原理 舉例
物理傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué)傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 離子傳感器、氣體傳感器等
生物傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì) 酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌⒓?xì)胞傳感器等
差　
增強(qiáng)　
變好　
光照強(qiáng)弱　
電阻　
減
小　
增大　
形變　
電阻
金屬梁　
應(yīng)變片　
應(yīng)變片　
4. 霍爾元件的應(yīng)用
霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏元件.一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓、電腦中的散熱風(fēng)扇等.
（1）霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓（如圖所示）.
（2）霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受靜電力和洛倫茲力二力平衡.
解析：（1）使用多用電表的歐姆擋前應(yīng)先歐姆調(diào)零，即將兩表筆短接.溫度越高，相同倍率下多用電表的指針向右偏轉(zhuǎn)的角度越大，則電阻阻值越小，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小.
短接　
減小　
（2）再按圖連接好電路進(jìn)行測(cè)量.
解析：（2）①閉合開關(guān)前，為了保護(hù)電路，應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處，即b端.
b　
解析：②將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和電阻箱，使電壓表和電流表的示數(shù)與改接前一致，則R01＝R02＋RT，所以R01＞R02，RT＝R01－R02.
（3）改變溫控室的溫度，測(cè)量不同溫度時(shí)的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律.
大于　
R01－R02　
訓(xùn)練1　（2025·湖北高三專題練習(xí)）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟取⒐狻⒙暤龋┺D(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量（通常是電學(xué)量），傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段.回答下面?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)問(wèn)題：
高　
低　
甲 乙 丙
解析：（1）當(dāng)有光照射R1時(shí)，R1的電阻減小，整個(gè)電路總電阻減小，電動(dòng)勢(shì)不變，則電流增大，R2兩端的電壓增大，即信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓；當(dāng)照射R1的光被傳送帶上的物品擋住時(shí)，R1的電阻增大，整個(gè)電路總電阻增大，電動(dòng)勢(shì)不變，則電流減小，R2兩端的電壓減小，即信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓.則信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次.
解析：（2）溫度升高時(shí)熱敏電阻的阻值變小，左邊電路中電流變大，電磁鐵磁性變強(qiáng)，開關(guān)接觸a點(diǎn)，要使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器報(bào)警，c應(yīng)接在a處.滑片P向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變大，在溫度更高時(shí)左邊電路才能有足夠大電流，使磁鐵有足夠大的引力吸引開關(guān)，因此滑片向左移動(dòng)可以提高報(bào)警器報(bào)警的溫度.
a　
左　
乙 丙
考題2　（2024·河北卷）某種花卉喜光，但陽(yáng)光太強(qiáng)時(shí)易受損傷.某興趣小組決定制作簡(jiǎn)易光強(qiáng)報(bào)警器，以便在光照過(guò)強(qiáng)時(shí)提醒花農(nóng).該實(shí)驗(yàn)用到的主要器材如下：學(xué)生電源、多用電表、數(shù)字電壓表（0～20 V）、數(shù)字電流表（0～20 mA）、滑動(dòng)變阻器R（最大阻值50 Ω　1.5 A）、白熾燈、可調(diào)電阻R1（0～50 kΩ）、發(fā)光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、開關(guān)和若干導(dǎo)線等.
（1）判斷發(fā)光二極管的極性
負(fù)極　
解析：（1）
（2）研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性
A　
A　
D（或C）　
解析：（2）①題目要求電壓表、電流表讀數(shù)從零開始，所以應(yīng)該采用滑動(dòng)變阻器分壓式接法連接電路，故L1、L2接滑動(dòng)變阻器A接線柱，L3必須接在金屬桿兩端接線柱任意一個(gè)，即C或D.
解析：②由圖像可知，隨光照強(qiáng)度增加，I－U圖像斜率增大，所以電阻減小.
減小　
（3）組裝光強(qiáng)報(bào)警器電路并測(cè)試其功能
增大　
解析：（3）
例2　（2025·四川內(nèi)江模擬）純電動(dòng)汽車的蓄電池的安全性，主要體現(xiàn)在對(duì)其溫度的控制上，當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，必須立即啟動(dòng)制冷系統(tǒng)進(jìn)行降溫.如圖甲所示是小明設(shè)計(jì)的模擬控溫裝置示意圖，電磁繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器RP串聯(lián)接在電壓為5 V的電源（不計(jì)內(nèi)阻）兩端.當(dāng)電磁鐵線圈（電阻不計(jì)）中的電流I大于或等于20 mA時(shí)，銜鐵被吸合，熱敏電阻置于溫度監(jiān)測(cè)區(qū)域，其阻值Rt與溫度t的關(guān)系如圖乙所示，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為200 Ω.則：
解析：（1）由題意可知，當(dāng)控制電路電流達(dá)到20 mA時(shí)銜鐵被吸合，制冷系統(tǒng)工作，所以題圖甲中，應(yīng)將b端與c端相連.
c　
150　
解析：（3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大阻值200 Ω時(shí)，熱敏電阻的阻值R't＝R－R'P＝250 Ω－200 Ω＝50 Ω，由題圖乙可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為73 ℃，所以此時(shí)該電路可設(shè)置啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的最高溫度是73 ℃.
73　
訓(xùn)練2　（2025·重慶質(zhì)量調(diào)研）如圖甲所示為電阻式觸摸屏的簡(jiǎn)化原理：按壓屏幕時(shí)，相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在按壓點(diǎn)位置有了接觸，從而改變接入電路的電阻.
Ⅱ　
解析：（1）由題圖乙可知，不按壓狀態(tài)下虛線框中只有一個(gè)電阻，大于按壓狀態(tài)下虛線框中兩個(gè)電阻并聯(lián)的總電阻，因此不按壓狀態(tài)下電荷通過(guò)回路受到的阻礙更大，所用時(shí)間更長(zhǎng)，故不按壓狀態(tài)對(duì)應(yīng)題圖丙中的Ⅱ.
（2）粗測(cè)該觸摸屏單元未按壓狀態(tài)下的電阻約為幾十歐姆.某同學(xué)想較準(zhǔn)確測(cè)量此電阻，可供使用的器材有：
A. 電源E（電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻約為12 Ω）；
B. 電流表A1（量程為3 mA，內(nèi)阻為5 Ω）；
C. 電流表A2（量程為60 mA，內(nèi)阻約為2 Ω）；
D. 滑動(dòng)變阻器R1（總阻值約為10 Ω）；
E. 電阻箱R2，最大阻值為9 999.9 Ω；
F. 開關(guān)S，導(dǎo)線若干.
1 495　
a　
79　
沒(méi)有　
限時(shí)跟蹤檢測(cè)
A級(jí)·基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練
A. 增大 B. 減小
C. 不變 D. 無(wú)法判斷
B
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A. 電磁繼電器與發(fā)電機(jī)工作原理相同
B. 電磁鐵的磁性強(qiáng)弱只與電流大小有關(guān)
C. 電磁鐵工作時(shí)，上端為S極
D. 當(dāng)有人闖入保密室時(shí)，b燈亮
D
解析：電磁繼電器是利用電流的磁效應(yīng)工作的，發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理制成的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁鐵的磁性強(qiáng)弱和電流大小、線圈的匝數(shù)及有無(wú)鐵芯有關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)安培定則可知，電磁鐵工作時(shí)，上端為 N極，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)有人闖入保密室時(shí)會(huì)使開關(guān)S閉合，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵向下移動(dòng)，b燈所在電路接通，b燈亮，選項(xiàng)D正確.
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7
A. U1＜U2
B. R2為壓力傳感器
C. 若定值電阻的阻值越大，開啟高水位預(yù)警時(shí)的水位越低
D. 若定值電阻的阻值越大，開啟低水位預(yù)警時(shí)的水位越高
C
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A. 該光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度增大而增大
B. 增加電源電動(dòng)勢(shì)可以增加路燈照明時(shí)間
C. 增大保護(hù)電阻R0阻值可延長(zhǎng)每天路燈照明時(shí)間
D. 并聯(lián)更多的LED路燈可延長(zhǎng)每天路燈照明時(shí)間
C
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解析：當(dāng)電磁繼電器內(nèi)電流較大時(shí)，銜鐵被吸下來(lái)，太陽(yáng)能電池板開始給蓄電池充電，根據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)日光充足時(shí)光敏電阻R變小，電流變大，銜鐵被吸下來(lái)，該光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度增大而減小，A錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)增大，電阻不變情況下，電流增大，電磁繼電器把銜鐵吸下來(lái)，減少了路燈照明時(shí)間，B錯(cuò)誤；增大保護(hù)電阻R0，減小了電流，增大了路燈照明時(shí)間，C正確；LED燈的盞數(shù)不影響控制電路，考慮蓄電池容量一定，可能減少照明時(shí)間，D錯(cuò)誤.
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5. （2025·鄭州模擬）電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9 V的電源上，光敏電阻阻值隨光強(qiáng)的變化關(guān)系如表所示.[“光強(qiáng)”是表示光強(qiáng)弱程度的物理量，符號(hào)為E，單位為坎德拉（cd）]
光強(qiáng)E/cd 1 2 3 4 5
電阻值/Ω 18 9 6 3.6
4.5　
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C　
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3　
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B級(jí)·能力提升練
6. （2025·邯鄲第一次調(diào)研監(jiān)測(cè)）智能化育苗蔬菜基地對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，其中包括對(duì)光照強(qiáng)度的調(diào)控，小明準(zhǔn)備利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)智能光控電路.智能光控電路的核心元件是光敏電阻R.
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A. 用不同擋位測(cè)量光敏電阻的阻值時(shí)，必須重新機(jī)械調(diào)零
B. 測(cè)量電阻時(shí)，如果指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，應(yīng)將選擇開關(guān)撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測(cè)量
C. 圖1中光敏電阻測(cè)量值R＝20 Ω
D. 測(cè)量光敏電阻阻值時(shí)，應(yīng)該把該電阻與電路斷開
BD　
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解析：（1）用不同擋位測(cè)量光敏電阻的阻值時(shí)，不必重新機(jī)械調(diào)零，但需要進(jìn)行歐姆調(diào)零，A錯(cuò)誤；測(cè)量電阻時(shí)，如果指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，說(shuō)明待測(cè)電阻阻值較小，應(yīng)將選擇開關(guān)撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測(cè)量，B正確；歐姆表的讀數(shù)為指針?biāo)缚潭扰c倍率的乘積，所以題圖1中光敏電阻測(cè)量值為R＝20×100 Ω＝2 000 Ω，C錯(cuò)誤；測(cè)量光敏電阻阻值時(shí)，應(yīng)該把該電阻與電路斷開，D正確.故選B、D.
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答案：如圖所示
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解析：（3）若增大電阻箱R2的阻值，則外電路總電阻增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，回路中電流減小，則光敏電阻需要變大才能達(dá)到兩端的電壓定值，可以達(dá)到照度更小，光敏電阻阻值較大時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)開始補(bǔ)光的目的.
增大　
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7. （2025·江西撫州金溪一中月考）利用熱敏電阻對(duì)溫度敏感的特性可設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路，要求恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ℃.所用器材有：
A. 直流電源E（36 V，內(nèi)阻不計(jì)）；
B. 恒溫箱加熱器的電源；
C. 電流表（量程為0～250 mA，內(nèi)阻約0.1 Ω）；
D. 電壓表（量程為0～50 V，內(nèi)阻約1 MΩ）；
E. 熱敏電阻RT；
F. 繼電器（電阻300 Ω）；
G. 滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值4 000 Ω）；
H. 單刀單擲開關(guān)S1；
I. 導(dǎo)線若干.
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圖（a） 圖（b）
600　
偏大　
減小　
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（2）現(xiàn)利用該熱敏電阻RT和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路如圖（c）所示，繼電器的電阻為300 Ω.當(dāng)線圈的電流等于或大于30 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E＝36.0 V，內(nèi)阻可以不計(jì).圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.則：
圖（c）
A、B端　
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解析：（2）①隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻RT的阻值變大，則線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于30 mA時(shí)，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度.所以應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端.
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