適用于新高考新教材浙江專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第12單元交變電流電磁振蕩電磁波傳感器實(shí)驗(yàn)練17利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置新人教版

試驗(yàn)練17利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)限制裝置1.(2024浙江溫州期末)關(guān)于這些裝置,下列說法正確的是()A.圖甲中裝置霍爾元件左右移動(dòng)時(shí),能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是電磁感應(yīng)B.圖乙中物體向左移,則電容器的電容變小C.圖丙裝置中通過物體位置變更引起線圈的自感系數(shù)變更從而將位置量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量D.圖丁裝置只要有聲音,即使不接入電源,R兩端也有電壓2.某種光電式火災(zāi)報(bào)警器的原理如圖所示,由紅外光源放射的光束經(jīng)煙塵粒子散射后照耀到光敏電阻上,光敏電阻接收的光強(qiáng)與煙霧的濃度成正比,其阻值隨光強(qiáng)的增大而減小。閉合開關(guān),當(dāng)煙霧濃度達(dá)到確定值時(shí),干簧管中的兩個(gè)簧片被磁化而接通,觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。為了能在更低的煙霧濃度下觸發(fā)報(bào)警,下列調(diào)整正確的是()A.增大電阻箱R1的阻值B.增大電阻箱R2的阻值C.增大電源E3的電動(dòng)勢(shì)D.增大干簧管上線圈的匝數(shù)3.熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變更而變更。試驗(yàn)小組用伏安法測(cè)量某熱敏電阻的阻值,并探討其阻值與溫度的關(guān)系,試驗(yàn)室可供應(yīng)的器材有:熱敏電阻Rt(阻值在幾百到幾千歐的范圍內(nèi));電壓表V(量程為0~15V,內(nèi)阻約3kΩ);電流表A(量程為0~10mA,內(nèi)阻約1Ω);滑動(dòng)變阻器R(最大阻值20Ω);蓄電池(電動(dòng)勢(shì)為E=12V,內(nèi)阻不計(jì));開關(guān)、導(dǎo)線若干。甲乙丙(1)為了減小熱敏電阻測(cè)量誤差,圖甲中電壓表右側(cè)導(dǎo)線接(選填“a”或“b”);正確連接電路后,調(diào)整恒溫箱中的溫度,調(diào)整滑動(dòng)變阻器的滑片P,使電流表和電壓表示數(shù)在合適數(shù)值,記錄對(duì)應(yīng)的電流表和電壓表的示數(shù),并算出熱敏電阻的阻值Rt。多次變更溫度t,算出對(duì)應(yīng)的阻值Rt。

(2)在坐標(biāo)紙上作出Rt與溫度t的關(guān)系圖像如圖乙所示。由圖乙可知,當(dāng)電壓表的示數(shù)為9.0V,電流表的示數(shù)為3.0mA時(shí),熱敏電阻所在處的溫度約為℃。

(3)試驗(yàn)小組用該熱敏電阻設(shè)計(jì)了如圖丙所示的保溫箱溫度限制電路,Rt為熱敏電阻,R2為電阻箱,限制系統(tǒng)可視為R=300Ω的電阻,電源的電動(dòng)勢(shì)E0=10V(內(nèi)阻不計(jì))。當(dāng)通過限制系統(tǒng)的電流小于2mA時(shí),加熱系統(tǒng)將開啟為保溫箱加熱;當(dāng)通過限制系統(tǒng)的電流達(dá)到2mA時(shí),加熱系統(tǒng)將關(guān)閉。若要使得保溫箱內(nèi)溫度低于48℃,加熱系統(tǒng)就開啟,應(yīng)將R2調(diào)為Ω。

4.新型材料制作成各種各樣的電阻被廣泛應(yīng)用。如熱敏電阻、氣敏電阻、壓力電阻等。(1)氣體泄漏檢測(cè)裝置電路如圖甲所示,電源電壓不變,L為指示燈,R為氣敏電阻,其阻值與氣體濃度關(guān)系如圖乙所示,當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度增大時(shí),電流表示數(shù)(選填“增大”“不變”或“減小”)。

(2)溫度檢測(cè)裝置會(huì)運(yùn)用熱敏電阻。小珠利用圖丙所示電路探究熱敏電阻R'與溫度關(guān)系。已知電源電壓恒定,R1為阻值可調(diào)的電阻器,當(dāng)漸漸上升M中液體溫度,電流表的示數(shù)漸漸增大,熱敏電阻R'的阻值隨溫度的上升而(選填“增大”“不變”或“減小”);為了測(cè)量更高溫度,可調(diào)電阻器R1的阻值應(yīng)調(diào)得更(選填“大”或“小”)。

(3)如圖丁所示,壓力電阻R″的阻值隨壓力增大而減小,某同學(xué)利用壓力電阻R″、疼惜電阻R2以及一個(gè)電壓表(未畫出)設(shè)計(jì)了一個(gè)稱重裝置,在圖丁的電路中畫上電壓表能反映重力大小變更的電路。要求:電壓表的讀數(shù)會(huì)隨重力增大而增大。(4)小明設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì),圖戊是其原理圖。硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計(jì),P與R3間的摩擦不計(jì))。定值電阻R0=5Ω,ab是一根長(zhǎng)為5cm的勻整電阻絲,其阻值R3=25Ω,電流表的量程為0~0.6A。①閉合開關(guān)S4后,若不受拉力時(shí)滑片在a端,電流表的讀數(shù)為0.1A,則電源電壓為V;

②已知該彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度L與所受拉力F間的關(guān)系如圖己所示。則當(dāng)開關(guān)S4閉合后,當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.3A時(shí),作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為N。

5.有一種自動(dòng)限制裝置,利用熱敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控溫度,從而進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警,電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖甲所示,1、2接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與觸點(diǎn)和彈簧片連接,當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50mA時(shí),電磁鐵吸合銜鐵,彈簧片和觸點(diǎn)連接,3、4接通;電流小于50mA時(shí),3、4分開。正常狀況下,環(huán)境溫度保持在24℃左右,為使環(huán)境溫度高于40℃時(shí)報(bào)警器起先報(bào)警,請(qǐng)依據(jù)以下供應(yīng)的器材完成自控監(jiān)測(cè)火災(zāi)的電路設(shè)計(jì)。熱敏電阻:其電阻隨溫度變更的圖像如圖乙所示;電磁開關(guān):線圈電阻為150Ω;電源:電動(dòng)勢(shì)為20V,內(nèi)阻可忽視;定值電阻:R1=200Ω、R2=210Ω;報(bào)警器;開關(guān);導(dǎo)線若干。甲乙丙(1)由圖乙可知,此熱敏電阻的阻值隨溫度按(選填“線性”或“非線性”)規(guī)律變更。

(2)圖丙中定值電阻應(yīng)選擇(選填“R1”或“R2”)。

(3)請(qǐng)?jiān)趫D丙中補(bǔ)充完整電路圖。(4)若考慮疼惜電阻和勵(lì)磁線圈電阻因長(zhǎng)時(shí)間通電導(dǎo)致升溫,使得電阻值增加,則報(bào)警將會(huì)(選填“提前”“延后”或“不變”)。

參考答案試驗(yàn)練17利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)限制裝置1.C解析圖甲中裝置霍爾元件左右移動(dòng)時(shí),能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),不是電磁感應(yīng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圖乙中物體向左移,插入電容器的電介質(zhì)增加,則電容器的電容變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;圖丙裝置中通過物體位置變更引起線圈的自感系數(shù)變更從而將位置量換轉(zhuǎn)成電學(xué)量,選項(xiàng)C正確;圖丁裝置是電容話筒一樣利用振膜接受空氣振動(dòng)信號(hào),振膜與固定的平面電極之間形成一個(gè)電容,兩者之間的距離變更會(huì)導(dǎo)致其電容的變更。在電容兩端施加固定頻率及大小的電壓,通過電容的電流就會(huì)變更。將這個(gè)電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,即可輸出音頻信號(hào)。但是只有聲音,不接入電源,R兩端不會(huì)有電壓,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.D解析增大電阻箱R1的阻值,則紅外光源發(fā)出的紅外線強(qiáng)度減小,若煙霧濃度降低,則光敏電阻接收的光強(qiáng)降低,阻值變大,則干簧管的電流減小,干簧管中的兩個(gè)簧片不能被磁化而接通,蜂鳴器不能報(bào)警,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;同理,若煙霧濃度降低,則光敏電阻接收的光強(qiáng)降低,阻值變大,若再增大電阻箱R2的阻值,則干簧管的電流減小,干簧管中的兩個(gè)簧片不能被磁化而接通,蜂鳴器不能報(bào)警,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;增大電源E3的電動(dòng)勢(shì),對(duì)干簧管的通斷無影響,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;增大干簧管上線圈的匝數(shù),使干簧管在電流減小時(shí)增加磁性,則干簧管中的兩個(gè)簧片被磁化而接通,觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警,選項(xiàng)D正確。3.答案(1)b(2)48(3)1700解析(1)因?yàn)橛蠷V(2)當(dāng)電壓表示數(shù)為9.0V,電流表的示數(shù)為3.0mA時(shí),熱敏電阻的阻值為Rt=UI=9.依據(jù)圖乙可知熱敏電阻所處的溫度約為48℃。(3)取限制系統(tǒng)電流為I0=2mA=0.002A由圖乙知,當(dāng)溫度為48℃時(shí)熱敏電阻的阻值為3.0×103Ω,依據(jù)閉合電路歐姆定律,有I0=E代入數(shù)據(jù)得R2=1700Ω所以若要使得保溫箱內(nèi)溫度低于48℃,加熱系統(tǒng)就開啟,應(yīng)將R2調(diào)為1700Ω。4.答案(1)增大(2)減小大(3)見解析(4)3V400N解析(1)由圖乙可知,氣敏電阻阻值R隨氣體濃度增大而減小,所以當(dāng)氣體濃度增大時(shí),甲圖電路回路的總電阻變小,因此總電流增大,所以電流表示數(shù)增大。(2)因?yàn)楫?dāng)漸漸上升M中液體溫度,電流表的示數(shù)漸漸增大,說明圖丙回路總電阻變小,即熱敏電阻R'的阻值隨溫度的上升而減小。由上可知,溫度越高熱敏電阻R'的阻值小,回路電流會(huì)更大,為了疼惜電路可調(diào)電阻器R1的阻值應(yīng)調(diào)得更大,才能測(cè)量更高的溫度。(3)因并聯(lián)電路中各支路兩端電壓相等,串聯(lián)電阻起分壓作用,圖丁兩電阻串聯(lián)連接,又因?yàn)閴毫﹄娮鑂″阻值隨壓力增大而減小,所以壓力越大,壓力電阻R″的阻值越小,依據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知,壓力電阻R″分得的電壓越小,而疼惜電阻R2分得的電壓越大,因此電壓表與疼惜電阻R2并聯(lián)。如圖所示。(4)由圖戊可知,當(dāng)不受拉力時(shí)滑片在a端時(shí),回路總電阻為R總=R3+R0=30Ω,因?yàn)镮=0.1A,所以電源兩端電壓為E=IR總=3V。由題可知ab電阻絲單位長(zhǎng)度的阻值為r=25Ω5cm=5Ω/cm,當(dāng)電流表的讀數(shù)為I1=0.3A,回路總電阻為R總'=EI1=10Ω,所以接進(jìn)電路的電阻絲的電阻為Rab=R總'-R0=5Ω,則電阻絲接進(jìn)電路的長(zhǎng)度為L(zhǎng)'=Rabr=1cm,故彈簧的伸長(zhǎng)量為ΔL=5cm5.答案(1)非線性(2)R2(3)見解析圖(4)延后解析(1)由圖乙可知,熱敏電阻的阻值隨溫度按非線性規(guī)律變更。(2)由題意可得,當(dāng)電路中的總電阻為R=EI=400Ω時(shí),