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第2节 科学制作:简单的自动控制装置
第3节 大显身手的传感器
学习任务一 简单的自动控制装置
学习任务二 大显身手的传感器
随堂巩固
备用习题
学习任务一 简单的自动控制装置
【实验目的】
1.设计并制作光报警装置.
2.设计并制作温度报警装置.
3.了解制作的报警装置的工作原理.
【实验器材】
光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器.
【实验原理与设计】
甲
1.光报警装置：如图甲所示，将__________作为控制元件，从而通过光线来实现自动控制.当光照强度发生变化时，光敏电阻的阻值发生变化，电路中的______变化，当的阻值变化到一定值时，蜂鸣器发生报警.
光敏电阻
电流
2.温度报警装置：如图乙所示，将__________作为控制元件，从而通过温度来实现自动控制.当温度发生变化时，热敏电阻的阻值发生变化，电路中的______变化，当的阻值变化到一定值时，蜂鸣器发生报警.
热敏电阻
电流
乙
【实验步骤】
1.光报警装置实验步骤
(1)按照实验原理图组装电路.
(2)检查各元件的连接，确保无误.
(3) 接通电源，调节____________，使蜂鸣器在普通光照条件下不报警.
(4) 用黑纸逐渐遮住__________，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录.
滑动变阻器
光敏电阻
(5)逐渐撤掉黑纸，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录.
2.温度报警装置
(1)按照实验原理图组装电路.
(2)检查各元件的连接，确保无误.
(3) 接通电源，调节____________，使蜂鸣器常温下不发声.
(4) 用热水使__________的温度升高，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录.
(5) 将__________从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录.
滑动变阻器
热敏电阻
热敏电阻
例1 用如图所示的蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、干电池制作光电报警装置.要求当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.已知：①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小.②干簧管继电器开关：由干
簧管和绕在干簧管外的线圈组成，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态；当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态.
(1) 将图所示电路中的四个接线柱、、、的接线连接完整.
[答案] 见解析
[解析] 如图所示，干电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面的线圈构成一个回路；而另一组干电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的干簧管构成另一个回路.
(2) 试说明光电报警器的工作原理.
[答案] 见解析
[解析] 当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声.反之，当没有光照射或光很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声.
例2 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).某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表：
照度 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻 75 40 28 23 20 18
(1) 根据表中数据，请在图甲给定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.
甲
[答案] 见解析
特点：该光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小.
[解析] 该光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如下图所示.
(2) 如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至时，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)
乙
提供的器材如下：
光敏电阻(符号&1& ，阻值见上表)；
直流电源(电动势，内阻不计)；
定值电阻： ，， (限选其中之一并在图中标出)；
开关及导线若干.
[答案] 见解析
[解析] 电路原理图如图所示.
【要点总结】
1.干簧管在电路中可以起传感器和控制开关的作用.
2.继电器相当于一个自动的双向开关.如图所示，电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大的电流、较高的电压的一种自动开关.
3.三极管是一种控制电流的半导体器材，其作用是把微弱的电信号放大成幅度较大的电信号，也用作无触电开关.
4.自动控制装置的工作原理是利用敏感元件把声、光、温度、力等非电学量转换成电学量，但其产生的电信号一般很微弱，需要通过转换把这个电信号放大后，才能带动执行装置进行控制操作.因此，制作一个简单的自动控制装置，除了使用敏感元件外，还要设计一套相应的执行装置.
学习任务二 大显身手的传感器
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1) 自动感应门
① 控制自动门的开关装有一种________传感器.
② 自动门系统三环节：检测门前是否有人；判断检测结果，发出__________；执行指令(开、关门).
红外线
相应指令
(2) 洗衣机水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了______传感器.当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通，______进水电磁阀门，同时______洗涤电动机电源.
压力
关闭
接通
(3) 指纹识别器
指纹识别器是通过______传感器来识别指纹的.手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极板之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不同.通过读取这些电容的差异，就能获取指纹信息.
电容
(4) 机器人
① 机器人传感器系统的分类：______传感器和______传感器.
外部
内部
② 传感器用途
.外部传感器用于感知外部__________和外界事物对机器人的______.使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉.
.内部传感器(如____________、____________等)用于检测机器人自身的状态.
工作环境
刺激
角度传感器
关节传感器
［科学探究］ 火灾探测器(如图所示)的核心元件为气敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，传感器将烟雾在空气中的浓度转换为______量，从而触发报警，并对外发出声光报警信号.
电学
例3 当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时，大门会自动打开，进入大厅后，门又会自动关闭，下列关于这种自动门的说法中正确的是( )
A
A.控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B.控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器，能使自动门“见光开”
C.大人走近门会自动打开，小孩走近门，门不会自动打开
D.女孩走近门会自动打开，男孩走近门，门可能不会自动打开
[解析] 控制自动门开关的传感器是红外线传感器，A正确，B错误；尽管不同物体(包括大人、孩子)不同温度发出的红外线波长不同，但在设置这个传感器范围时应当充分考虑到大人、小孩个体的差异及人体体温的变化范围.大人、小孩、男孩、女孩靠近，门都会自动打开，C、D错误.
1.超导磁体的研究使得超强磁场的获得比以前更容易.如今，美国高场实验室研
制的稳态超导磁体中心磁场的磁感应强度达到 .超导磁体通常是浸泡在液氦
中的超导带材绕成的线圈，根据带材表面层是否绝缘分为绝缘线圈超导磁体和
非绝缘线圈超导磁体两种.
超导磁体运行中，局部失超(失去超导性)可能带来整体失超，会造成超导磁体
损坏.对超导磁体进行失超保护是必要的.绝缘线圈超导磁体需要采用主动失超保
护系统.
图甲是绝缘线圈超导磁体充电、运行和失超保护电路原理图.闭合开关 ，超导磁体
被充电后，正常运行.当失超探测器检测到超导磁体失超后，能自动迅速切断开关 并
通过二极管(符号见图乙，当“ ”端的电势高于“-”端的电势时，二极管导通，电阻几
乎为0；反之，电阻几乎为无穷大)将超导磁体储存的能量迅速转换到耗能电阻中，保
护超导磁体不会被损坏.那么，图甲中接入的二极管的连接方式应该是图乙中的___(选
填“ ”或“ ”).当失超保护系统工作时，流过耗能电阻中的电流方向为_________(选
填“由 到 ”或“由 到 ”).

由 到
[解析] 给磁体充电时，二极管不能导通；当失超探测器检测到磁体失超、切断
开关 后，线圈中的电流要减小，线圈要产生自感电动势以维持电流继续流动，
此时加在二极管两端的电压为正向电压，使二极管导通，线圈跟二极管和耗能
电阻组成了闭合回路，所以要采用 中连接方式，此时线圈中的电流方向仍然
向右，所以流过耗能电阻的电流方向为由 向 .
2.如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信
号，当加在它的输入端 的电势逐渐上升到 ，输出端 会突然从高电平跳
到低电平 ，而当输入端 的电势下降到 时，输出端 会从低电平跳
到高电平 .
如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图， 为热敏电阻， 为滑动变阻
器(最大阻值为 )，蜂鸣器工作电压为 ，热敏电阻的阻值随温度的变
化关系如图丙所示.若要求热敏电阻在感测到 时报警，则 应调至_____
；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警， 的阻值应______(选
填“增大”“减小”或“不变”).
0.42
减小
[解析] 热敏电阻在 时的电阻是 ，斯密特触发器输入端 的电
势是 时，输出端 的电压为 ，这时蜂鸣器开始工作.由串联电路分压
特点知 ，可得 .由热敏电阻的阻值随温度变化的
图像可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，而斯密特触发器输入端的电压
仍保持不变，则 的阻值应减小.
3.某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图所示，继电
器与热敏电阻 、滑动变阻器 串联接在电源 两端，当继电器的电流超过
时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控.继电器的电阻约 ，
热敏电阻的阻值 与温度 的关系如下表所示.
30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
(1) 提供的实验器材有:电源 ( ，
内阻不计)、电源 ( ，内阻不计)、
滑动变阻器 、滑动变阻
器 、热敏电阻 、继电
器、电阻箱 、开关 、导
线若干.


为使该装置实现对 之间任一温度的控制，电源 应选用____(选填“
”或“ ”)，滑动变阻器 应选用____(选填“ ”或“ ”).
[解析] 由于继电器的电流超过 时，
衔铁才能被吸合，若电源 取
时，由闭合电路欧姆定律得
即
而在 时，热敏电阻的阻值为
，再加上继电器的电阻 ，总电阻为 ，已超过 ，
则无法使温度控制在 ，故 不能选择，只能选择 ， ，
由闭合电路欧姆定律得
则
此时若要使温度能控制在 ，热敏电阻 与继电器的总电阻为
，为使衔铁不至于在低于 时被吸合，
需串联一个滑动变阻器，且最大阻值不能小于 ，而
最大阻值为 ，不符合要求，故选 .
(2) 实验发现电路不工作.某同学为排查
电路故障，用多用电表测量各接点间的
电压，则应将如图所示的选择开关旋至
___(选填“ ”“ ”“ ”或“ ”).

[解析] 要测直流电压，选择开关只能旋至 .
(3) 合上开关 ，用调节好的多用电表进行排查.在图中，若只有 、 间断路，
则应发现表笔接入 、 时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入 、
时指针______(选填“偏转”或“不偏转”).
不偏转
偏转
[解析] 测 、 间电压时，由于 、 间断路，电路中电流为0，故 、 间电压为0，因此多用电表指针不偏转；测 、 间电压就相当于测电源两极间电压，因此多用电表指针将会偏转.
(4) 排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为 时被吸合，下列操作步骤的正
确顺序是____________(填写各步骤前的序号).
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至
⑤④②③①
[解析] 为了使在设计电路时方便，这里用电阻箱临时代替热敏电阻.查出
时热敏电阻的阻值，将电阻箱调至相同阻值，断开开关，用电阻箱替换热敏电
阻，合上开关，调节滑动变阻器，使衔铁刚好被吸合.再断开开关，将电阻箱
移除，换成热敏电阻.因此其合理顺序为⑤④②③①.
1.(自动报警装置)如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时，红外光敏电阻受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出).经实际试验，灯的亮灭能反映门的状态.门打开时两灯的发光情况以及两端电压与门关闭时相比( )
D
A.红灯亮，变大 B.绿灯亮，变大 C.绿灯亮，变小 D.红灯亮，变小
[解析] 门打开时，光敏电阻的阻值减小，导致减小和增大，和变大，减小，增大，电磁继电器磁性增强，把衔铁吸下，红灯亮，绿灯灭，选项A、B、C错误，选项D正确.
2.(自动控制装置)在如图所示的自动控制电路中，当开关断开时，工作电路的情况是( )
B
A.灯亮，电动机转起来，电铃响
B.灯亮，电动机转起来，电铃不响
C.灯不亮，电动机不转，电铃响
D.灯亮，电动机不转，电铃响
[解析] 由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关闭合时，电磁铁通电
有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转，故B正确.
3.(自动报警装置)[2024·厦门双十中学月考] 电梯的超载自动报警系统简化电路如图所示，电梯箱底装有压敏电阻，为滑动变阻器，、为静触点，为动触点.当超过限定质量时，电铃将发出报警声，以下说法正确的是( )
D
A.电磁铁的上端为极
B.的阻值随压力的增大而增大
C.的阻值增大，电磁铁的磁场增强
D.若要减小电梯的限定质量，则的滑片向左滑动
[解析] 根据右手螺旋定则可知，电磁铁的上端相当于极，A错误；电梯箱底板压力过大时，流过电磁铁的电流增大，电磁铁将动触点吸合到B，使电铃报警，因此的阻值随压力的增大而减小，B错误；的阻值增大时，回路的电流减小，电磁铁的磁场减弱，C错误；若要减小电梯的限定质量，即减小限定压力，此时压敏电阻阻值较大，若电磁铁依然吸合动触点到B，则应减小接入
电路的阻值，使回路电流增大，因此应使的滑片向左滑动，D正确.
4.(光控电路) 如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定.电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡亮度逐渐增强,测得流过光敏电阻的电流和光强的关系图线如图乙所示,试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个路灯自动光控电路.要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作.
[答案] 如图所示
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出,当入射光增强时,光敏电阻的阻值减小,通过光敏电阻的电流增大.根据题意设计的自动光控电路如图所示.闭合开关,当有光照射时,电流增大,经过放大器输出一个较大的电流,驱动电
磁继电器吸引衔铁使两个触点断开,当无光照射时,电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,电路接通,灯开始工作.
5.(温控电路)[2024·福州一中月考] 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，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).例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量.热敏电阻随温度变化的图像如图甲所示，图乙是由热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器电路图.
(1) 图乙中左侧回路不通电或电流过小时，金属片与接触；电流过大时，电磁铁吸引金属片与接触，为了使热敏电阻的温度过高时报警器铃响，开关应接在___(选填“”或“”)处.
[解析] 为了使温度过高时发送报警信息，即热敏电阻阻值变小时接通报警器，开关应该接在处.
(2) 电源电动势为，内阻不计，电磁铁的线圈电阻为 ，流过热敏电阻的电流大于或等于时就会报警，为，热敏电阻达到时的电阻为 .若要求热敏电阻达到时开始报警，则电阻箱的阻值应调为______ .若电源内阻不能忽略，而调节电阻箱时未考虑电源内阻，则当热敏电阻的温度缓慢升高到报警器开始报警时，热敏电阻的温度______(选填“大于”或“小于”).
1120
大于
[解析] 热敏电阻达到时开始报警，此时流过热敏电阻的电流恰好为，根据闭合电路的欧姆定律得，解得 .若电源内阻可以忽略，则此时温度恰好为；若电源内阻不能忽略，而调节电阻箱时未考虑电源内阻，则当热敏电阻的温度缓慢升高到时，电路中的实际电流为，报警器此时还未报警，故报警时热敏电阻的温度大于.第2节　科学制作:简单的自动控制装置第2节　科学制作:简单的自动控制装置第2节　科学制作:简单的自动控制装置 第3节　大显身手的传感器
1.D　[解析] 机器人通过“眼睛”(摄像机)即视觉传感器感知周围景物,从而避开障碍物,故D正确.
2.C　[解析] 洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏,则可能导致一直不加水或一直不停地加水,这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作, 故A、B、D可能,C不可能.
3.C　[解析] 由火灾报警器的原理可知,发生火灾时,烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线照在光电三极管上,电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,选项C正确.
4.B　[解析] 当杯中的水位到达金属块B时,控制电路接通,电磁铁具有磁性,将衔铁吸下,使L2灯所在电路接通,所以L2灯亮;L1灯所在电路断开,所以L1灯不亮,故B正确,A、C、D错误.
5.(1)C　(2)左
[解析] (1)根据要求,在常温下热敏电阻阻值较大,控制电路电流较小,电磁铁磁性较弱,不能将衔铁吸下,此时绿灯所在电路接通,绿灯亮;温度升高后,热敏电阻阻值较小,控制电路电流增大,电磁铁磁性增大,将衔铁吸下,电铃报警,所以图中的甲位置需要放入的元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小),故C正确.
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点,即在热敏电阻的电阻比较大的时候报警,说明滑动变阻器接入电路的阻值比较小.要求在温度更高一点时就开始报警,需要调节滑动变阻器,使滑动变阻器接入电路的阻值大一些,则需要将滑片往左移动一些.
6.(1)红　(2)400
[解析] (1)因是闯红灯违规记录仪,故光控开关应在接收到红光时自动闭合.
(2)由闭合电路欧姆定律得I=,解得R=90 Ω,由R-F图像可知,当R=90 Ω时,F=4000 N,由F=G=mg,解得m=400 kg,故只有质量超过400 kg的车辆违规时才会被记录.
7.(1)连线如图所示
(2)R2　(3)①650.0　b　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　②c　报警器开始报警
[解析] (1)电路如图所示.
(2)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,可知外电阻的取值范围是Ω=900 Ω≤R≤Ω=1800 Ω.报警器的电阻是650.0 Ω,所以滑动变阻器阻值的取值范围在250 Ω到1150 Ω之间,所以滑动变阻器应该选R2.
(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻,阻值应为650.0 Ω,滑动变阻器刚开始应置于b端,若置于另一端,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;实验调试时,将开关置于c端,缓慢调节滑动变阻器,直至报警器开始报警.
8.(1)4.5　(2)C　(3)3 cd
[解析] (1)由表格数据可知,光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变,则当E=4 cd时,光敏电阻的阻值Rx==4.5 Ω.
(2)由题意可知,光敏电阻Rx与定值电阻R0串联,光照增强时,光敏电阻Rx阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,R0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,故Rx两端的电压减小;反之光照减弱时,光敏电阻Rx阻值增大,R0两端的电压减小,Rx两端的电压增大,则玻璃并联在R0两端时不符合题意,玻璃并联在Rx两端时符合题意,故A错误,C正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故B、D错误.
(3)当R0=12 Ω,光敏电阻两端的电压Ux=3 V时,因串联电路中总电压等于各分电压之和,则R0两端的电压U0=U-Ux=9 V-3 V=6 V,因为串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流I==,即=,解得Rx=6 Ω,此时光照强度E=3 cd.
9.(1)16　(2)50
[解析] (1)由表格可知,踏板空载时,压力传感器的电阻R=300 Ω,此时电流表中电流I== A=1.6×10-2 A=16 mA.
(2)当电流I'=20 mA=2×10-2 A时,压力传感器的电阻R'== Ω=240 Ω,由表格可知,这个人受到的重力为500 N,此人质量为50 kg.第2节　科学制作:简单的自动控制装置 第3节　大显身手的传感器建议用时:40分钟
◆ 知识点一　大显身手的传感器
1.机器人通过哪种传感器感知周围环境,从而避开障碍物 (　)
A.温度传感器 B.压力传感器
C.味觉传感器 D.视觉传感器
2.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是 (　)
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机不洗衣
3.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光,故而呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是 (　)
A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化,发出警报
B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化,发出警报
C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照在光电三极管上,电阻变小,发出警报
D.以上说法均不正确
◆ 知识点二　简单的自动控制装置
4.如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图,当杯中的水位到达金属块B时,出现的情况是 (　)
A.L1灯亮 B.L2灯亮
C.L1、L2两灯同时亮 D.L1、L2两灯都不亮
5.[2024·三明一中月考] 某同学学习传感器后,用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器,要求是:正常情况下绿灯亮,有险情时电铃报警.电路如图所示,图中仪器还不完整.请完成以下问题:
(1)图中的甲位置处需要放入的元件是　　　　(填选项前的字母).
A.二极管
B.光敏电阻
C.NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D.PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点.要求在温度更高一点时就开始报警,则需要调节滑动变阻器的滑片往　　　　(选填“左”或“右”)移动一点.
6.[2024·河南郑州一中月考] 某学校的科技小组在一次创新大赛中利用所学物理知识设计了一种“闯红灯违规记录仪”,其工作原理如图甲所示,当光控开关接收到某种颜色光时,开关自动闭合,且车辆经过的路面下的压敏电阻受到车的压力,其阻值随压力变化如图乙所示,当压力变化引起电流变化达到一定值时,继电器的衔铁就被吸下,电路中的电控照相机就启动,记录下违规车辆实况.光控开关未受到该种光照射就自动断开,衔铁不被吸引,工作电路中的指示灯发光.
(1)要记录违规闯红灯的情景,光控开关应在接收到　　　　(选填“红”“绿”或“黄”)光时自动闭合.
(2)已知控制电路电源电动势为6 V,内阻为2 Ω,继电器电阻为8 Ω,当控制电路中电流大于0.06 A时,衔铁会被吸引,则只有质量超过　　　　kg的车辆违规时才会被记录.(重力加速度g取10 m/s2)
7.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 Ω),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1000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω),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的升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω.
(1)在图中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:
①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　　　　 Ω;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　
　.
②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.
8.[2024·河北正定中学月考] 电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上,电源内阻不计,光敏电阻阻值随光强变化关系如下表所示:
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻Rx/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量,符号为E,单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时,光敏电阻Rx的大小为　　　　Ω.
(2)电控调光玻璃的原理是光照增强,光敏电阻Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升.若电源电压不变,则如图所示的电路图中符合要求的是　　　　(填选项字母).
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω,用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V,则此时光照强度为　　　　.
9.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表A(实质上是理想电流表)组成.已知压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,压力传感器的电阻R与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,g取10 m/s2.
压力F/N 0 250 500 750 1000 1250 1500 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上　　　　mA处.
(2)若某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则这个人的质量是　　　　kg. 第3节　大显身手的传感器
实验原理与设计
1.光敏电阻　电流　2.热敏电阻　电流
实验步骤
1.(3)滑动变阻器　(4)光敏电阻　2.(3)滑动变阻器
(4)热敏电阻　(5)热敏电阻
例1　见解析
[解析] (1)如图所示,干电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面的线圈构成一个回路;而另一组干电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的干簧管构成另一个回路.
(2)当报警器有光照射时,光敏电阻阻值减小,电路中电流增大,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态,蜂鸣器电路接通,蜂鸣器发声.反之,当没有光照射或光很微弱时,光敏电阻阻值很大,电路中电流很小,干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态,蜂鸣器的电路断开,蜂鸣器不发声.
例2　见解析
[解析] (1)该光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图所示.
特点:该光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小.
(2)电路原理图如图所示.
[教材链接] (1)①红外线　②相应指令　(2)压力　关闭　接通　(3)电容　(4)①外部　内部　②a.工作环境　刺激　b.角度传感器　关节传感器
[科学探究] 电学
例3　A　[解析] 控制自动门开关的传感器是红外线传感器,A正确,B错误;尽管不同物体(包括大人、孩子)不同温度发出的红外线波长不同,但在设置这个传感器范围时应当充分考虑到大人、小孩个体的差异及人体体温的变化范围.大人、小孩、男孩、女孩靠近,门都会自动打开,C、D错误.
随堂巩固
1.D　[解析] 门打开时,光敏电阻R3的阻值减小,导致R总减小和I总增大,Ur和UR1变大,UR2=E-(UR1+Ur)减小,IR3=I总-增大,电磁继电器磁性增强,把衔铁吸下,红灯亮,绿灯灭,选项A、B、C错误,选项D正确.
2.B　[解析] 由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置,控制电路由电源、开关S和电磁铁组成,工作电路有两个,共用一个电源,开关S断开时,电磁铁中无电流没有磁性,弹簧把衔铁拉起,电灯和电动机组成的并联电路连通,电灯亮,电动机转动,电铃电路断开,电铃不响;开关S闭合时,电磁铁通电有磁性,吸下衔铁,使电铃电路连通,铃响,电灯和电动机电路断开,灯不亮,电动机不转,故B正确.
3.D　[解析] 根据右手螺旋定则可知,电磁铁的上端相当于S极,A错误;电梯箱底板压力过大时,流过电磁铁的电流增大,电磁铁将动触点K吸合到B,使电铃报警,因此R1的阻值随压力的增大而减小,B错误;R1的阻值增大时,回路的电流减小,电磁铁的磁场减弱,C错误;若要减小电梯的限定质量,即减小限定压力,此时压敏电阻阻值较大,若电磁铁依然吸合动触点K到B,则应减小R2接入电路的阻值,使回路电流增大,因此应使R2的滑片P向左滑动,D正确.
4.如图所示
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出,当入射光增强时,光敏电阻的阻值减小,通过光敏电阻的电流增大.根据题意设计的自动光控电路如图所示.闭合开关,当有光照射时,电流增大,经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开,当无光照射时,电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,电路接通,灯开始工作.
5.(1)a　(2)1120　大于
[解析] (1)为了使温度过高时发送报警信息,即热敏电阻阻值变小时接通报警器,开关c应该接在a处.
(2)热敏电阻R1达到100 ℃时开始报警,此时流过热敏电阻R1的电流恰好为Ic=10 mA,根据闭合电路的欧姆定律得Ic=,解得R2=1120 Ω.若电源内阻可以忽略,则此时温度恰好为100 ℃;若电源内阻不能忽略,而调节电阻箱时未考虑电源内阻,则当热敏电阻R1的温度缓慢升高到100 ℃时,电路中的实际电流为I实=学习任务一　简单的自动控制装置
【实验目的】
1.设计并制作光报警装置.
2.设计并制作温度报警装置.
3.了解制作的报警装置的工作原理.
【实验器材】
光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器.
【实验原理与设计】
1.光报警装置:如图甲所示,将　　　　　　作为控制元件,从而通过光线来实现自动控制.当光照强度发生变化时,光敏电阻R的阻值发生变化,电路中的　　　　变化,当R的阻值变化到一定值时,蜂鸣器发生报警.
2.温度报警装置:如图乙所示,将　　　　　　作为控制元件,从而通过温度来实现自动控制.当温度发生变化时,热敏电阻RT的阻值发生变化,电路中的　　　　变化,当RT的阻值变化到一定值时,蜂鸣器发生报警.
【实验步骤】
1.光报警装置实验步骤
(1)按照实验原理图组装电路.
(2)检查各元件的连接,确保无误.
(3)接通电源,调节　　　　　　　,使蜂鸣器在普通光照条件下不报警.
(4)用黑纸逐渐遮住　　　　　　,注意蜂鸣器是否发声,并做好记录.
(5)逐渐撤掉黑纸,注意蜂鸣器是否发声,并做好记录.
2.温度报警装置
(1)按照实验原理图组装电路.
(2)检查各元件的连接,确保无误.
(3)接通电源,调节　　　　　　　,使蜂鸣器常温下不发声.
(4)用热水使　　　　　　的温度升高,注意蜂鸣器是否发声,并做好记录.
(5)将　　　　　　从热水中取出,注意蜂鸣器是否发声,并做好记录.
例1 用如图所示的蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、干电池制作光电报警装置.要求当报警器有光照射时,蜂鸣器发声,当没有光照或者光照很弱时,蜂鸣器不发声.已知:①光敏电阻:光敏电阻受光照后,阻值会变小.②干簧管继电器开关:由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成,当线圈中有一定的电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态;当线圈中没有电流或者电流很微弱时,磁场消失,簧片在弹力的作用下回复到分离状态.
(1)将图所示电路中的四个接线柱A、B、C、D的接线连接完整.
(2)试说明光电报警器的工作原理.
例2 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在不同照度下的阻值如下表:
照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据,请在图甲给定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,阻值见上表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);
开关S及导线若干.
[反思感悟]


【要点总结】
1.干簧管在电路中可以起传感器和控制开关的作用.
2.继电器相当于一个自动的双向开关.如图所示,电磁继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大的电流、较高的电压的一种自动开关.
3.三极管是一种控制电流的半导体器材,其作用是把微弱的电信号放大成幅度较大的电信号,也用作无触电开关.
4.自动控制装置的工作原理是利用敏感元件把声、光、温度、力等非电学量转换成电学量,但其产生的电信号一般很微弱,需要通过转换把这个电信号放大后,才能带动执行装置进行控制操作.因此,制作一个简单的自动控制装置,除了使用敏感元件外,还要设计一套相应的执行装置.
学习任务二　大显身手的传感器
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)自动感应门
①控制自动门的开关装有一种　　　　　传感器.
②自动门系统三环节:检测门前是否有人;判断检测结果,发出　　　　　　;执行指令(开、关门).
(2)洗衣机水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了　　　　传感器.当筒中水位到达设定的高度时,凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点,使控制电路接通,　　　　进水电磁阀门,同时　　　　洗涤电动机电源.
(3)指纹识别器
指纹识别器是通过　　　　传感器来识别指纹的.手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列,指纹的脊和谷相对于另一极板之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不同.通过读取这些电容的差异,就能获取指纹信息.
(4)机器人
①机器人传感器系统的分类:　　　　传感器和　　　　传感器.
②传感器用途
a.外部传感器用于感知外部　　　　　　和外界事物对机器人的　　　　.使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉.
b.内部传感器(如　　　　　　　、　　　　　　　等)用于检测机器人自身的状态.
[科学探究] 火灾探测器(如图所示)的核心元件为气敏传感器,当烟雾在空气中的浓度超过设定值时,传感器将烟雾在空气中的浓度转换为　　　　量,从而触发报警,并对外发出声光报警信号.
例3 当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时,大门会自动打开,进入大厅后,门又会自动关闭,下列关于这种自动门的说法中正确的是 (　)
A.控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B.控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器,能使自动门“见光开”
C.大人走近门会自动打开,小孩走近门,门不会自动打开
D.女孩走近门会自动打开,男孩走近门,门可能不会自动打开
1.(自动报警装置)如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出).经实际试验,灯的亮灭能反映门的状态.门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比 (　)
A.红灯亮,UR2变大 B.绿灯亮,UR2变大
C.绿灯亮,UR2变小 D.红灯亮,UR2变小
2.(自动控制装置)在如图所示的自动控制电路中,当开关S断开时,工作电路的情况是 (　)
A.灯亮,电动机转起来,电铃响
B.灯亮,电动机转起来,电铃不响
C.灯不亮,电动机不转,电铃响
D.灯亮,电动机不转,电铃响
3.(自动报警装置)[2024·厦门双十中学月考] 电梯的超载自动报警系统简化电路如图所示,电梯箱底装有压敏电阻R1,R2为滑动变阻器,A、B为静触点,K为动触点.当超过限定质量时,电铃将发出报警声,以下说法正确的是 (　)
A.电磁铁的上端为N极
B.R1的阻值随压力的增大而增大
C.R1的阻值增大,电磁铁的磁场增强
D.若要减小电梯的限定质量,则R2的滑片P向左滑动
4.(光控电路) 如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定.电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡亮度逐渐增强,测得流过光敏电阻的电流和光强的关系图线如图乙所示,试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个路灯自动光控电路.要求有光照时路灯不亮,无光照时路灯工作.
5.(温控电路)[2024·福州一中月考] 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,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).例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量.热敏电阻随温度变化的图像如图甲所示,图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器电路图.
(1)图乙中左侧回路不通电或电流过小时,金属片与b接触;电流过大时,电磁铁吸引金属片与a接触,为了使热敏电阻R1的温度过高时报警器铃响,开关c应接在　　　　(选填“a”或“b”)处.
(2)电源电动势E为18 V,内阻不计,电磁铁的线圈电阻R3为80 Ω,流过热敏电阻R1的电流大于或等于Ic时就会报警,Ic为10 mA,热敏电阻R1达到100 ℃时的电阻为600 Ω.若要求热敏电阻R1达到100 ℃时开始报警,则电阻箱R2的阻值应调为　　　　Ω.若电源内阻不能忽略,而调节电阻箱时未考虑电源内阻,则当热敏电阻R1的温度缓慢升高到报警器开始报警时,热敏电阻R1的温度　　　　(选填“大于”或“小于”) 100 ℃.

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