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3.利用传感器制作简单的自动控制装置
1.目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管（只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光），R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭。根据上述信息和原理图，我们可推断：
按钮开关K按下前，发光二极管是　　　　（填“发光的”或“熄灭的”），按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约　　　　min。这一过程中发光二极管是　　　　。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R　　　　RL的条件。
2.光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用。街道路灯自动控制就是应用之一，如图所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流放大器，D为路灯。请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果。
3.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
（1）实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A（阻值范围0～10 Ω）、滑动变阻器B（阻值范围0～100 Ω）、电动势为6 V的电源（不计内阻）、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是　　　　（选填“A”或“B”）；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
（2）将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为　　　　　W，电源的内阻为　　　　　Ω。
4.如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。
（1）房卡的作用相当于一个　　　　（填电路元件名称）接在干路上。
（2）如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
5.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，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，现要利用该热敏电阻组装一个报警系统，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，Ic约为10 mA，流过的电流超过20 mA时，报警器可能损坏），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为18 V，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。
（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　（选填“增大”或“减小”）。
（2）按图乙所示的电路图组装电路，并按照下列步骤调节此报警系统；
①电路接通前，滑动变阻器的滑片应置于　　　（选填“a”或“b”）端附近；
②若已知该热敏电阻在60 ℃时阻值为650.0 Ω。则根据实验要求，先将电阻箱调到一固定的阻值，这一阻值为　　　　Ω；
③将开关向　　　　（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
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。
6.半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所示是该测试仪的原理图。图中R1为定值电阻，乙醇传感器R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小。
（1）驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，电压表的读数越　　　　（选填“大”或“小”）。
（2）如图乙所示为乙醇传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线。则酒精气体浓度为0时R2的阻值为　　　　Ω。若某司机呼气酒精浓度为120 mg/m3，此时R2的阻值为　　　　Ω。
（3）现有一个电源，电动势为4.8 V，内阻为1 Ω；电压表V量程为5 V，内阻很大；定值电阻R1的阻值为60 Ω；导线若干。按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为　　　　　　V处；酒精气体浓度为50 mg/m3应刻在电压刻度线为　　　　V处。
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
1.发光的　1　熄灭的　
解析：按钮开关K按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态。当按钮开关K按下再释放后，由于通电瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后断开，电灯才熄灭，则知电灯L发光持续时间约1 min。只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏。
2.见解析图
解析：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，光电流减小，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，控制路灯电路接通，路灯开始工作。电路如图所示：
3.（1）A　电路图见解析
（2）0.75　1.67
解析：（1）为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示：
（2）由图甲可知，通过灯泡的电流是0.3 A时，灯泡两端电压是2.5 V，则灯泡功率P＝UI＝2.5 V×0.3 A＝0.75 W；电源电动势是3 V，过点（0.3 A，2.5 V）和纵轴上3 V的点作一直线，该直线是电源的U-I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r＝1.67 Ω。
4.（1）开关　（2）见解析
解析：（1）房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。
（2）将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8—7，4—5，6—9，1—3，2—10 连接起来，构成正常的电门卡电路，如图。
5.（1）减小　（2）①b　②650.0　③c
解析：（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（2）①为防止接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端。②本题采用的是等效替换法，先用电阻箱来代替热敏电阻，所以电阻箱的阻值要调节到系统报警时热敏电阻的临界电阻，也就是在60 ℃时的阻值650.0 Ω。③先把电阻箱的电阻接入电路，即将开关向c端闭合，缓慢调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，即开关接d端，当热敏电阻的阻值是650.0 Ω时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警，报警系统即可正常使用。
6.（1）大　（2）60　24（22～26均可）　（3）2.40　2.88
解析：（1）酒精气体浓度越大，R2的阻值越小。根据闭合电路欧姆定律，当R2减小时，电路总电流增大，故电压表的读数变大。
（2）根据“电阻值—酒精气体浓度”的关系曲线。读出呼气酒精浓度为0时，R2的阻值为60 Ω。呼气酒精浓度为120 mg/m3时，R2的阻值为24 Ω。
（3）酒精气体浓度为0时，I＝≈0.04 A，U＝IR1＝2.40 V；酒精气体浓度为50 mg/m3时，R2'＝40 Ω，I'＝≈0.048 A，U'＝I'R1＝2.88 V。
2 / 33.利用传感器制作简单的自动控制装置
课标要求 素养目标
1.会制作简单的光报警装置和温度报警装置，知道实验原理，设计实验步骤，并分析实验结果。 2.知道传感器在自动控制装置中的作用。 3.能利用传感器设计简单的自动控制装置，将传感器技术应用到实际生活中。 4.能解释传感器在生活中的应用，体会传感器对人们生活的影响 1.通过实验，进一步掌握传感器的工作原理。（物理观念） 2.通过分析、设计自动控制装置，提升解决问题能力、实验设计能力和动手实践能力。（科学探究） 3.通过阅读教材，理解自动感应门、洗衣机水位控制、指纹识别器、机器人等所用传感器的工作原理。（科学态度与责任） 4.通过查阅资料，了解传感器在生活中的其他应用实例。（科学态度与责任）
实验1　门窗防盗报警装置
一、实验目的
1.了解门窗防盗报警装置的工作原理。
2.了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。
二、实验原理
1.干簧管
（1）特点：感知磁场是否存在的传感器。
（2）作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。
2.继电器
（1）特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通，无电流时，开关与触点b接通。
（2）作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相当于一个自动的双向开关。
3.实验电路
4.工作原理
闭合开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通状态，继电器使开关c与触点a接通，二极管LED发光。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，使开关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。
三、实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R（330 Ω）、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。
四、实验步骤
1.连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
2.确定各元件可以正常工作后，按照实验电路图连接电路。
3.接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
实验2　光控开关
一、实验目的
1.了解光控开关的工作原理。
2.练习利用光控开关制作自动控制设备。
二、实验原理
1.晶体三极管
（1）两种类型
（2）三个电极
①发射极e；②基极b；③集电极c。
（3）重要特性
①从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流，这就是三极管的电流放大作用。
②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
2.光控开关
（1）电路图
（2）工作原理
当光照较强时，RG较小，加在基极上电压较小，三极管不导通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上电压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。
3.光控开关控制电路
（1）电路图
（2）工作原理
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，继电器所在的回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。（注：与继电器并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏。）
三、实验器材
可调电阻R1（最大电阻为51 kΩ）、限流电阻R2（330 Ω）、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L（6 V、0.3 A）、二极管D、电源等。
四、实验步骤
1.按照实验电路图连接电路，检查无误后，接通电源。
2.让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
3.遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
4.让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
五、注意事项
1.安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
2.光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则将烧坏门电路集成块。
3.光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些。
题型一 光敏电阻的应用
【典例1】　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表所示。
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值Rx/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”表示光照强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉（cd）]
（1）当光强为4坎德拉（cd）时，光敏电阻Rx的阻值大小为　　　　Ω。
（2）其原理是光照增强，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，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是　　　　　　（填标号）。
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　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。
题型二 热敏电阻的应用
【典例2】　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120 ℃时，系统报警。提供的器材有：
热敏电阻（该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在120 ℃时阻值为700.0 Ω）；
报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，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）；
电阻箱（最大阻值为999.9 Ω）；
直流电源（输出电压为U约为18 V，内阻不计）；
滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）；
滑动变阻器R2（最大阻值为2 000 Ω）；
单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节，调节的报警系统原理电路图如图所示。
（1）电路中应选用滑动变阻器　　　　（选填“R1”或“R2”）。
（2）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　　　　　　　。
（3）滑动变阻器滑片的位置　　　　（选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”），将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
（4）若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统，要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650 Ω，则需将上述电路中的　　　　换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到　　　　Ω，然后重复上述操作即可。
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现有器材：直流恒流电源（在正常工作状态下输出的电流恒定）、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等。
（1）若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在如图所示的实物图上连线。
（2）实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值。
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，　　　　 　，　　　　　 　，断开开关。
③重复第②步操作若干次，测得多组数据。
（3）实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图所示的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R＝　　　＋　　　t（Ω）。（保留三位有效数字）
2.如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：
（1）应该把恒温箱内的加热器接在　　　　（选填“A、B端”或“C、D端”）。
（2）如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，可变电阻R'的阻值应调节为　　　　Ω。
题型三 其他传感器的应用
【典例3】　酒驾严重危害交通安全，喝酒不开车已经成为准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为乙醇传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该乙醇传感器设计一款酒精测量仪，除乙醇传感器外，在实验室中找到了如下器材：
A.干电池组（电动势E＝3.0 V，内阻r＝1.2 Ω）
B.表头G（满偏电流6.0 mA，内阻Rg＝42 Ω）
C.电阻箱R1（最大阻值9 999.9 Ω）
D.电阻箱R2（最大阻值9 999.9 Ω）
E.开关及导线若干
（1）该同学设计的测量电路如图丙所示，他首先将表头G量程扩大为90 mA，则应将电阻箱R1的阻值调为　　　　　Ω。
（2）如图丁所示，该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在表头上2 mA处，则应将电阻箱R2的阻值调为　　　　　Ω。
（3）完成步骤（2）后，某次在实验室中试测酒精浓度时，表头指针如图丁所示。已知酒精浓度在0.2～0.8 mg/mL之间属于饮酒驾驶；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉酒驾驶，则该次测试的酒精浓度属于　　　　　范围（选填“酒驾”或“醉驾”）。
（4）使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，则此时所测的酒精气体浓度与真实值相比　　　　　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。现有A和B两个压力传感器：
（1）利用如图甲所示的电路测量传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：
电源电动势为3 V
电流表A（量程250 μA，内阻约为50 Ω）
电压表V（量程3 V，内阻约为20 kΩ）
滑动变阻器R0（阻值0～100 Ω）
为了提高测量的准确性，开关S1应该接　　　　　（选填“①”或“②”），开关S2应该接　　　　　（选填“③”或“④”）。
（2）实验测得A和B两个压力传感器的阻值RN随压力F变化的关系图像如图乙所示。利用压力传感器设计了自动报警分拣装置如图丙所示，图中RN为压力传感器，R为滑动变阻器，电源电动势为6 V（内阻不计）。当蜂鸣器（可视为断路）两端的电压大于3 V时，会发出警报。分拣时将质量不同的物体用传送带运送到压力传感器上，若要将质量超过0.40 kg 的货物实现报警分拣，则　　　　　（选填“A”或“B”）压力传感器的灵敏度更高（灵敏度指电阻值随压力的变化率，g＝10 m/s2）。
（3）仍用图丙所示的自动报警分拣装置，某次分拣产品时选择B压力传感器，若R调为50 kΩ，该分拣装置可以实现将质量超过　　　　　kg的物品进行分拣（结果保留两位有效数字），若要分拣质量更大的物品，应该将R的滑片向　　　　　（选填“上”或“下”）移动。
1.某实验小组设计了一个声、光控制照明系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
（1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是　　　　（填“并联”或“串联”）关系。
（2）其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0＝　　　　A。
（3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调　　　　。
2.某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表（待改装），学生电源（电动势为E，内阻不计），滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt（PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0）。设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。
（1）按电路图连接好实验器材。
（2）将滑动变阻器滑片P滑到　　　　（选填“a”或“b”）端，单刀双掷开关S掷于　　　　（选填“c”或“d”）端，调节滑片P使电流表　　　　，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。
（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝　　　　（用题目中给定的符号）。
（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在　　　　（选填“左”或“右”）侧，刻度线分布是否均匀？　　　　（选填“是”或“否”）。
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
【必备技能·细培养】
题型一
【典例1】　（1）4.5　（2）C
解析：（1）由题中表格数据可知，光敏电阻Rx的阻值与光强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＝ Ω＝4.5 Ω。
（2）由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，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，所以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，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，由于电源内阻不计，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。
素养训练
　见解析
解析：（1）光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
（2）电路原理图如图所示。
控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值应为10 kΩ，即选用R1。
题型二
【典例2】　（1）R2　（2）①700.0　b　避免接通电源后，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　（3）不变　（4）热敏电阻　650
解析：（1）电源输出电压约为18 V，而报警时的电流为10 mA，此时电路中的总电阻约为R＝ Ω＝1 800 Ω，而此时热敏电阻的阻值约为700 Ω，故此时滑动变阻器接入的电阻应约为1 100 Ω，故应选择R2。
（2）①因要求热敏电阻的温度达到120 ℃时报警，此时电阻为700 Ω，故应将电阻箱调节至700 Ω，然后由最大阻值处开始调节滑动变阻器，直至报警器报警，故开始时滑片应在b端，不置于另一端的原因是避免接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏；②将开关接到c端与电阻箱连接，调节滑动变阻器直至报警器开始报警，然后再接入热敏电阻，电路即可正常工作。
（3）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。
（4）需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到650 Ω，然后重复上述操作即可。
素养训练
1.（1）实物连线图见解析　（2）记录温度计数值　记录电压表数值　（3）100　0.390
解析：（1）实物连线如图。
（2）改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变。
（3）从图线知R与t呈线性关系，图线斜率k＝＝0.390，且将图线延长，图线过原点，说明纵轴上截距（当t＝0 ℃时）R＝100 Ω；所以R＝100＋0.390t（Ω）。
2.（1）A、B端　（2）260
解析：（1）当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。
（2）要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为I＝20 mA。由闭合电路欧姆定律得I＝，式中r为继电器的电阻，解得R＋R'＋r＝450 Ω。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R'＝450 Ω－R－r＝260 Ω。
题型三
【典例3】　（1）3.0　（2）16.0　（3）酒驾　（4）偏小
解析：（1）要将表头G量程扩大为90 mA，电阻R1＝＝＝3 Ω。
（2）表头G显示电流为2 mA时，电路实际电流为I1＝30 mA，由图乙可知，当酒精气体浓度为零时，该气体传感器电阻R＝80 Ω，改装后表头等效电阻为Rg'＝＝2.8 Ω，则I1＝，得R2＝16 Ω。
（3）由图乙可知，当酒精气体浓度达到醉驾标准时，该气体传感器电阻R'＝20 Ω，此时电路中的实际电流为I2＝＝75 mA，此时表头G中的实际电流为5 mA，则图丁所示的酒精浓度未到达醉驾，属于酒驾范围。
（4）使用较长时间后，干电池电动势降低，内阻增大，根据I＝，同一酒精浓度下，电路中的总电流将偏小，流经表头的电流也同比减小，故所测得的酒精浓度值偏小。
素养训练
　（1）②　③　（2）A　（3）0.060　下
解析：（1）RN的阻值约几十千欧，因此有RN＞＝ Ω＝1 000 Ω，为了提高测量的准确性，开关S1应该接②。实验需要测量多组数据，且电压从零开始变化，实验时滑动变阻器要用分压方式接入电路，因此开关S2应该接③。
（2）由图乙可知，由灵敏度指电阻值随压力的变化率可知，A压力传感器在压力大于4 N的时候灵敏度更高，故选A压力传感器更灵敏。
（3）当滑动变阻器的阻值为50.0 kΩ时，要使得蜂鸣器两端的电压大于3 V，则B压力传感器的电阻值应该小于50.0 kΩ，此时对应的压力大小为0.6 N，对应的物品质量为0.060 kg。若要分拣质量更大的物品，则滑动变阻器的阻值应该减小，所以滑片应该向下移动。
【教学效果·勤检测】
1.（1）串联　（2）0.42　（3）小
解析：（1）由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。
（2）图丙中电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，根据电流表的读数规律，可知，该电流表的读数为0.42 A。
（3）由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
2.（2）a　c　满偏（或指针到最大电流刻度）　（3）　（4）右　否
解析：（2）根据实验的原理可知，需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值，结合滑动变阻器的使用的注意事项可知，开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到 a端，以保证电流表的使用安全；然后将单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，设此时电路总电阻为R，断开电路。
（3）当温度为t时，热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为：Rt＝a＋kt，根据闭合电路的欧姆定律可得I＝＝。
（4）由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，所以低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的。
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3.利用传感器制作简单的自动控制装置
课标要求 素养目标
1.会制作简单的光报警装置和
温度报警装置，知道实验原
理，设计实验步骤，并分析实
验结果。 2.知道传感器在自动控制装置
中的作用。 3.能利用传感器设计简单的自
动控制装置，将传感器技术应
用到实际生活中。 4.能解释传感器在生活中的应
用，体会传感器对人们生活的
影响 1.通过实验，进一步掌握传感器的
工作原理。（物理观念）
2.通过分析、设计自动控制装置，
提升解决问题能力、实验设计能力
和动手实践能力。（科学探究）
3.通过阅读教材，理解自动感应
门、洗衣机水位控制、指纹识别
器、机器人等所用传感器的工作原
理。（科学态度与责任）
4.通过查阅资料，了解传感器在生
活中的其他应用实例。（科学态度
与责任）
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
必备知识·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
实验1　门窗防盗报警装置
一、实验目的
1. 了解门窗防盗报警装置的工作原理。
2. 了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。
二、实验原理
1. 干簧管
（1）特点：感知磁场是否存在的传感器。
（2）作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。
2. 继电器
（1）特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通，无电
流时，开关与触点b接通。
（2）作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的
控制，相当于一个自动的双向开关。
3. 实验电路
4. 工作原理
闭合开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M使干簧管
处于导通状态，继电器使开关c与触点a接通，二极管LED发光。当
门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，
使开关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。
四、实验步骤
1. 连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接
靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
2. 确定各元件可以正常工作后，按照实验电路图连接电路。
3. 接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
三、实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R（330 Ω）、蜂鸣器H、
电源、小磁体、开关等。
实验2　光控开关
一、实验目的
1. 了解光控开关的工作原理。
2. 练习利用光控开关制作自动控制设备。
二、实验原理
1. 晶体三极管
（1）两种类型
（2）三个电极
①发射极e；②基极b；③集电极c。
（3）重要特性
①从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电
流，这就是三极管的电流放大作用。
②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
2. 光控开关
（1）电路图
（2）工作原理
当光照较强时，RG较小，加在基极上电压较小，三极管不导
通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上电
压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管
LED开始发光。
3. 光控开关控制电路
（1）电路图
（2）工作原理
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导
通，继电器所在的回路相当于断路；当环境光线比较暗时，
光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动
继电器吸合开关S，点亮灯泡L。（注：与继电器并联的二极
管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏。）
三、实验器材
可调电阻R1（最大电阻为51 kΩ）、限流电阻R2（330 Ω）、光敏电阻
RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L（6 V、0.3
A）、二极管D、电源等。
四、实验步骤
1. 按照实验电路图连接电路，检查无误后，接通电源。
2. 让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极
管LED或小灯泡L刚好不发光。
3. 遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小
灯泡L发光。
4. 让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L
熄灭。
五、注意事项
1. 安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
2. 光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则将烧坏门
电路集成块。
3. 光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调
大些。
02
必备技能·细培养
诱思导学 触类旁通
题型一 光敏电阻的应用
【典例1】　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表所示。
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值
Rx/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”表示光照强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉（cd）]
（1）当光强为4坎德拉（cd）时，光敏电阻Rx的阻值大小为 Ω。
解析：由题中表格数据可知，光敏电阻Rx的阻值与光强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＝ Ω＝
4.5 Ω。
4.5　
（2）其原理是光照增强，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，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是
（填标号）。
C　
解析：由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照
增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可
知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，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，所以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，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，由于电源内阻不计，光照变化时，玻璃两端的电压不变，
故B、D错误。
　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 　　。
答案：见解析
解析：光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
（2）如图所示，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。
解析：电路原理图如图所示。
控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻
阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动
势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压
电阻阻值应为10 kΩ，即选用R1。
题型二 热敏电阻的应用
【典例2】　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120 ℃时，系统报警。提供的器材有：
热敏电阻（该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在120 ℃时阻值
为700.0 Ω）；
报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，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）；
电阻箱（最大阻值为999.9 Ω）；
直流电源（输出电压为U约为18 V，内阻不计）；
滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）；
滑动变阻器R2（最大阻值为2 000 Ω）；
单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节，调节的报警系统原理电路图如图所示。
（1）电路中应选用滑动变阻器 （选填“R1”或“R2”）。
解析：电源输出电压约为18 V，而报警时的电流为10 mA，此时
电路中的总电阻约为R＝ Ω＝1 800 Ω，而此时热敏电阻
的阻值约为700 Ω，故此时滑动变阻器接入的电阻应约为1 100
Ω，故应选择R2。
R2　
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 。
700.0　
b　
避免接通电
源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　
c　
报警器开始报警　
（2）按照下列步骤调节此报警系统：
解析：①因要求热敏电阻的温度达到120 ℃时报警，此时电阻为
700 Ω，故应将电阻箱调节至700 Ω，然后由最大阻值处开始调
节滑动变阻器，直至报警器报警，故开始时滑片应在b端，不置
于另一端的原因是避免接通电源后，流过报警器的电流会超过
20 mA，报警器可能损坏；②将开关接到c端与电阻箱连接，调
节滑动变阻器直至报警器开始报警，然后再接入热敏电阻，电
路即可正常工作。
（3）滑动变阻器滑片的位置 （选填“不变”“向左滑动”
或“向右滑动”），将开关向另一端闭合，报警系统即可正
常使用。
解析：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。
不变　
（4）若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统，要求当光敏电阻
的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这
一特定值时的电阻为650 Ω，则需将上述电路中的 换
成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到 Ω，然后重复上述操
作即可。
解析：需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻，并将电阻箱
的阻值调到650 Ω，然后重复上述操作即可。
热敏电阻　
650　
1. 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现有器材：直流恒流电
源（在正常工作状态下输出的电流恒定）、电压表、待测热敏电
阻、保温容器、温度计、开关和导线等。
（1）若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你
在如图所示的实物图上连线。
答案：实物连线图见解析
解析：实物连线如图。
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，
调节并记录电源输出的电流值。
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开
关， ， ，断开开关。
③重复第②步操作若干次，测得多组数据。
解析：改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变。
记录温度计数值　
记录电压表数值　
（2）实验的主要步骤：
（3）实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得
如图所示的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关
系式：R＝ ＋ t（Ω）。（保留三位有效数字）
100　
0.390　
解析：从图线知R与t呈线性关系，图线斜率k＝＝0.390，且将图线延长，图线过原点，说明纵轴上截距（当t＝0 ℃时）R＝100 Ω；所以R＝100＋0.390t（Ω）。
2. 如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继
电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当
线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器
线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电
源”是恒温箱加热器的电源。则：
（1）应该把恒温箱内的加热器接在 （选填“A、B端”或
“C、D端”）。
解析：当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。
A、B端　
（2）如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，可变电阻R'的阻值应
调节为 Ω。
解析：要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为I＝20 mA。由闭合电路欧姆定律得I＝，式中r为继电器的电阻，解得R＋R'＋r＝450 Ω。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R'＝450 Ω－R－r＝260 Ω。
260　
题型三 其他传感器的应用
【典例3】　酒驾严重危害交通安全，喝酒不开车已经成为准则。某
款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为乙醇传感器，其电阻R与酒精
气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该乙醇传感器设计一款
酒精测量仪，除乙醇传感器外，在实验室中找到了如下器材：
A. 干电池组（电动势E＝3.0 V，内阻r＝1.2 Ω）
B. 表头G（满偏电流6.0 mA，内阻Rg＝42 Ω）
C. 电阻箱R1（最大阻值9 999.9 Ω）
D. 电阻箱R2（最大阻值9 999.9 Ω）
E. 开关及导线若干
（1）该同学设计的测量电路如图丙所示，他首先将表头G量程扩大为
90 mA，则应将电阻箱R1的阻值调为 Ω。
解析：要将表头G量程扩大为90 mA，电阻R1＝＝
＝3 Ω。
3.0　
（2）如图丁所示，该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在表头
上2 mA处，则应将电阻箱R2的阻值调为 Ω。
解析：表头G显示电流为2 mA时，电路实际电流为I1＝30 mA，由图乙可知，当酒精气体浓度为零时，该气体传感器电阻R＝80
Ω，改装后表头等效电阻为Rg'＝＝2.8 Ω，则I1＝，得R2＝16 Ω。
16.0　
（3）完成步骤（2）后，某次在实验室中试测酒精浓度时，表头指针
如图丁所示。已知酒精浓度在0.2～0.8 mg/mL之间属于饮酒驾
驶；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉酒驾驶，则该次测试
的酒精浓度属于 范围（选填“酒驾”或“醉驾”）。
酒驾　
解析：由图乙可知，当酒精气体浓度达到醉驾标准时，该气体
传感器电阻R'＝20 Ω，此时电路中的实际电流为I2＝
＝75 mA，此时表头G中的实际电流为5 mA，则
图丁所示的酒精浓度未到达醉驾，属于酒驾范围。
（4）使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，则此时所
测的酒精气体浓度与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”
或“不变”）。
解析：使用较长时间后，干电池电动势降低，内阻增大，根据I
＝，同一酒精浓度下，电路中的总电流将偏小，
流经表头的电流也同比减小，故所测得的酒精浓度值偏小。
酒驾　
半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而
改变。现有A和B两个压力传感器：
（1）利用如图甲所示的电路测量传感器在不同压力下的阻值RN，其
阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：
电源电动势为3 V
电流表A（量程250 μA，内阻约为50 Ω）
电压表V（量程3 V，内阻约为20 kΩ）
滑动变阻器R0（阻值0～100 Ω）
为了提高测量的准确性，开关S1应该接 （选填“①”或
“②”），开关S2应该接 （选填“③”或“④”）。
②　
③　
解析：RN的阻值约几十千欧，因此有RN＞＝
Ω＝1 000 Ω，为了提高测量的准确性，开关S1
应该接②。实验需要测量多组数据，且电压从零开始变化，实
验时滑动变阻器要用分压方式接入电路，因此开关S2应该接③。
（2）实验测得A和B两个压力传感器的阻值RN随压力F变化的关系图
像如图乙所示。利用压力传感器设计了自动报警分拣装置如图
丙所示，图中RN为压力传感器，R为滑动变阻器，电源电动势为
6 V（内阻不计）。当蜂鸣器（可视为断路）两端的电压大于3
V时，会发出警报。分拣时将质量不同的物体用传送带运送到压
力传感器上，若要将质量超过0.40 kg 的货物实现报警分拣，
则 （选填“A”或“B”）压力传感器的灵敏度更高（灵敏
度指电阻值随压力的变化率，g＝10 m/s2）。
A　
解析：由图乙可知，由灵敏度指电阻值随压力的变化率可知，A
压力传感器在压力大于4 N的时候灵敏度更高，故选A压力传感
器更灵敏。
（3）仍用图丙所示的自动报警分拣装置，某次分拣产品时选择B压力
传感器，若R调为50 kΩ，该分拣装置可以实现将质量超
过 kg的物品进行分拣（结果保留两位有效数字），若要
分拣质量更大的物品，应该将R的滑片向 （选填“上”或
“下”）移动。
0.060　
下　
解析：当滑动变阻器的阻值为50.0 kΩ时，要使得蜂鸣器两端的
电压大于3 V，则B压力传感器的电阻值应该小于50.0 kΩ，此时
对应的压力大小为0.6 N，对应的物品质量为0.060 kg。若要分
拣质量更大的物品，则滑动变阻器的阻值应该减小，所以滑片
应该向下移动。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 某实验小组设计了一个声、光控制照明系统。声、光控制开关需要
同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意
图如图甲所示。
（1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 （填
“并联”或“串联”）关系。
解析：由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。
串联　
（2）其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境亮度越
大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电
器开始工作。在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继
电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0
＝ A。
0.42　
解析：图丙中电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，
根据电流表的读数规律，可知，该电流表的读数为0.42 A。
（3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻
值调 。
解析：由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
小　
2. 某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：
灵敏电流表（待改装），学生电源（电动势为E，内阻不计），滑
动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，
标准温度计，PTC热敏电阻Rt（PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温
度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0）。设计电路图如图所示，并
按如下步骤进行操作。
（1）按电路图连接好实验器材。
（2）将滑动变阻器滑片P滑到 （选填“a”或“b”）端，单刀
双掷开关S掷于 （选填“c”或“d”）端，调节滑片P使电
流表 ，并在以后的操作中
保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。
a　
c　
满偏（或指针到最大电流刻度）　
解析：根据实验的原理可知，需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值，结合滑动变阻器的使用的注意事项可知，开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到 a端，以保证电流表的使用安全；然后将单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，设此时电路总电阻为R，断开电路。
（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示
数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应
的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理
和电路图，写出电流与温度的关系式I＝ （用题目
中给定的符号）。
　
解析：当温度为t时，热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为：Rt＝a＋kt，根据闭合电路的欧姆定律可得I＝＝。
（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，
改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点
是：低温刻度在 （选填“左”或“右”）侧，刻度线分
布是否均匀？ （选填“是”或“否”）。
右　
否　
解析：由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，所以低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关。该延时开
关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管（只要有很小的
电流通过就能使其发出红色亮光），R为限流电阻，K为按钮式开
关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时
开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，
延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭。
根据上述信息和原理图，我们可推断：
1
2
3
4
5
6
按钮开关K按下前，发光二极管是 （填“发光的”或“熄
灭的”），按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间
约 min。这一过程中发光二极管是 。限流电阻R的阻值
和灯丝电阻RL相比，应满足R RL的条件。
发光的　
1　
熄灭的　
　
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解析：按钮开关K按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有
小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态。当按钮开
关K按下再释放后，由于通电瞬间延时开关触发，相当于S闭合，
二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后
断开，电灯才熄灭，则知电灯L发光持续时间约1 min。只有当限流
电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很
小，确保二极管不烧坏。
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2. 光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用。街道路灯自动控制就是
应用之一，如图所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为
电磁继电器，C为电流放大器，D为路灯。请连成正确的电路，达
到日出路灯熄、日落路灯亮的效果。
答案：见解析图
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解析：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，光电流减小，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，控制路灯电路接通，路灯开始工作。电路如图所示：
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3. 利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为
某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
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（1）实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻
器A（阻值范围0～10 Ω）、滑动变阻器B（阻值范围0～100
Ω）、电动势为6 V的电源（不计内阻）、小灯泡、开关、导
线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是 （选填
“A”或“B”）；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
A　
答案：电路图见解析
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解析：为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示：
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（2）将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示
数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率
为 W，电源的内阻为 Ω。
0.75　
1.67　
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解析：由图甲可知，通过灯泡的电流是0.3 A时，灯泡两端电压是2.5 V，则灯泡功率P＝UI＝2.5 V×0.3 A＝0.75 W；电源电动势是3 V，过点（0.3 A，2.5 V）和纵轴上3 V的点作一直线，该直线是电源的U-I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r＝1.67 Ω。
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4. 如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和
插座才会有电。
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（1）房卡的作用相当于一个 （填电路元件名称）接在干
路上。
解析：房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。
开关　
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（2）如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒
子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器
J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用
电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线
端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正
常的电门卡电路。
答案：见解析
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解析：将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8—7，4—5，6—9，1—3，2—10 连接起来，构成正常的电门卡电路，如图。
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5. 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，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，现要利用该热敏电阻组装一个报警系统，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，Ic约为10 mA，流过的电流超过20 mA时，报警器可能损坏），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为18 V，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。
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（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而 （选填
“增大”或“减小”）。
解析：由图甲可知，热敏电阻的阻值随温度的升高
而减小。
减小　
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（2）按图乙所示的电路图组装电路，并按照下列步骤调节此报警
系统；
①电路接通前，滑动变阻器的滑片应置于 （选填“a”或
“b”）端附近；
②若已知该热敏电阻在60 ℃时阻值为650.0 Ω。则根据实验
要求，先将电阻箱调到一固定的阻值，这一阻值
为 Ω；
③将开关向 （填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变
阻器的滑片，直至报警器开始报警。
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。
b　
650.0　
c　
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解析：①为防止接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端。②本题采用的是等效替换法，先用电阻箱来代替热敏电阻，所以电阻箱的阻值要调节到系统报警时热敏电阻的临界电阻，也就是在60 ℃时的阻值650.0 Ω。③先把电阻箱的电阻接入电路，即将开关向c端闭合，缓慢调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，即开关接d端，当热敏电阻的阻值是650.0 Ω时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警，报警系统即可正常使用。
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6. 半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所
示是该测试仪的原理图。图中R1为定值电阻，乙醇传感器R2的电阻
值随酒精气体浓度的增大而减小。
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（1）驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，电压表的读数越 （选
填“大”或“小”）。
解析：酒精气体浓度越大，R2的阻值越小。根据闭合电路欧姆定律，当R2减小时，电路总电流增大，故电压表的读数变大。
大　
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（2）如图乙所示为乙醇传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的
关系曲线。则酒精气体浓度为0时R2的阻值为 Ω。若某司
机呼气酒精浓度为120 mg/m3，此时R2的阻值为
Ω。
解析：根据“电阻值—酒精气体浓度”的关系曲线。读出呼气酒精浓度为0时，R2的阻值为60 Ω。呼气酒精浓度为120 mg/m3时，R2的阻值为24 Ω。
60　
24（22～26
均可）　
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（3）现有一个电源，电动势为4.8 V，内阻为1 Ω；电压表V量程
为5 V，内阻很大；定值电阻R1的阻值为60 Ω；导线若干。按
图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓
度为0的刻度线应刻在电压刻度线为 V处；酒精气体
浓度为50 mg/m3应刻在电压刻度线为 V处。
解析：酒精气体浓度为0时，I＝≈0.04 A，U
＝IR1＝2.40 V；酒精气体浓度为50 mg/m3时，R2'＝40 Ω，I'
＝≈0.048 A，U'＝I'R1＝2.88 V。
2.40　
2.88　
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