资源简介

(共66张PPT)
3　利用传感器制作简单的自动控制装置
[定位·学习目标]　
1.会利用干簧管制作简单的自动控制装置,如门窗防盗报警装置。2.会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置,如光控开关。3.通过制作自动控制装置,初步养成针对学习和生活中的问题,设计方案,动手实践的意识和习惯。
探究·必备知识
实验一　门窗防盗报警装置
一、实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源(干电池6 V)、小磁体、开关。
二、实验原理
闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接触,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。
三、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,按照实验原理图连接电路。
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。
实验二　光控开关
一、实验器材
可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L、二极管D、电源。
二、实验原理
1.三极管及其工作原理
晶体三极管是半导体基本元件之一,具有电流放大作用,在控制电路中常用作电子开关。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。三极管由三个电极组成,分别是发射极e、基极b和集电极c,有NPN型和PNP型两种(如图甲所示)。三极管的一个重要特性是,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。此外,三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
2.光控开关电路
当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
三、实验步骤
1.按照电路图连接电路,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,则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。
突破·关键能力
要点一　教材原型实验
[例1] (自动报警装置)某一热敏电阻的阻值R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。
「典例研习」
(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”)。
减小
【解析】 (1)由题图甲可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(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。
b
【解析】 (2)①为防止接通电源后,流过报警器的电流超过20 mA,可能会造成报警器损坏,滑动变阻器的滑片应置于b端。
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。
650.0
【解析】 ②本题采用的是等效替代法,先用变阻箱来代替热敏电阻,所以变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,即650.0 Ω。
③将开关向　　　(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警。
c
【解析】 ③先把变阻箱的电阻接入电路,即将开关向c端闭合,调节滑动变阻器的电阻,调至报警器开始报警,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。
(3)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。
[例2] (光控开关)(多选)光敏电阻完成光信号向电信号的转变,晶体三极管将电流进行放大,同时具有完成断路和接通的开关作用,发光二极管LED模仿路灯,电路设计如图甲。为了能够驱动更大功率的负载,需用继电器来启、闭另外的供电电路,如图乙所示。下列说法正确的是(　 　)
[A] 光较强时,光敏电阻阻值小,三极管不导通,继电器断路,处于常开状态,小灯泡L不亮
[B] 光较弱时,光敏电阻阻值变大,三极管导通,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合,点亮小灯泡L
[C] 为节省用电,调节R1增大,天黑更晚些,电灯亮
[D] 为节省用电,调节R1减小,天黑更晚些,电灯亮
ABD
【解析】 由题图可知当光较强时,光敏电阻的阻值很小,回路中电流较大,三极管不导通,继电器所在的回路相当于断路,即继电器处于常开状态,小灯泡不亮,A正确;当光较弱时,光敏电阻阻值变大,电路中电流较小,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L,B正确;为节省用电,调节R1减小,天黑更晚些,光线会更弱一些,光敏电阻的阻值更大一些,这样电路中的电流才会较小,使三极管导通,获得足够的基极电流,才能点亮二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L,C错误,D正确。
·规律方法·
对于有关传感器应用的实验电路问题,解答时应先弄清楚电路中所用传感器的类型及其工作原理,然后根据电路特点进行分析。
要点二　其他控制电路
「典例研习」
[例3] (温度报警器)某物理兴趣小组制作了一个简易电子体温计,其结构如图1所示。
(1)兴趣小组测出某种热敏电阻的I-U图像如图2所示,那么他们选用的应该是图3中的　　　　(选填“甲”或“乙”)电路,由图可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而　　 　(选填“增大”或“减小”);
乙
减小
【解析】 (1)由题图2可知,电压电流从0开始变化,则电路采用分压式,即图乙。由题图2可知,电压与电流的比值越来越小,即热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)按图4所示的电路测量热敏电阻t ℃时的电阻Rt。小明将单刀双掷开关分别打到a处和b处,通过观察分析,发现电压表示数变化更明显,由此判断开关打到　　　　(选填“a”或“b”)处时进行实验系统误差较小。
a
【解析】 (2)将单刀双掷开关分别打到处a和b处,通过观察分析,发现电压表示数变化更明显,说明电压表分流影响小,电流表应该采用外接法,即开关打到a。
(4)热敏电阻的阻值随温度的变化如图8所示,在设计的电路中(如图7所示),已知电源电动势为5.0 V(内阻不计),电路中二极管为红色发光二极管,红色发光二极管的启动(导通)电压为3.0 V,即发光二极管两端电压U≥3.0 V时点亮,同时电铃发声。实验要求当热敏电阻的温度高于 38 ℃时红灯亮且铃响发出警报,其中电阻　　　　(选填“R1”或“R2”)为定值电阻,其阻值应调为　　　　 Ω(结果保留2位有效数字)。
R2　
60
[例4] (加速度传感器制作的控制电路)如图所示是某同学用分体式位移传感器测量位移的大小的实验截屏,实验过程中该同学将位移传感器的发射端固定在小车上,接收端固定在倾斜轨道上。该同学从轨道底部位置反复将小车往上推(该动作瞬间完成)。请根据图像完成下列分析:
(1)由图可知前8 s内小车的位移大小大约为　　　 m。
0.52
【解析】 (1)由题图可知前8 s内小车的位移大小大约为58 cm-6 cm=52 cm=
0.52 m。
(2)位移传感器的接收端安装在轨道的　　　　(选填“顶端”或“底端”)。
顶端
【解析】 (2)位移-时间图像的斜率表示速度,根据图像可知,从0时刻开始,图线斜率的绝对值增大,即为加速过程,即小车从0时刻开始由上向下做加速运动,而小车的位移开始处于变大状态,可知位移传感器的接收端安装在轨道的顶端。
(3)该同学第2次推小车发生在　 　　 s。
6.3(或6.4)
【解析】 (3)根据(2)结合图像可知,在2 s到3 s之间第一次将小车向上推,在4 s时刻小车速度减小为零,随后沿轨道下滑,之后在约为6.3 s时刻第2次向上推小车。
[例5] (拉力传感器制作的控制电路)图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是挂钩上挂上重物,拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,拉力敏感电阻丝的电阻也随之发生变化,再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将重物的重力转换为电信号的过程。
某同学找到了一根拉力敏感电阻丝RL,其阻值随拉力变化的图像如图乙所示,该同学设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”。实验室提供了如下器材:
电源E(电动势为15 V,内阻约2 Ω);
灵敏毫安表(量程为0～10 mA,内阻约50 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为10 kΩ);
RL接在A、B两接线柱之间,通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起;
开关S和导线若干。
(1)请在图丙中帮助该同学将设计的实验电路图补充完整。
【答案及解析】 (1)如图所示。
(2)他根据设计好的电路图,连接好实验电路,完成下列操作:
a.滑环下不吊重物时,调节滑动变阻器,当电流表为某一合适示数时,读出电流表的示数I1;
b.滑环下吊上待测重物,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ,保持滑动变阻器滑片位置不变,读出此时电流表的示数I2。
设RL-F图像的斜率为k,待测重物的重力G的表达式为G=　　 　　　(用已知物理量的符号表示)。
(3)该同学在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏,现手头只有量程为0～2 mA、内阻(标称值)为200 Ω的电流表,还有定值电阻R1(50 Ω)、定值电阻 R2(10 Ω)可供选择,为了使实验顺利进行,他决定改装电流表,将0～2 mA的量程扩大至0～10 mA,他改装的方法是电流表应该和定值电阻　　　　(选填“串联”或“并联”),且定值电阻应选择　　　　(填写字母代号)。
并联　
R1
(4)由于量程为0～2 mA、内阻为200 Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大,导致改装后的电流表示数与真实示数相比　　　　　　(选填“偏大”或“偏小”),应该使选择的定值电阻阻值适当　　　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
偏小　
增大
[例6] (气敏电阻制作的控制电路)气敏电阻在安全领域有着广泛的应用。有一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rq,正常情况下阻值为几百欧,当甲醛浓度升高时,其阻值可以增大到几千欧。为了研究其阻值随甲醛浓度变化的规律,供选用的器材如下。
A.电源E0(电动势6 V,内阻不计)
B.滑动变阻器R
C.导线若干及开关S
D.电压表V(量程为0～3 V,内阻1 kΩ)
E.毫安表 mA(量程为0～50 mA,内阻100.0 Ω)
(1)探究小组设计了如图甲所示的实验电路,其中毫安表用来测定　　　,量程为　　　 　。
电压　
0～5 V　
【解析】 (1)毫安表与气敏电阻并联,且毫安表内阻已知,因此用来测定电压;由欧姆定律知其满偏电压Ug=IgRg=0.05×100 V=5 V,故量程为 0～5 V。
(2)将气敏电阻置于密封小盒内,通过注入甲醛改变盒内甲醛浓度,记录不同甲醛浓度下电表示数,计算出气敏电阻对应阻值,得到如图乙所示阻值随甲醛浓度变化的图像(Rq-η图像)。当气敏电阻阻值为Rq=2.3 kΩ时盒内甲醛浓度为　　 　　　。
6×10-8kg/m3(或0.06 mg/m3)
【解析】 (2)由题图乙可读出,当气敏电阻Rq=2.3 kΩ时,
甲醛浓度为6×10-8kg/m3或0.06 mg/m3。
(3)已知国家室内甲醛浓度标准是η=0.1 mg/m3。探究小组利用该气敏电阻设计了如图丙所示的简单测试电路,用来测定室内甲醛是否超标,电源电动势为E=5.0 V(内阻不计),电路中D1、D2分别为红、绿发光二极管,红色发光二极管D1的启动(导通)电压为2.0 V,即发光二极管D1两端电压UD1=2.0 V时点亮,绿色发光二极管D2的启动电压为3.0 V,发光二极管启动时对电路电阻的影响均不计。实验要求当室内甲醛浓度正常时绿灯亮,超标时红灯亮,则两电阻R1、R2中为定值电阻的是　　　,其阻值约为　　　 kΩ。
R2　
3.9
检测·学习效果
1.城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,在夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
【答案及解析】 (1)要使光敏电阻能够对电路进行控制,且有光照时灯泡熄灭,则光敏电阻应与1、2串联,灯泡与3、4串联,电路图如图所示。
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　 V,保护电阻R2的阻值范围是　 　　　 Ω;
20　
160～520
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明 。
【答案及解析】 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。
2.为了消防安全,一些生产车间会使用温控报警系统。该系统核心元件可采用热敏电阻来控制。某实验兴趣小组想自制简易温控报警系统。
(1)该实验小组的同学首先对该热敏电阻的温度特性进行研究,可能用到以下实验器材:
A.热敏电阻RT(常温下的阻值约为30 Ω)
B.烧杯、热水、温度计
C.电流表(量程为0～0.6 A,内阻r1=5 Ω)
D.电压表(量程为0～6 V,内阻约15 kΩ)
E.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流2 A)
F.滑动变阻器(最大阻值为500 Ω,额定电流0.5 A)
G.电源(电动势6 V,额定电流2 A,内阻不计)
H.开关一个,导线若干
(2)要求通过热敏电阻的电流从零开始增大。为使测量尽量准确,则滑动变阻器应选择　　　　。(填写器材前的字母标号)
【解析】 (2)电源电动势为6 V,热敏电阻常温下的阻值约为30 Ω,故电流最大值约为0.2 A,为了让电流从零开始增大,应采用分压式接法,为使测量尽量准确,滑动变阻器应选择总阻值较小的E。
E
(3)请你按照实验要求用笔画线代替导线在实物图甲中完成余下导线的连接。
【答案及解析】 (3)本实验中采用滑动变阻器分压式接法,同时因电流表内阻已知,故电流表采用内接法,完成电路图如图a所示。
(4)该实验小组的同学根据连接好的电路进行实验,计算出热敏电阻随温度变化的数据,且将对应点描在如图乙所示的坐标纸上。在探明该热敏电阻特性的基础上,接着该实验小组利用其自制简易温控报警系统。如图丙所示,当1、2两端所加电压降低至1 V时,温控控制开关自动启动报警系统,请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当温度升高至约50 ℃时启动报警系统。提供的器材如下:
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻R1=10 Ω、R2=40 Ω、R3=80 Ω;
开关S及导线若干;
则定值电阻应该选择　　　　。(填写字母符号)
R2
(5)请在虚线框内完成电路原理图。(不考虑开关S对所设计电路的影响)
【答案及解析】 (5)电路图如图b所示。
b
3.在新能源汽车中,纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,蓄电池的安全性至关重要,主要体现在对其温度的控制上,当电池温度过高时,必须立即启动制冷系统进行降温。图甲是某同学设计的模拟温控装置示意图,电磁继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器RP串联接在电动势为5 V、内阻不计的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于20 mA时,衔铁被吸合,热敏电阻置于温度监测区域,其阻值RT与温度t的关系如图乙所示,滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。
(1)图甲中应将b端与　　　　　(选填“a”或“c”)端相连。
c
【解析】 (1)由题意可知,当控制电路电流达到 20 mA 时衔铁被吸合,制冷系统工作,所以题图甲中应将b端与c端相连。
(2)若设置电池温度为50 ℃时启动制冷系统,则滑动变阻器阻值应为　　 Ω。
150
(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是　　　 ℃。
74
【解析】 (3)当滑动变阻器的最大阻值为200 Ω时,热敏电阻的阻值RT′=
R-RP′=250 Ω-200 Ω=50 Ω,由题图乙可知此时对应的温度为74 ℃,所以该电路可设置启动制冷系统的最高温度是74 ℃。
感谢观看3　利用传感器制作简单的自动控制装置
[定位·学习目标]　1.会利用干簧管制作简单的自动控制装置,如门窗防盗报警装置。2.会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置,如光控开关。3.通过制作自动控制装置,初步养成针对学习和生活中的问题,设计方案,动手实践的意识和习惯。
实验一　门窗防盗报警装置
一、实验器材
　干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源(干电池6 V)、小磁体、开关。
二、实验原理
　闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接触,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。
三、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,按照实验原理图连接电路。
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。
实验二　光控开关
一、实验器材
　可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L、二极管D、电源。
二、实验原理
1.三极管及其工作原理
晶体三极管是半导体基本元件之一,具有电流放大作用,在控制电路中常用作电子开关。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。三极管由三个电极组成,分别是发射极e、基极b和集电极c,有NPN型和PNP型两种(如图甲所示)。三极管的一个重要特性是,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。此外,三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
2.光控开关电路
当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
三、实验步骤
1.按照电路图连接电路,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,则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。
要点一　教材原型实验
典例研习
[例1] (自动报警装置)某一热敏电阻的阻值R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　　 　(选填“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。
(3)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。
【答案】 (1)减小　(2)①b　②650.0　③c
【解析】 (1)由题图甲可知,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,流过报警器的电流超过20 mA,可能会造成报警器损坏,滑动变阻器的滑片应置于b端。
②本题采用的是等效替代法,先用变阻箱来代替热敏电阻,所以变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,即650.0 Ω。
③先把变阻箱的电阻接入电路,即将开关向c端闭合,调节滑动变阻器的电阻,调至报警器开始报警,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。
[例2] (光控开关)(多选)光敏电阻完成光信号向电信号的转变,晶体三极管将电流进行放大,同时具有完成断路和接通的开关作用,发光二极管LED模仿路灯,电路设计如图甲。为了能够驱动更大功率的负载,需用继电器来启、闭另外的供电电路,如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 光较强时,光敏电阻阻值小,三极管不导通,继电器断路,处于常开状态,小灯泡L不亮
[B] 光较弱时,光敏电阻阻值变大,三极管导通,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合,点亮小灯泡L
[C] 为节省用电,调节R1增大,天黑更晚些,电灯亮
[D] 为节省用电,调节R1减小,天黑更晚些,电灯亮
【答案】 ABD
【解析】 由题图可知当光较强时,光敏电阻的阻值很小,回路中电流较大,三极管不导通,继电器所在的回路相当于断路,即继电器处于常开状态,小灯泡不亮,A正确;当光较弱时,光敏电阻阻值变大,电路中电流较小,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L,B正确;为节省用电,调节R1减小,天黑更晚些,光线会更弱一些,光敏电阻的阻值更大一些,这样电路中的电流才会较小,使三极管导通,获得足够的基极电流,才能点亮二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L,C错误,D正确。
对于有关传感器应用的实验电路问题,解答时应先弄清楚电路中所用传感器的类型及其工作原理,然后根据电路特点进行分析。
要点二　其他控制电路
典例研习
[例3] (温度报警器)某物理兴趣小组制作了一个简易电子体温计,其结构如图1所示。
(1)兴趣小组测出某种热敏电阻的I-U图像如图2所示,那么他们选用的应该是图3中的　　　　(选填“甲”或“乙”)电路,由图可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　(选填“增大”或“减小”);
(2)按图4所示的电路测量热敏电阻t ℃时的电阻Rt。小明将单刀双掷开关分别打到a处和b处,通过观察分析,发现电压表示数变化更明显,由此判断开关打到　　　　(选填“a”或“b”)处时进行实验系统误差较小。
(3)小明为了消除系统误差,设计用电流计G和电阻箱替代V,电路如图5所示。实验绘制出了-R箱图像是如图6所示的直线,斜率为k,纵截距为b。R箱为电阻箱阻值读数,I为A示数,Ig为G示数。则Rt=　　　　。
(4)热敏电阻的阻值随温度的变化如图8所示,在设计的电路中(如图7所示),已知电源电动势为5.0 V(内阻不计),电路中二极管为红色发光二极管,红色发光二极管的启动(导通)电压为3.0 V,即发光二极管两端电压U≥3.0 V时点亮,同时电铃发声。实验要求当热敏电阻的温度高于 38 ℃时红灯亮且铃响发出警报,其中电阻　　　　(选填“R1”或“R2”)为定值电阻,其阻值应调为　　　　 Ω(结果保留2位有效数字)。
【答案】 (1)乙　减小　(2)a　(3)　(4)R2　60
【解析】 (1)由题图2可知,电压电流从0开始变化,则电路采用分压式,即图乙。由题图2可知,电压与电流的比值越来越小,即热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)将单刀双掷开关分别打到处a和b处,通过观察分析,发现电压表示数变化更明显,说明电压表分流影响小,电流表应该采用外接法,即开关打到a。
(3)由并联电路电压相等得(Rg+R箱)Ig=Rt(I-Ig),化简得=+R箱,则k=,解得Rt=。
(4)由于热敏电阻阻值随温度的升高而降低,要使发光二极管电压U≥3.0 V时点亮,则有R2分压随总电阻的减小而增大,由串联电路中的电压之比等于电阻之比,所以R1为热敏电阻,R2为定值电阻。由题图8可知,当温度为38 ℃时,热敏电阻阻值R1=40.0 Ω。由闭合电路欧姆定律列出表达式=,解得R2=60 Ω。
[例4] (加速度传感器制作的控制电路)如图所示是某同学用分体式位移传感器测量位移的大小的实验截屏,实验过程中该同学将位移传感器的发射端固定在小车上,接收端固定在倾斜轨道上。该同学从轨道底部位置反复将小车往上推(该动作瞬间完成)。请根据图像完成下列分析:
(1)由图可知前8 s内小车的位移大小大约为　　　 m。
(2)位移传感器的接收端安装在轨道的　　　　(选填“顶端”或“底端”)。
(3)该同学第2次推小车发生在　　　 s。
【答案】 (1)0.52　(2)顶端　(3)6.3(或6.4)
【解析】 (1)由题图可知前8 s内小车的位移大小大约为58 cm-6 cm=52 cm=0.52 m。
(2)位移-时间图像的斜率表示速度,根据图像可知,从0时刻开始,图线斜率的绝对值增大,即为加速过程,即小车从0时刻开始由上向下做加速运动,而小车的位移开始处于变大状态,可知位移传感器的接收端安装在轨道的顶端。
(3)根据(2)结合图像可知,在2 s到3 s之间第一次将小车向上推,在4 s时刻小车速度减小为零,随后沿轨道下滑,之后在约为6.3 s时刻第2次向上推小车。
[例5] (拉力传感器制作的控制电路)图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是挂钩上挂上重物,拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,拉力敏感电阻丝的电阻也随之发生变化,再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将重物的重力转换为电信号的过程。
某同学找到了一根拉力敏感电阻丝RL,其阻值随拉力变化的图像如图乙所示,该同学设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”。实验室提供了如下器材:
电源E(电动势为15 V,内阻约2 Ω);
灵敏毫安表(量程为0～10 mA,内阻约50 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为10 kΩ);
RL接在A、B两接线柱之间,通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起;
开关S和导线若干。
(1)请在图丙中帮助该同学将设计的实验电路图补充完整。
(2)他根据设计好的电路图,连接好实验电路,完成下列操作:
a.滑环下不吊重物时,调节滑动变阻器,当电流表为某一合适示数时,读出电流表的示数I1;
b.滑环下吊上待测重物,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ,保持滑动变阻器滑片位置不变,读出此时电流表的示数I2。
设RL-F图像的斜率为k,待测重物的重力G的表达式为G=　　　　　　　　(用已知物理量的符号表示)。
(3)该同学在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏,现手头只有量程为0～2 mA、内阻(标称值)为200 Ω的电流表,还有定值电阻R1(50 Ω)、定值电阻 R2(10 Ω)可供选择,为了使实验顺利进行,他决定改装电流表,将0～2 mA的量程扩大至0～10 mA,他改装的方法是电流表应该和定值电阻　　　　(选填“串联”或“并联”),且定值电阻应选择　　　　(填写字母代号)。
(4)由于量程为0～2 mA、内阻为200 Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大,导致改装后的电流表示数与真实示数相比　　　　　　(选填“偏大”或“偏小”),应该使选择的定值电阻阻值适当　　　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】 (1)图见解析　(2)(-)
(3)并联　R1　(4)偏小　增大
【解析】 (1)如图所示。
(2)对待测重物受力分析,由平衡条件得2Fcos θ=G,由题图乙得F=,R0=103 Ω,由闭合电路欧姆定律得R0=-(R+Rg+r),RL=-(R+Rg+r),故RL-R0=-,联立解得G=(-)。
(3)将0～2 mA的电流表的量程扩大至0～10 mA,根据并联分流原理,电流表应该和定值电阻并联,由并联电路电压相等可知IgRg=(I-Ig)R′,解得R′=50 Ω,故选择R1。
(4)改装的电流表的分流电阻分得的电流IR′=,由于Rg实际值比标称值大,因此分流电阻分得的电流偏大,改装后电流表示数比真实值偏小。根据改装电流表的原理,应该减小分流电阻分得的电流,故应适当增大分流电阻的阻值。
[例6] (气敏电阻制作的控制电路)气敏电阻在安全领域有着广泛的应用。有一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rq,正常情况下阻值为几百欧,当甲醛浓度升高时,其阻值可以增大到几千欧。为了研究其阻值随甲醛浓度变化的规律,供选用的器材如下。
A.电源E0(电动势6 V,内阻不计)
B.滑动变阻器R
C.导线若干及开关S
D.电压表V(量程为0～3 V,内阻1 kΩ)
E.毫安表 mA(量程为0～50 mA,内阻100.0 Ω)
(1)探究小组设计了如图甲所示的实验电路,其中毫安表用来测定　　　　　,量程为　　　　。
(2)将气敏电阻置于密封小盒内,通过注入甲醛改变盒内甲醛浓度,记录不同甲醛浓度下电表示数,计算出气敏电阻对应阻值,得到如图乙所示阻值随甲醛浓度变化的图像(Rq-η图像)。当气敏电阻阻值为Rq=2.3 kΩ时盒内甲醛浓度为　　　　　。
(3)已知国家室内甲醛浓度标准是η=0.1 mg/m3。探究小组利用该气敏电阻设计了如图丙所示的简单测试电路,用来测定室内甲醛是否超标,电源电动势为E=5.0 V(内阻不计),电路中D1、D2分别为红、绿发光二极管,红色发光二极管D1的启动(导通)电压为2.0 V,即发光二极管D1两端电压UD1=2.0 V时点亮,绿色发光二极管D2的启动电压为3.0 V,发光二极管启动时对电路电阻的影响均不计。实验要求当室内甲醛浓度正常时绿灯亮,超标时红灯亮,则两电阻R1、R2中为定值电阻的是　　　,其阻值约为　　　 kΩ。
【答案】 (1)电压　0～5 V　(2)6×10-8kg/m3(或0.06 mg/m3)　(3)R2　3.9
【解析】 (1)毫安表与气敏电阻并联,且毫安表内阻已知,因此用来测定电压;由欧姆定律知其满偏电压Ug=IgRg=0.05×100 V=5 V,故量程为 0～5 V。
(2)由题图乙可读出,当气敏电阻Rq=2.3 kΩ时,甲醛浓度为6×10-8kg/m3或0.06 mg/m3。
(3)R1、R2串联分压,甲醛浓度升高时,D1两端电压应升高直至2 V时亮起,所以要求与D1并联的电阻阻值随甲醛浓度升高而增大,所以R1为气敏电阻,R2为定值电阻;且当=为红色发光二极管D1处于点亮的临界状态,由题图乙可知η=1×10-7kg/m3时,R1=Rq=2.6 kΩ,故R2=Rq=3.9 kΩ。
1.城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,在夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,在虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1,符号为
灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号为 L
保护电阻R2,符号为
电磁开关,符号为
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　　 V,保护电阻R2的阻值范围是　　　　 Ω;
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明 。
【答案】 (1)图见解析　
(2)①20　160～520　②见解析
【解析】 (1)要使光敏电阻能够对电路进行控制,且有光照时灯泡熄灭,则光敏电阻应与1、2串联,灯泡与3、4串联,电路图如图所示。
(2)①由题意知,最大电流为100 mA,励磁线圈电阻为200 Ω,则有Umax=ImaxR=100×10-3×
200 V=20 V,允许通过励磁线圈的电流最大值为100 mA,允许通过的电流最小值为50 mA,则有R2min=-R=160 Ω,R2max=-R=520 Ω,则阻值范围应为160～520 Ω。
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。
2.为了消防安全,一些生产车间会使用温控报警系统。该系统核心元件可采用热敏电阻来控制。某实验兴趣小组想自制简易温控报警系统。
(1)该实验小组的同学首先对该热敏电阻的温度特性进行研究,可能用到以下实验器材:
A.热敏电阻RT(常温下的阻值约为30 Ω)
B.烧杯、热水、温度计
C.电流表(量程为0～0.6 A,内阻r1=5 Ω)
D.电压表(量程为0～6 V,内阻约15 kΩ)
E.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流2 A)
F.滑动变阻器(最大阻值为500 Ω,额定电流0.5 A)
G.电源(电动势6 V,额定电流2 A,内阻不计)
H.开关一个,导线若干
(2)要求通过热敏电阻的电流从零开始增大。为使测量尽量准确,则滑动变阻器应选择　　　　。(填写器材前的字母标号)
(3)请你按照实验要求用笔画线代替导线在实物图甲中完成余下导线的连接。
(4)该实验小组的同学根据连接好的电路进行实验,计算出热敏电阻随温度变化的数据,且将对应点描在如图乙所示的坐标纸上。在探明该热敏电阻特性的基础上,接着该实验小组利用其自制简易温控报警系统。如图丙所示,当1、2两端所加电压降低至1 V时,温控控制开关自动启动报警系统,请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当温度升高至约50 ℃时启动报警系统。提供的器材如下:
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻R1=10 Ω、R2=40 Ω、R3=80 Ω;
开关S及导线若干;
则定值电阻应该选择　　　　。(填写字母符号)
(5)请在虚线框内完成电路原理图。(不考虑开关S对所设计电路的影响)
【解析】 (2)电源电动势为6 V,热敏电阻常温下的阻值约为30 Ω,故电流最大值约为0.2 A,为了让电流从零开始增大,应采用分压式接法,为使测量尽量准确,滑动变阻器应选择总阻值较小的E。
(3)本实验中采用滑动变阻器分压式接法,同时因电流表内阻已知,故电流表采用内接法,完成电路图如图a所示。
(4)串联电路中的电阻两端电压与电阻阻值成正比,电源电动势E=3 V,当温度升高至约50 ℃时,由题图乙可知,此时热敏电阻为RT=20 Ω,UT=1 V,则定值电阻分压UR=2 V,所以==,则有R=2RT=40 Ω,故选定值电阻R2。
(5)电路图如图b所示。
b
【答案】 (2)E　(3)图见解析　(4)R2　(5)图见解析
3.在新能源汽车中,纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,蓄电池的安全性至关重要,主要体现在对其温度的控制上,当电池温度过高时,必须立即启动制冷系统进行降温。图甲是某同学设计的模拟温控装置示意图,电磁继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器RP串联接在电动势为5 V、内阻不计的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于20 mA时,衔铁被吸合,热敏电阻置于温度监测区域,其阻值RT与温度t的关系如图乙所示,滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。
(1)图甲中应将b端与　　　　　(选填“a”或“c”)端相连。
(2)若设置电池温度为50 ℃时启动制冷系统,则滑动变阻器阻值应为　　　　 Ω。
(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是　　　　　 ℃。
【答案】 (1)c　(2)150　(3)74
【解析】 (1)由题意可知,当控制电路电流达到 20 mA 时衔铁被吸合,制冷系统工作,所以题图甲中应将b端与c端相连。
(2)若设置电池温度为50 ℃启动制冷系统,由题图乙可知,当温度为50 ℃时,RT的阻值为100 Ω,此时由闭合电路的欧姆定律可知,控制电路的总电阻R== Ω=250 Ω,由串联电路的电阻规律,滑动变阻器接入的电阻为RP=R-RT=250 Ω-100 Ω=150 Ω。
(3)当滑动变阻器的最大阻值为200 Ω时,热敏电阻的阻值RT′=R-RP′=250 Ω-200 Ω=50 Ω,由题图乙可知此时对应的温度为74 ℃,所以该电路可设置启动制冷系统的最高温度是74 ℃。
课时作业
(分值:30分)
基础巩固练
考点一　教材原型实验
1.(8分)某同学想通过实验探究一个热敏电阻的特性,并用此热敏电阻制作一个简易温控开关。
(1)为了探测热敏电阻的特性,该同学设计了如图甲所示的电路,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,RT为热敏电阻,热敏电阻处在虚线所示的温控室中。
①实验时,记录温控室的温度t0,将S2合向1,闭合开关S1前,将滑动变阻器R1的滑片移到　　　(选填“a”或“b”)端,调节滑动变阻器的滑片,使电流表有合适的示数I0,将S2合向2,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I0,记录此时电阻箱接入电路的示数为R0,则温度为t0时,热敏电阻的阻值为　　　　。
②多次改变温控室的温度,重复上述实验过程,测得多组热敏电阻在不同温度t下对应的电阻值R,作出Rt图像,如图乙所示,由图可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(2)如图丙所示,用此热敏电阻和继电器组成一个简易温控开关,继电器的电阻为100 Ω。当继电器电流超过20 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热,实现温控,为继电器线圈供电的电池E的内阻不计,电动势为6 V。图中“电源”是恒温箱加热器的电源。
为了实现恒温系统保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作:
①断开开关,滑动变阻器调节至阻值最大,将电阻箱阻值调节到　　　　　 Ω。
②将单刀双掷开关向c端闭合。
③缓慢调节滑动变阻器的阻值,观察到继电器的衔铁恰好被吸合。
④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向另一端闭合,恒温箱系统正常工作。
若恒温箱系统要保持温度为50 ℃,则需把滑动变阻器调节到　　　 Ω;若恒温箱系统要保持温度为55 ℃,则滑动变阻器正常工作时必须向　　　(选填“左”或“右”)移动滑片。
【答案】 (1)①b　R0　②减小　
(2)①70　④144　右
【解析】 (1)①闭合开关S1前,应将滑动变阻器R1的滑片移到b端,使滑动变阻器接入电路的电阻最大。由等效替代法可知,当温度为t0时,热敏电阻的阻值为R0。
②从题图乙可以看出,该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)①由题图乙可知,在40 ℃时,热敏电阻对应的阻值为70 Ω。
④若恒温箱系统要保持温度为50 ℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到20 mA,此时热敏电阻的阻值为56 Ω,由闭合电路欧姆定律可得I=,即R=-r-RT= Ω-
100 Ω-56 Ω=144 Ω。若恒温箱系统要保持温度为55 ℃,热敏电阻阻值变小,故滑动变阻器的阻值需要变大,故滑动变阻器正常工作时必须向右移动滑片。
考点二　应用其他敏感电阻的控制电路
2.(4分)(2025·江苏期中考试)如图所示是监控汽车安全带使用情况的一种简化报警电路。汽车启动时,开关S1闭合;驾驶员系好安全带时,开关S2将断开。L是报警指示灯,P是蜂鸣报警器,RN为安装在座垫下方的压敏元件(电阻值与所受压力大小成反比),M是一种触发开关(当A、B两端电压升高时,C、D两个端口间将像普通开关一样直接接通,从而连通L、P所在支路),则(　　)
[A] 当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时,RN电阻变大,A、B两端电压升高,指示灯点亮,蜂鸣器报警
[B] 当驾驶员坐在座位上启动汽车未系安全带时,RN电阻变大,C、D两端口间接通
[C] 当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,A、B两端电压降低,指示灯熄灭
[D] 当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,C、D两端口间接通,指示灯熄灭
【答案】 D
【解析】 当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时,开关S2闭合;驾驶员对座位的压力增大,则RN电阻变小,根据欧姆定律可得通过R的电流增大,则A、B两端电压升高,C、D两个端口直接接通,连通L、P所在支路,指示灯点亮,蜂鸣器报警,故A、B错误;当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,开关S2断开;驾驶员对座位的压力增大,则RN电阻变小,根据欧姆定律可得通过R的电流增大,则A、B两端电压升高,C、D两个端口直接接通,但由于S2断开,指示灯熄灭,蜂鸣器不会报警,故C错误,D正确。
3.(8分)酒驾严重危害公共交通安全,打击酒驾现象已成为日常。如图甲所示为交警使用的某种酒精检测仪,核心部件为酒精气体传感器,其电阻R1与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。
(1)某同学自行设计了简易酒精检测仪,如图丙所示,用到的器材有酒精气体传感器R1、电源(电动势为9.0 V,内阻未知)、电流表(满偏电流为100 mA,内阻为9.5 Ω),闭合开关,周围无酒精气体,发现电流表刚好满偏,则电源内阻为　　　　 Ω;用该仪器　　　　(选填“能”或“不能”)检测酒驾。
驾驶员状态 非酒驾 酒驾
酒精气体浓度标 准/(mg·mL-1) 小于0.2 大于或者 等于0.2
检测器状态 只有绿灯亮 绿灯红灯都亮
(2)另一名同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表,他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾,红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为9.0 V,内阻不计,R2为定值电阻,R1为酒精气体传感器,L1、L2是彩色小灯泡,颜色一红一绿,小灯泡电压达到0.7 V才会发光,则红灯为　　 　　(选填“L1”或“L2”),当红灯刚亮时通过其的电流为　　　　 A(结果保留2位有效数字)。
【答案】 (1)0.5　不能　(2)L1　0.28
【解析】 (1)当酒精浓度为零时,R1为80 Ω,电流表刚好满偏,则根据闭合电路欧姆定律,电源内阻为 r=-R1-RA=0.5 Ω,当酒精浓度增大时,总电阻减小,电流超过满偏值,说明该仪器不能检测酒驾。
(2)当酒精浓度增大时,R1减小,根据“串反并同”,灯泡L1电压增大,达到0.7 V会发光,说明L1是红灯;当红灯刚亮时,小灯泡电压达到 0.7 V,R1两端电压为8.3 V,由表格数据和题图乙可知此时R1阻值为30 Ω,则红灯电流为I= A≈0.28 A。
能力提升练
4.(10分)材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小。如图甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线,其中RF、R0分别表示有无压力时压敏电阻的阻值。为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF。请按要求完成下列实验。
(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出,待测压力大小为0.4×102～0.8×102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下:
A.压敏电阻,无压力时阻值R0=6 000 Ω
B.滑动变阻器R,最大阻值为200 Ω
C.电流表A,量程为0～2.5 mA,内阻约30 Ω
D.电压表V,量程为0～3 V,内阻约3 kΩ
E.直流电源E,电动势3 V,内阻很小
F.开关S,导线若干
(2)正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为　　　　 V。
(3)此时压敏电阻的阻值为　　　　 Ω;结合图甲可知待测压力的大小F=　　　　 N。(结果均保留2位有效数字)
【答案】 (1)图见解析　(2)2.00　(3)1.5×103　60
【解析】 (1)由于滑动变阻器总电阻较小,远小于待测电阻,因此滑动变阻器应采用分压式接法;同时因待测电阻较大,故应采用电流表内接法,如图所示。
(2)电压表量程为0～3 V,则读数为2.00 V。
(3)根据欧姆定律可知RF== Ω≈1.5×103 Ω,则有==4,则由题图甲可知,压力大小为60 N。

展开更多......

收起↑