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实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置
实验基础·必备
工作原理 操作要求 注意事项
1.传感器的工作原理
1.研究热敏电阻的热敏特性
(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中,测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。
1.在做热敏电阻的热敏特性实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。
2.常见的敏感元件的作用和特点
敏感元件 作用 特点
热敏 电阻 将 这个热学量转换为 这个电学量 一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
金属 热电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大
光敏 电阻 将 这个光学量转换为 这个电学量 一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小
霍尔 元件 将 这个磁学量转换为 这个电学量 对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒
定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比
(2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。
2.光敏实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。
温度
电阻
光照强度
电阻
磁感应强度
电压
次数 1 2 3 4 5 6
温度/℃
电阻/Ω
(3)改变水的温度,多次测量水的温度和热敏电阻的阻值,记录在表格中,把记录的数据画在R-t图中,得到图像如图乙所示。
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。
(3)接通电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况,并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮住电阻,观察表盘指针显示的电阻阻值,并记录。
(5)把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
3.多用电表每次换挡后都要重新进行
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
(6)结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强时电阻变小,光照减弱时电阻变大。
欧姆调零
2.研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于电阻“×100”挡。
误差分析 1.温度计读数带来误差。
2.多用电表读数带来误差。
3.作R-t图像时的不规范易造成误差
考点一
教材原型实验
实验技能·提升
【典例1】 (中等)(2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中,测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表。
温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60
温度/℃ 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R
(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统,设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃,现要求将室内温度控制在20～28 ℃范围,且1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,则应选择的电路是　　　　,定值电阻R的阻值应选　　 　　 kΩ;1、2两端的电压小于
　　　 V时,自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
C　
3　
1.8
考点二
实验创新与拓展
【典例2】(中等)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置的托盘秤压在以O1为转动轴的杠杆上,杠杆左端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。当质量等于分拣标准(0.15 kg)的苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为2 N,调节可调电阻R0,使它两端电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。放大电路中有保持电路,能够确保苹果在衔铁上运动时,电磁铁始终保持苹果在经过托盘秤时的状态。
(1)当较大的苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,则阻值　 　　(选填“较大”或“较小”)。
解析:(1)由题图乙可知,当较大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,阻值较小。
较小
(2)自动分拣装置正常工作时,大于0.15 kg的苹果通过　　 　(选填“通道A”或“通道B”)。
通道B
解析:(2)大于0.15 kg的苹果通过托盘秤时,R0两端的电压达到放大电路的激励电压,使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,苹果通过下面的通道B。
(3)若电源电动势为5 V,内阻不计,激励电压为2 V:
①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于　　　　 kΩ(结果保留两位有效数字)。
20
②某同学想利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在电阻　　　　(选填“R”“R0”或“电源”)两端。
R0
解析:②电源电动势不变,随着苹果质量增大,R阻值减小,分压减小,R0分压增大,为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大,需要将电压表并联在R0两端。
③已知压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比。若要将分拣标准提高到0.33 kg,仅将R0的阻值调为　　 　　 kΩ即可实现(结果保留两位有效数字)。
16
感谢观看实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置
工作原理 操作要求 注意事项
1.传感器的工作原理 2.常见的敏感元件的作用和特点 敏感 元件作用特点热敏 电阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小金属 热电 阻将温度这个热学量转换为电阻这个电学量一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大光敏 电阻将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量一般情况下,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小霍尔 元件将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比
1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中,测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 次数123456温度/℃电阻/Ω
(3)改变水的温度,多次测量水的温度和热敏电阻的阻值,记录在表格中,把记录的数据画在R-t图中,得到图像如图乙所示。 2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于电阻“×100”挡。 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。 (3)接通电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况,并记录。 (4)用手掌(或黑纸)遮住电阻,观察表盘指针显示的电阻阻值,并记录。 (5)把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度弱中强无光照射阻值/Ω
(6)结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强时电阻变小,光照减弱时电阻变大。 1.在做热敏电阻的热敏特性实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.光敏实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.多用电表每次换挡后都要重新进行欧姆调零
误差分析 1.温度计读数带来误差。 2.多用电表读数带来误差。 3.作R-t图像时的不规范易造成误差
考点一　教材原型实验
【典例1】 (中等)(2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中,测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表。
温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60
温度/℃ 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统,设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃,现要求将室内温度控制在20～28 ℃范围,且1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,则应选择的电路是　　　　,定值电阻R的阻值应选　　　　 kΩ;1、2两端的电压小于　　　 V时,自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
解析:电路A中,定值电阻和热敏电阻并联,电压不变,故不能实现电路的控制,A错误;电路B中,定值电阻和热敏电阻串联,温度越低,热敏电阻的阻值越大,定值电阻分得的电压越小,无法实现1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,B错误;电路C中,定值电阻和热敏电阻串联,温度越低,热敏电阻的阻值越大,热敏电阻分得的电压越大,可以实现1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,C正确。由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知,20.0 ℃的阻值为60×100 Ω=6 kΩ,由题意可知U12=E=×3 V=2 V,解得R=3 kΩ。28 ℃时关闭加热系统,此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ,此时1、2两端的电压为×3 V=1.8 V,则1、2两端的电压小于1.8 V时,自动关闭加热系统。
答案:C　3　1.8
考点二　实验创新与拓展
【典例2】(中等)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置的托盘秤压在以O1为转动轴的杠杆上,杠杆左端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。当质量等于分拣标准(0.15 kg)的苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为2 N,调节可调电阻R0,使它两端电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。放大电路中有保持电路,能够确保苹果在衔铁上运动时,电磁铁始终保持苹果在经过托盘秤时的状态。
(1)当较大的苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,则阻值　　　(选填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时,大于0.15 kg的苹果通过　　　(选填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源电动势为5 V,内阻不计,激励电压为2 V:
①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于　　　　 kΩ(结果保留两位有效数字)。
②某同学想利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在电阻　　　　(选填“R”“R0”或“电源”)两端。
③已知压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比。若要将分拣标准提高到0.33 kg,仅将R0的阻值调为　　　　 kΩ即可实现(结果保留两位有效数字)。
解析:(1)由题图乙可知,当较大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,阻值较小。
(2)大于0.15 kg的苹果通过托盘秤时,R0两端的电压达到放大电路的激励电压,使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,苹果通过下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为2 N,R阻值约为 30 kΩ,为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值需满足=,则R0=20 kΩ。
②电源电动势不变,随着苹果质量增大,R阻值减小,分压减小,R0分压增大,为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大,需要将电压表并联在R0两端。
③根据=,可知分拣标准为0.33 kg时,压力为4.4 N,此时R的阻值为24 kΩ,根据①分析R0的阻值应该调至16 kΩ。
答案:(1) 较小　(2)通道B　(3)①20　②R0　③16
课时作业
1.如图甲所示为某物理小组成员用热敏电阻和电磁继电器制作的简易温控开关的原理电路图,正常工作时,单刀双掷开关位于d处。图乙为热敏电阻的Rtt图像,继电器线圈的电阻为90 Ω。当继电器线圈电流超过10 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热;电流低于10 mA时,衔铁松开,继续加热,实现温度自动控制,为继电器供电的电池电动势E=4 V,内阻不计。图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)正常工作时,温度升高,继电器的磁性将　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制(即使恒温箱内温度能保持在该温度范围内的任一值),下面两种规格的滑动变阻器R应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。
滑动变阻器R1(0～200 Ω);滑动变阻器R2(0～300 Ω)
(3)为了实现恒温箱保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作:
①断开开关,滑动变阻器阻值调节至最大,将电阻箱阻值调到　　　 　 Ω(保留两位有效数字);
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直到观察到继电器的衔铁恰好被吸合,此时滑动变阻器R接入电路的阻值大小为　　　　 Ω(保留三位有效数字);
④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向d端闭合,恒温箱系统正常工作。
(4)若想让恒温箱保持的温度升高,应将滑动变阻器R的接入电阻调　　 　　(选填“大”或“小”)。
解析:(1)由题图乙可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而变小,电路中的电流变大,流经继电器的电流变大,磁性增大。
(2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制,滑动变阻器的最大阻值必定大于最高温控所需连入电阻,故R总>= Ω=400 Ω,又R总=Rt+R滑+R继,当温度为60 ℃时热敏电阻阻值最小,为Rt=30 Ω,所以R滑>280 Ω,所以滑动变阻器选用R2。
(3)由题图乙可知40 ℃时热敏电阻对应阻值为53 Ω,因此需将电阻箱阻值调到53 Ω;当恒温箱内的温度保持40 ℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到10 mA,由闭合电路的欧姆定律得I=,即R=-R箱-R继=257 Ω。
(4)若想让恒温箱保持的温度升高,则加热时热敏电阻的阻值变小,总阻值不变,则应将滑动变阻器R的接入电阻调大。
答案:(1)增大
(2)R2
(3)①53(52～54均可)
③257(256～258均可)　(4)大
2.某实验小组对路灯(通过光控开关随周围环境的亮度改变进行自动控制)的内部电路设计进行模拟探究。实验室提供的器材有:电源、电阻箱、小灯泡L、光敏电阻、开关、电磁继电器、导线若干。
(1)用千分尺测量光敏电阻封装厚度,示数如图甲,读数为　　　　mm。
(2)经测量光敏电阻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
RP电阻/Ω 75 40 28 23 20 18
根据表中数据,说明光敏电阻阻值随照度变化的特点　 。
(3)如图乙所示是实验小组设计的路灯控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在　　　　(选填“AB”或“BC”)之间。
(4)用多用电表“×1 Ω”挡,按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为　　　 Ω;
(5)实验小组优化了路灯控制模拟电路如图丁所示,要求当照度低至1.0 Lx时光敏电阻R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸引照明电路中开关K的衔铁实现启动照明系统,此时光敏电阻R0两端的电压称为放大电路的激励电压。已知直流电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,放大电路的激励电压为2 V,为实现照度低至1.0 Lx时电磁开关启动照明电路,电阻箱R的阻值应调为　　　 Ω;
(6)为节省能源,要求当天色更暗时才点亮路灯,应适当地　　　　(选填“增大”或“减小”)电阻箱的电阻。
解析:(1)题图甲中千分尺的读数为7.5 mm+2.0×0.01 mm=7.520 mm。
(2)由表中数据可知,光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小。
(3)当天暗时,光敏电阻的阻值变大,回路中电流变小,衔铁被松开,触片和上方接触,此时路灯亮,说明路灯接在了AB之间。
(4)用多用电表“×1 Ω”挡,测量的结果为19×1 Ω=19 Ω。
(5)照度低至1.0 lx时RP=20 Ω,则通过光敏电阻的电流为I= A=0.1 A,根据闭合电路的欧姆定律有I=,解得R=60 Ω。
(6)若要求天色更暗时才点亮路灯,天色更暗时光敏电阻更大,要先保证回路中的激励电压2 V不变,则应增大电阻箱的阻值。
答案:(1)7.520(7.519～7.521均可)
(2)光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小
(3)AB　(4)19　(5)60
(6)增大
3.磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材:电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V,内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA,内阻不计)、定值电阻R0=1 kΩ、开关、导线若干。
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大,实验小组设计了电路图甲,请用笔代替导线在图乙中将实物连线补充完整。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,电压表的读数为　　　　V,电流表读数为0.5 mA,则此时磁敏电阻的阻值为　　　　。
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示,某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器,其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V,内阻可忽略),当图中的输出电压达到或超过2.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T,则图中　　　　(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻,另一电阻的阻值应为　　　　kΩ(保留两位有效数字)。
解析:(1)根据题图甲,在题图乙中补充实物连线图如下。
(2)电压表的最小刻度值为0.1 V,如题图丙所示,电压表的读数为1.30 V,根据串联电路电压与电阻成正比的关系,磁敏电阻两端的电压为UM=×(2 kΩ+1 kΩ)=1.95 V,电流表读数为I=0.5 mA,故此时磁敏电阻的阻值为R==3 900 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得输出电压为U=,要求输出电压达到或超过2.0 V时报警,即要求磁感应强度增大时,电阻的阻值增大,从而需要输出电压增大,故需要R2的阻值增大才能实现此功能,故R2为磁敏电阻;开始报警时磁感应强度为0.2 T,此时R2=1.4 kΩ,电压U=2.0 V,根据电路关系=解得另一电阻的阻值应为R1=2.8 kΩ。
答案:(1)见解析图
(2)1.30　3 900 Ω/3.9×103 Ω
(3)R2　2.8实验十六:利用传感器制作简单的自动控制装置
课时作业
1.如图甲所示为某物理小组成员用热敏电阻和电磁继电器制作的简易温控开关的原理电路图,正常工作时,单刀双掷开关位于d处。图乙为热敏电阻的Rtt图像,继电器线圈的电阻为90 Ω。当继电器线圈电流超过10 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热;电流低于10 mA时,衔铁松开,继续加热,实现温度自动控制,为继电器供电的电池电动势E=4 V,内阻不计。图甲中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)正常工作时,温度升高,继电器的磁性将　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制(即使恒温箱内温度能保持在该温度范围内的任一值),下面两种规格的滑动变阻器R应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。
滑动变阻器R1(0～200 Ω);滑动变阻器R2(0～300 Ω)
(3)为了实现恒温箱保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作:
①断开开关,滑动变阻器阻值调节至最大,将电阻箱阻值调到　　　 　 Ω(保留两位有效数字);
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直到观察到继电器的衔铁恰好被吸合,此时滑动变阻器R接入电路的阻值大小为　　　　 Ω(保留三位有效数字);
④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向d端闭合,恒温箱系统正常工作。
(4)若想让恒温箱保持的温度升高,应将滑动变阻器R的接入电阻调　　 　　(选填“大”或“小”)。
解析:(1)由题图乙可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而变小,电路中的电流变大,流经继电器的电流变大,磁性增大。
(2)为使该装置实现对10～60 ℃之间任意温度的控制,滑动变阻器的最大阻值必定大于最高温控所需连入电阻,故R总>= Ω=400 Ω,又R总=Rt+R滑+R继,当温度为60 ℃时热敏电阻阻值最小,为Rt=30 Ω,所以R滑>280 Ω,所以滑动变阻器选用R2。
(3)由题图乙可知40 ℃时热敏电阻对应阻值为53 Ω,因此需将电阻箱阻值调到53 Ω;当恒温箱内的温度保持40 ℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到10 mA,由闭合电路的欧姆定律得I=,即R=-R箱-R继=257 Ω。
(4)若想让恒温箱保持的温度升高,则加热时热敏电阻的阻值变小,总阻值不变,则应将滑动变阻器R的接入电阻调大。
答案:(1)增大
(2)R2
(3)①53(52～54均可)
③257(256～258均可)　(4)大
2.某实验小组对路灯(通过光控开关随周围环境的亮度改变进行自动控制)的内部电路设计进行模拟探究。实验室提供的器材有:电源、电阻箱、小灯泡L、光敏电阻、开关、电磁继电器、导线若干。
(1)用千分尺测量光敏电阻封装厚度,示数如图甲,读数为　　　　mm。
(2)经测量光敏电阻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
RP电阻/Ω 75 40 28 23 20 18
根据表中数据,说明光敏电阻阻值随照度变化的特点　 。
(3)如图乙所示是实验小组设计的路灯控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在　　　　(选填“AB”或“BC”)之间。
(4)用多用电表“×1 Ω”挡,按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为　　　 Ω;
(5)实验小组优化了路灯控制模拟电路如图丁所示,要求当照度低至1.0 Lx时光敏电阻R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸引照明电路中开关K的衔铁实现启动照明系统,此时光敏电阻R0两端的电压称为放大电路的激励电压。已知直流电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,放大电路的激励电压为2 V,为实现照度低至1.0 Lx时电磁开关启动照明电路,电阻箱R的阻值应调为　　　 Ω;
(6)为节省能源,要求当天色更暗时才点亮路灯,应适当地　　　　(选填“增大”或“减小”)电阻箱的电阻。
解析:(1)题图甲中千分尺的读数为7.5 mm+2.0×0.01 mm=7.520 mm。
(2)由表中数据可知,光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小。
(3)当天暗时,光敏电阻的阻值变大,回路中电流变小,衔铁被松开,触片和上方接触,此时路灯亮,说明路灯接在了AB之间。
(4)用多用电表“×1 Ω”挡,测量的结果为19×1 Ω=19 Ω。
(5)照度低至1.0 lx时RP=20 Ω,则通过光敏电阻的电流为I= A=0.1 A,根据闭合电路的欧姆定律有I=,解得R=60 Ω。
(6)若要求天色更暗时才点亮路灯,天色更暗时光敏电阻更大,要先保证回路中的激励电压2 V不变,则应增大电阻箱的阻值。
答案:(1)7.520(7.519～7.521均可)
(2)光敏电阻RP的阻值随照度的增大而非线性减小
(3)AB　(4)19　(5)60
(6)增大
3.磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(约几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材:电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V,内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA,内阻不计)、定值电阻R0=1 kΩ、开关、导线若干。
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大,实验小组设计了电路图甲,请用笔代替导线在图乙中将实物连线补充完整。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,电压表的读数为　　　　V,电流表读数为0.5 mA,则此时磁敏电阻的阻值为　　　　。
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示,某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器,其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源(电动势为6.0 V,内阻可忽略),当图中的输出电压达到或超过2.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T,则图中　　　　(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻,另一电阻的阻值应为　　　　kΩ(保留两位有效数字)。
解析:(1)根据题图甲,在题图乙中补充实物连线图如下。
(2)电压表的最小刻度值为0.1 V,如题图丙所示,电压表的读数为1.30 V,根据串联电路电压与电阻成正比的关系,磁敏电阻两端的电压为UM=×(2 kΩ+1 kΩ)=1.95 V,电流表读数为I=0.5 mA,故此时磁敏电阻的阻值为R==3 900 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得输出电压为U=,要求输出电压达到或超过2.0 V时报警,即要求磁感应强度增大时,电阻的阻值增大,从而需要输出电压增大,故需要R2的阻值增大才能实现此功能,故R2为磁敏电阻;开始报警时磁感应强度为0.2 T,此时R2=1.4 kΩ,电压U=2.0 V,根据电路关系=解得另一电阻的阻值应为R1=2.8 kΩ。
答案:(1)见解析图
(2)1.30　3 900 Ω/3.9×103 Ω
(3)R2　2.8

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