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实验15　利用传感器制作简单的自动控制装置
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强基础 固本增分
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研考点 精准突破
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限时规范训练
栏
目
导
引
强基础
固本增分
原理与装置图

甲 丙
待测量 次数
1 2 3 4 5 6
温度/℃
电阻/Ω
操作要求
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(如表)。
操作要求
(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图像中，得到的图像如图乙所示。

乙
结论：热敏电阻的阻值随温度发生变化，温度升高时电阻变小，温度降低时电阻变大。
操作要求
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、滑动变阻器按如图丙所示电路连接好，其中多用电表置于“×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)打开电源，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)遮光时电阻值又是多少，并记录。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。
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。
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
注意事项
1.在研究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.在研究光敏电阻的光敏特性实验时，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.电阻表每次换挡后都要重新欧姆调零。
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图像时的不规范造成误差。
研考点
精准突破
考点一　教材原型实验
(2024·浙江1月选考，16－Ⅲ)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 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 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，则1、2两端电压不变，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 ℃时的阻值为6 kΩ，由题意可知此时U12＝×3 V＝2 V，解得R＝3 kΩ。由题意可知当温度达到28 ℃时，加热系统关闭，此时热敏电阻的阻值为4.5 kΩ，根据串联分压规律可知，此时热敏电阻两端的电压U＝3× V＝1.8 V。
答案：C　3　1.8
(2024·河北卷，12节选)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(选填“正极”或“负极”)。
图1
图2
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
图3
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
图4
解析：(1)使用多用电表时，通过多用电表的电流流向遵循“红进黑出”，使用多用电表的电阻挡时，当黑表笔与M端接触、红表笔与N端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2可知此时多用电表指针位于a位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M端为二极管的负极。
图2
(2)①由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应接A接线柱，L3另一端应接C(或D)接线柱。
②I-U图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻值，由题图4可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。
答案：(1)负极　(2)①A　A　C(或D)　
②减小
图4
考点二　拓展创新实验
(2024·全国甲卷，23)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，
通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。完成下列实验步骤并填空：
图(a)
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(选填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
图(a)
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中；氧气含量为20%时电压表的示数如图(c)，该示数为______V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
图(b)
图(c)
解析：(1)毫安表内阻可忽略，故毫安表不分压，则毫安表采用内接法，且要测量多组不同氧气含量下传感器两端电压，故控制电路采用滑动变阻器分压式接法，如图1所示。
图1
(3)为了保护电路，闭合开关瞬间，电流表和电压表的示数应为0，所以闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至a端。
(6)根据电压表的读数规则可知，电压表的示数为1.40 V，根据题图(b)中的数据点拟合电压表示数U与氧气含量的曲线如图2所示，则可知当电压表的示数为1.50 V时，氧气含量为17%。
图(b)
答案：(1)见解析图　(3)a　(6)1.40　17
[创新角度分析]
1．实验目的创新：某同学对他制作的一个氧气传感器定标。
2．实验原理创新：控制变量法、滑动变阻器的分压式接法控制电路。
3．数据处理创新：利用电压表的示数与气体的氧气含量的关系图线判断传感器的电压与氧气含量之间的对应关系，即定标。
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限时规范
训练(73)　利用传感器制作简单的自动控制装置
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
1．(2025·北京日坛中学期中)物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3 V，内阻不计，实验室某日的照度随时间变化曲线如图乙，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
照度/ lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/ kΩ 75 40 24 20 18 15
D
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甲　　 　　　　　　　乙
A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
C．若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，该天6：00后照明系统即可工作
D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短
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解析：D　当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统，可知照度小时，控制开关两端电压大；根据表格数据可知照度小时，光敏电阻阻值大，则R1为光敏电阻，R2为定值电阻；照度越大，光敏电阻R1阻值越小，该电路控制开关两端的电压越小，故A、B错误；若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，由串联电路分压规律知控制开关自动启动时光敏电阻为40 kΩ，此时对应照度为0.4 lx，根据题图乙可知该天系统工作时间段为0～6：00、18：00～24：00，故C
错误；该电路中定值电阻阻值越大，控制开关
自动启动时光敏电阻越大，此时对应照度越小，
该天的照明系统工作的时间越短，故D正确。
图乙
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2．(10分)(2025·河北卷，11节选)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中，利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。
(1)闭合开关S，观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时，将电阻表两表笔分别接到热敏电阻a、b两端测量其阻值，这时开关S应________(选填“断开”或“闭合”)。
图1
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(2)按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻R1、R2与温度t的关系分别对应图2中曲线Ⅰ、Ⅱ。设计电路时，为防止用电器发生故障引起电流异常增大，导致个别电子元件温度过高而损坏，可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大，起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻________(选填“R1”或“R2”)具有相同温度特性。
图2
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解析：(1)测量电阻时，电阻应未接入电路，此时开关S应断开。
(2)由题意可知，为防止电流异常增大，导致个别电子元件损坏，接入的热敏电阻应起过热保护作用，应在电流异常增大时，电阻迅速增大，从而抑制电流异常增大，由题图2可知这种热敏电阻与电阻R1具有相同的温度特性。
答案：(1)断开　(2)R1
图2
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3．(10分)(2025·四川绵阳外国语月考)纯电动汽车的蓄电池的安全性，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。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源(不计内阻)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。则：
甲 乙
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(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________℃。
甲 乙
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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，此时控制电路的总电阻R＝＝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＝150 Ω。
(3)当滑动变阻器调到最大阻值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73 ℃，所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是73 ℃。
答案：(1)c　(2)150　(3)73
乙
甲
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4．(10分)(2024·广东卷，12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E(电动势3 V)；电压表V1和V2(量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。
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(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表V1间的实物图连线。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于________端，用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
图 乙
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②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如图丙所示，读数U1为________V。V2的示数U2为1.17 V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(选填“较大”或“较小”)。
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动，此时两电压表的示数U1丙
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解析：(1)实物连线如图所示。
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(2)①分压电路两端电压应从零开始调节，故实验开始
前R的滑片应置于b端。
②由题图丙可知读数U1为1.60 V。由于RG1与RG2串联，
则，可知RG1>RG2，表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大。
(3)②U1答案：(1)见解析　(2)①b　②1.60　较大　(3)②逆时针　U1＝U2
丙
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5．(10分)(2025·湖南衡阳八中开学考)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准(0.15 kg)的大苹果经过托盘秤
甲 乙
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时，杠杆对R的压力为1 N。调节可调电阻R0，可改变R、R0两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，R0两端的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。该放大电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
甲 乙
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(1)当小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻________(选填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时，大苹果通过________(选填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源电动势为8 V，内阻不计，放大电路的激励电压为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2位有效数字)
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②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，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若要提高分拣标准到0.24 kg，仅将R0的阻值调为________ kΩ即可实现。(结果保留2位有效数字)(提示：托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)
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解析：(1)由图乙可知小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻较大。
(2)大苹果通过托盘秤时，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，大苹果进入下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为1 N，R＝30 kΩ，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值需满足，得R0＝10 kΩ。
乙
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②随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不变，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，可知分拣标准到0.24 kg时，压力为1.6 N，此时R的阻值为26 kΩ，根据①分析R0的阻值应该调至8.7 kΩ。
答案：(1)较大　(2)通道B　(3)①10　②R0　③8.7
实验15　利用传感器制作简单的自动控制装置
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原理与装置图 操作要求 注意事项
甲 丙 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(如表)。 待测量次数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图像中，得到的图像如图乙所示。 乙 结论：热敏电阻的阻值随温度发生变化，温度升高时电阻变小，温度降低时电阻变大。 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、滑动变阻器按如图丙所示电路连接好，其中多用电表置于“×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)打开电源，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)遮光时电阻值又是多少，并记录。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
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.在研究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.在研究光敏电阻的光敏特性实验时，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.电阻表每次换挡后都要重新欧姆调零。
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图像时的不规范造成误差。
考点一　教材原型实验
　(2024·浙江1月选考，16－Ⅲ)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 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 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，则1、2两端电压不变，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 ℃时的阻值为6 kΩ，由题意可知此时U12＝×3 V＝2 V，解得R＝3 kΩ。由题意可知当温度达到28 ℃时，加热系统关闭，此时热敏电阻的阻值为4.5 kΩ，根据串联分压规律可知，此时热敏电阻两端的电压U＝3× V＝1.8 V。
答案：C　3　1.8
　(2024·河北卷，12节选)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(选填“正极”或“负极”)。
图1
图2
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
图3
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
图4
解析：(1)使用多用电表时，通过多用电表的电流流向遵循“红进黑出”，使用多用电表的电阻挡时，当黑表笔与M端接触、红表笔与N端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2可知此时多用电表指针位于a位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M端为二极管的负极。
(2)①由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应接A接线柱，L3另一端应接C(或D)接线柱。
②I-U图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻值，由题图4可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。
答案：(1)负极　(2)①A　A　C(或D)　
②减小
考点二　拓展创新实验
　(2024·全国甲卷，23)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。完成下列实验步骤并填空：
图(a)
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(选填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中；氧气含量为20%时电压表的示数如图(c)，该示数为________V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
图(b)
图(c)
解析：(1)毫安表内阻可忽略，故毫安表不分压，则毫安表采用内接法，且要测量多组不同氧气含量下传感器两端电压，故控制电路采用滑动变阻器分压式接法，如图1所示。
图1
(3)为了保护电路，闭合开关瞬间，电流表和电压表的示数应为0，所以闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至a端。
(6)根据电压表的读数规则可知，电压表的示数为1.40 V，根据题图(b)中的数据点拟合电压表示数U与氧气含量的曲线如图2所示，则可知当电压表的示数为1.50 V时，氧气含量为17%。
图2
答案：(1)见解析图　(3)a　(6)1.40　17
[创新角度分析]
1．实验目的创新：某同学对他制作的一个氧气传感器定标。
2．实验原理创新：控制变量法、滑动变阻器的分压式接法控制电路。
3．数据处理创新：利用电压表的示数与气体的氧气含量的关系图线判断传感器的电压与氧气含量之间的对应关系，即定标。
限时规范训练(73)　利用传感器制作简单的自动控制装置
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
1．(2025·北京日坛中学期中)物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3 V，内阻不计，实验室某日的照度随时间变化曲线如图乙，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
照度/ lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/ kΩ 75 40 24 20 18 15
甲　　 　　　　　　　乙
A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
C．若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，该天6：00后照明系统即可工作
D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短
解析：D　当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统，可知照度小时，控制开关两端电压大；根据表格数据可知照度小时，光敏电阻阻值大，则R1为光敏电阻，R2为定值电阻；照度越大，光敏电阻R1阻值越小，该电路控制开关两端的电压越小，故A、B错误；若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，由串联电路分压规律知控制开关自动启动时光敏电阻为40 kΩ，此时对应照度为0.4 lx，根据题图乙可知该天系统工作时间段为0～6：00、18：00～24：00，故C错误；该电路中定值电阻阻值越大，控制开关自动启动时光敏电阻越大，此时对应照度越小，该天的照明系统工作的时间越短，故D正确。
2．(10分)(2025·河北卷，11节选)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中，利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。
图1
(1)闭合开关S，观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时，将电阻表两表笔分别接到热敏电阻a、b两端测量其阻值，这时开关S应________(选填“断开”或“闭合”)。
(2)按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻R1、R2与温度t的关系分别对应图2中曲线Ⅰ、Ⅱ。设计电路时，为防止用电器发生故障引起电流异常增大，导致个别电子元件温度过高而损坏，可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大，起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻________(选填“R1”或“R2”)具有相同温度特性。
图2
解析：(1)测量电阻时，电阻应未接入电路，此时开关S应断开。
(2)由题意可知，为防止电流异常增大，导致个别电子元件损坏，接入的热敏电阻应起过热保护作用，应在电流异常增大时，电阻迅速增大，从而抑制电流异常增大，由题图2可知这种热敏电阻与电阻R1具有相同的温度特性。
答案：(1)断开　(2)R1
3．(10分)(2025·四川绵阳外国语月考)纯电动汽车的蓄电池的安全性，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。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源(不计内阻)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。则：
甲
乙
(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________℃。
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，此时控制电路的总电阻R＝＝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＝150 Ω。
(3)当滑动变阻器调到最大阻值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73 ℃，所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是73 ℃。
答案：(1)c　(2)150　(3)73
4．(10分)(2024·广东卷，12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E(电动势3 V)；电压表V1和V2(量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表V1间的实物图连线。
甲 乙
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于________端，用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如图丙所示，读数U1为________V。V2的示数U2为1.17 V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(选填“较大”或“较小”)。
丙
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动，此时两电压表的示数U1解析：(1)实物连线如图所示。
(2)①分压电路两端电压应从零开始调节，故实验开始前R的滑片应置于b端。
②由题图丙可知读数U1为1.60 V。由于RG1与RG2串联，则，可知RG1>RG2，表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大。
(3)②U1答案：(1)见解析　(2)①b　②1.60　较大　(3)②逆时针　U1＝U2
5．(10分)(2025·湖南衡阳八中开学考)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准(0.15 kg)的大苹果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1 N。调节可调电阻R0，可改变R、R0两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，R0两端的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。该放大电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
甲
乙
(1)当小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻________(选填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时，大苹果通过________(选填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源电动势为8 V，内阻不计，放大电路的激励电压为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2位有效数字)
②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，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若要提高分拣标准到0.24 kg，仅将R0的阻值调为________ kΩ即可实现。(结果保留2位有效数字)(提示：托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)
解析：(1)由图乙可知小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻较大。
(2)大苹果通过托盘秤时，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，大苹果进入下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为1 N，R＝30 kΩ，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值需满足，得R0＝10 kΩ。
②随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不变，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，可知分拣标准到0.24 kg时，压力为1.6 N，此时R的阻值为26 kΩ，根据①分析R0的阻值应该调至8.7 kΩ。
答案：(1)较大　(2)通道B　(3)①10　②R0　③8.7限时规范训练(73)　利用传感器制作简单的自动控制装置
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
1．(2025·北京日坛中学期中)物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3 V，内阻不计，实验室某日的照度随时间变化曲线如图乙，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
照度/ lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/ kΩ 75 40 24 20 18 15
甲　　 　　　　　　　乙
A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
C．若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，该天6：00后照明系统即可工作
D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短
解析：D　当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统，可知照度小时，控制开关两端电压大；根据表格数据可知照度小时，光敏电阻阻值大，则R1为光敏电阻，R2为定值电阻；照度越大，光敏电阻R1阻值越小，该电路控制开关两端的电压越小，故A、B错误；若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，由串联电路分压规律知控制开关自动启动时光敏电阻为40 kΩ，此时对应照度为0.4 lx，根据题图乙可知该天系统工作时间段为0～6：00、18：00～24：00，故C错误；该电路中定值电阻阻值越大，控制开关自动启动时光敏电阻越大，此时对应照度越小，该天的照明系统工作的时间越短，故D正确。
2．(10分)(2025·河北卷，11节选)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中，利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。
图1
(1)闭合开关S，观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时，将电阻表两表笔分别接到热敏电阻a、b两端测量其阻值，这时开关S应________(选填“断开”或“闭合”)。
(2)按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻R1、R2与温度t的关系分别对应图2中曲线Ⅰ、Ⅱ。设计电路时，为防止用电器发生故障引起电流异常增大，导致个别电子元件温度过高而损坏，可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大，起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻________(选填“R1”或“R2”)具有相同温度特性。
图2
解析：(1)测量电阻时，电阻应未接入电路，此时开关S应断开。
(2)由题意可知，为防止电流异常增大，导致个别电子元件损坏，接入的热敏电阻应起过热保护作用，应在电流异常增大时，电阻迅速增大，从而抑制电流异常增大，由题图2可知这种热敏电阻与电阻R1具有相同的温度特性。
答案：(1)断开　(2)R1
3．(10分)(2025·四川绵阳外国语月考)纯电动汽车的蓄电池的安全性，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。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源(不计内阻)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。则：
甲
乙
(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________℃。
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，此时控制电路的总电阻R＝＝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＝150 Ω。
(3)当滑动变阻器调到最大阻值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73 ℃，所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是73 ℃。
答案：(1)c　(2)150　(3)73
4．(10分)(2024·广东卷，12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E(电动势3 V)；电压表V1和V2(量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表V1间的实物图连线。
甲 乙
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于________端，用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如图丙所示，读数U1为________V。V2的示数U2为1.17 V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(选填“较大”或“较小”)。
丙
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动，此时两电压表的示数U1解析：(1)实物连线如图所示。
(2)①分压电路两端电压应从零开始调节，故实验开始前R的滑片应置于b端。
②由题图丙可知读数U1为1.60 V。由于RG1与RG2串联，则，可知RG1>RG2，表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大。
(3)②U1答案：(1)见解析　(2)①b　②1.60　较大　(3)②逆时针　U1＝U2
5．(10分)(2025·湖南衡阳八中开学考)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准(0.15 kg)的大苹果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1 N。调节可调电阻R0，可改变R、R0两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，R0两端的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。该放大电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
甲
乙
(1)当小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻________(选填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时，大苹果通过________(选填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源电动势为8 V，内阻不计，放大电路的激励电压为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2位有效数字)
②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，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若要提高分拣标准到0.24 kg，仅将R0的阻值调为________ kΩ即可实现。(结果保留2位有效数字)(提示：托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)
解析：(1)由图乙可知小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻较大。
(2)大苹果通过托盘秤时，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，大苹果进入下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为1 N，R＝30 kΩ，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值需满足，得R0＝10 kΩ。
②随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不变，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，可知分拣标准到0.24 kg时，压力为1.6 N，此时R的阻值为26 kΩ，根据①分析R0的阻值应该调至8.7 kΩ。
答案：(1)较大　(2)通道B　(3)①10　②R0　③8.7

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