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课时突破练65　利用传感器制作简单的自动控制装置
1.(12分)(2026广东惠州模拟)电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分,即控制部分:由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成;工作(加热)部分:由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成。S1是一个磁钢限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时,自动断开,且不能自动复位,S2是一个金属片自动开关,当温度达到70~80 ℃时,自动断开,低于70 ℃时,自动闭合,红灯、黄灯是指示灯,通过其电流必须较小,所以R1、R2起　　　　作用。R3是发热电阻,接通电源并闭合S1后,黄灯熄而红灯亮,R3发热,当温度达到70~80 ℃时,S2断开,当温度达到103 ℃时饭熟,S1断开,当温度降到70 ℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态,由以上描述可知R2　　　　(选填“<”“=”或“>”)R3,当用电饭煲烧水时,S1　　　　(选填“会”或“不会”)自动断开。
2.(12分)传感器担负着信息采集的任务,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(电学量),例如热敏传感器。某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。
(1)为了使温度过高时报警器响铃,c应接在　　　(选填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向　　　　(选填“左”或“右”)移动。
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能正常工作的原因可能是　 。
3.(4分)(2024北京卷)下图为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动,滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接;固定在滑块上的滑动片M的下端与滑动变阻器R接触良好,且不计摩擦;两个电源的电动势E相同,内阻不计。两弹簧处于原长时,M位于R的中点,理想电压表的指针位于表盘中央。当P端电势高于Q端时,指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上,则下列说法正确的是(　　)
A.若M位于R的中点右侧,P端电势低于Q端
B.电压表的示数随物体加速度的增大而增大,但不成正比
C.若电压表指针位于表盘左侧,则物体速度方向向右
D.若电压表指针位于表盘左侧,则物体加速度方向向右
4.(16分)(2026山东聊城模拟)传感器在科研、生产和生活中有着广泛的应用。
(1)关于传感器,下列说法正确的是　　　　。
A.传感器一般是将非电学量转化为电学量的装置
B.光敏电阻在光照增强时电阻值会变大
C.金属热电阻和热敏电阻的阻值都随温度升高而减小
(2)某实验小组的同学为了研究某保温式自动电饭锅中用于监测温度的热敏电阻RT的特性。设计了如图甲所示的电路,电路中的电压表均可看成理想电压表,定值电阻R0=2 kΩ。
①开关闭合前,滑动变阻器的滑片应置于最　　(选填“左”或“右”)端。
②通过多次实验,得出热敏电阻RT的阻值随温度变化的规律图像如图乙所示,某次实验时,图甲中的电压表V1、V2的示数分别为3.0 V、4.2 V,则热敏电阻RT所处环境的温度约为　　　 ℃。
③该种保温式自动电饭锅,采用电磁开关控制加热电路,电磁开关可等效为定值电阻,通过电磁开关的电流小于某一值时加热电路的开关闭合。当锅内米饭温度低于60 ℃时,加热电路开始工作,则下列电路图可能是该电饭锅中电路的是图　　　　(选填“丙”或“丁”)。
5.(16分)(跨模块融通)(2026江西南昌开学考试)某同学利用所学知识探究热敏电阻的阻值随温度变化的关系。器材如下:热敏电阻Rt,电源(电动势为E,内阻不计)、电阻箱3个(R1、R2、R3)、灵敏电流计、数字电压表、温度计、加热装置、开关、导线若干。
(1)实验步骤如下:
①按图(a)连接好电路,在A、B间接入灵敏电流计,将热敏电阻放入加热装置,并保持温度恒定,闭合开关;
图(a)
②调节电阻箱R1、R2、R3,使灵敏电流计示数为零,则此时A、B两点电势　　　　(选填“相等”或“不相等”),电桥处于平衡状态,记录此时电阻箱R1、R2、R3的阻值分别为R10、R20、R30,则热敏电阻的阻值Rt=　　　　(用R10、R20、R30表示)。
(2)该同学发现当热敏电阻的阻值发生变化时,需要重新调节电桥平衡,操作繁琐,故重新设计了实验:
①将A、B间的灵敏电流计取下,改用数字电压表(可视为理想电表)测量A、B间电压UAB;
②保持R10、R20、R30不变,开启加热装置,缓慢升高到一定温度并保持不变,当电压表示数稳定,记录此时温度计示数t=52 ℃和电压表示数UAB=0.40 V,若R10=R30=1 000 Ω、R20=1 500 Ω、E=6.0 V,则热敏电阻的阻值Rt=　　　　 Ω(结果保留3位有效数字);
③重复上述实验,缓慢升高温度,每隔一定时间记录一次温度计的示数t和电压表的示数UAB;
④根据实验数据,算出热敏电阻的阻值Rt,绘制出热敏电阻阻值与温度的关系曲线如图(b)。
图(b)
⑤当温度从52 ℃升高少许后,电压表的示数将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案：
1.限流　>　不会
解析 通过红灯、黄灯的电流必须较小,根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用;R3是发热电阻,要产生很大的热量,所以电流要大一点,而通过R2的电流要小一点,且并联电路电压相等,根据欧姆定律可知R2>R3;当用电饭煲烧水时,温度达不到居里点(103 ℃),S1不会自动断开。
2.(1)A　(2)左　(3)电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力
解析 (1)由题图甲可知,热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。
(2)若要使启动报警的温度提高,则应使电路中电阻更大,滑动变阻器的滑片P向左移动。
(3)电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力。
3.D　解析 本题考查传感器、电桥电路等。由题意可知,M位于R中点位置时与两电源间的电势相等,设R的中点电势为零,则M位于R的中点右侧时,P端电势高于Q端电势,A错误;由欧姆定律及电阻定律可知,P端与Q端电势差与指针偏离R中点的距离x成正比,B错误;已知电压表指针位于表盘左侧,只能确定加速度的方向,不能确定速度的方向,C错误;已知电压表指针位于表盘左侧,滑块左侧弹簧压缩、右侧弹簧伸长,滑块所受合力向右,故物体加速度方向向右,D正确。
4.(1)A　(2)左　30　丙
解析 (1)传感器作为一种将其他形式的信号与电信号之间的转换装置,其一般是将非电学量转化为电学量的装置,故A正确;光敏电阻在光照增强时电阻值会变小,故B错误;金属热电阻的阻值随温度升高而增大,热敏电阻的阻值随温度升高而减小,故C错误。
(2)滑动变阻器采用分压式接法,为了确保安全,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应置于最左端;根据欧姆定律有,解得RT=2.8 kΩ,结合图乙可知,热敏电阻RT所处环境的温度约为t=30 ℃,温度越低,热敏电阻的阻值越大,图丙中,当RT增大时,热敏电阻所在回路总电阻增大,电路中干路电流减小,即通过电磁开关的电流减小,当电流小于某一值时加热电路的开关闭合,图丙能够达到要求;图丁中,当RT增大时,热敏电阻所在回路总电阻增大,电路中干路电流减小,则定值电阻与电源内阻上承担电压减小,则电磁开关并联部分电压增大,通过电磁开关的电流增大,可知图丁不能够达到要求,即该电饭锅中的电路是图丙。
5.(1)相等　　(2)1.14×103　增大
解析 (1)调节电阻箱R1、R2、R3,使灵敏电流计示数为零,此时电桥处于平衡状态,说明A、B两点间电势相同,故电势差为零;根据欧姆定律可得,化简得Rt=。
(2)由题意可知,设通过R1的电流为I1,通过R3的电流为I2。根据并联电路电流的分配与电阻成反比的关系有,设电源负极的电势为零,A、B两点之间的电势差UAB=I1R20-I2Rt,根据欧姆定律I1= A=0.002 4 A,联立解得Rt=1.14×103 Ω,温度从52 ℃升高少许后,根据图像所示,热敏电阻值变小。根据欧姆定律可知,热敏电阻支路的电流变大。电阻R3两端电压变大,B点电势降低。由于电动势不变,电阻R1、R2不变。A点电势不变,则A、B两点之间的电势差增大,电压表示数将增大。
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