2025版新教材高考物理復習特訓卷考點82實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

考點82試驗：利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置1.下圖是學生設計的蘋果自動分揀裝置的示意圖．該裝置把大小不同的蘋果，按肯定質量標準自動分揀為大蘋果和小蘋果．該裝置的托盤秤壓在一個以O1為轉動軸的杠桿上，杠桿末端壓在半導體薄膜壓力傳感器R1上．調整托盤秤壓在杠桿上的位置，使杠桿對R1的壓力處在傳感器最靈敏的壓力區(qū)間，R1所受的壓力較小，電阻較大；所受的壓力較大，電阻較?。?）閉合開關S后，當小蘋果通過托盤秤時，R2兩端的電壓（選填“較大”或“較小”），電磁鐵（選填“吸動”或“不能吸動”）分揀開關，分揀開關在彈簧向上彈力作用下處于水平狀態(tài)，小蘋果進入上面通道；（2）當大蘋果通過托盤秤時，電磁鐵（選填“吸動”或“不能吸動”）分揀開關，讓大蘋果進入下面通道．（3）托盤秤在圖示位置時，設進入下面通道的大蘋果最小質量為M0.若提高分揀標準，要求進入下面通道的大蘋果的最小質量M大于M0，則應當調整托盤秤壓在杠桿上的位置向（填“左”或“右”）移動一些才能符合要求．2.某同學依據(jù)所學學問制作了一臺簡易電子秤，原理圖如圖甲所示，圖中電壓表可視為志向電壓表（量程為3V），滑動變阻器的最大阻值為R＝12Ω，該同學用刻度尺測得滑動變阻器有電阻絲纏繞的ab部分的長度為L＝20cm（電阻絲纏繞勻稱）.（1）該同學先利用如圖乙所示電路測定電子秤里兩節(jié)紐扣電池（如圖丙所示）的電動勢和內阻，依據(jù)多次測量得到的數(shù)據(jù)作出的U′-I圖像如圖丁所示，可知這兩節(jié)紐扣電池串聯(lián)后的電動勢為E＝V，內阻為r＝Ω；（2）該同學想得到電壓表的示數(shù)U與被測物體質量m之間的關系，設計了如下試驗：①調整圖甲中滑動變阻器的滑片P的位置，使電壓表的示數(shù)恰好為零；②在托盤里緩慢加入細砂，直到滑動變阻器的滑片P恰好滑到b端，然后調整電阻箱R0，直到電壓表達到滿偏，試驗過程中彈簧始終處于彈性限度內，則此時電阻箱的讀數(shù)為R0＝Ω；③已知所用的彈簧的勁度系數(shù)為k＝2.0×102N/m，重力加速度g＝10m/s2，則該電子秤所能稱量的最大質量為m＝kg（結果保留兩位有效數(shù)字）；（3）試驗過程所稱量物體的質量和電壓表的示數(shù)U的關系為（填“線性”或“非線性”）.3.如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R-t圖像，圖乙為用此熱敏電阻和繼電器組成的一簡易溫控開關，繼電器的電阻為60Ω.當繼電器電流超過10mA時，銜鐵吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控．為繼電器線圈供電的電池E的內阻不計．圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源．（1）供應以下試驗器材：電源E1（3V），電源E2（6V），滑動變阻器R1（0～20Ω），滑動變阻器R2（0～220Ω），為使該裝置實現(xiàn)對20～60℃之間隨意溫度的限制，電源應選（填“E1”或“E2”）；滑動變阻器應選（填“R1”或“R2”）.（2）為了實現(xiàn)恒溫箱系統(tǒng)保持溫度為40℃，試驗時進行了以下操作：①斷開開關，滑動變阻器調整至（填“最大”或“最小”），需將電阻箱調到一固定的阻值Ω；②將單刀雙擲開關向c端閉合；③緩慢調整滑動變阻器的阻值視察到繼電器的銜鐵恰好被吸合；④保持滑動變阻器的位置不變，將單刀雙擲開關向另一端閉合，恒溫箱系統(tǒng)正常工作；（3）若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為40℃，則需把滑動變阻器調整到Ω；若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為35℃，則滑動變阻器正常工作時須向（填“左”或“右”）移動滑動觸頭．4.為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場所運用光控開關限制照明系統(tǒng)．光控開關可采納光敏電阻來限制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生改變的元件（照度可以反映光的強弱，光越強，照度越大，照度單位為lx）.（1）某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，依據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，在如圖甲的坐標系中描繪出了阻值隨照度改變的曲線．由圖像可求出照度為0.6lx時的電阻約為kΩ.照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ5.83.72.32.01.8（2）如圖乙，是街道路燈自動限制設計電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電．為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應接在（填“AB”或“BC”）之間．（3）用多用電表“×10Ω”擋，按正確步驟測量圖乙中電磁鐵線圈電阻時，指針示數(shù)如圖丙，則線圈的電阻為Ω；已知當線圈中的電流大于或等于2mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，圖乙中直流電源的電動勢E＝6V，內阻忽視不計，滑動變阻器有兩種規(guī)格可供選擇：R1（0～200Ω，1A）、R2（0～2000Ω，0.1A）.要求天色漸暗照度降低至1.0lx時點亮路燈，滑動變阻器應選擇（填“R1”“R2”）.為使天色更暗時才點亮路燈，應適當將滑動變阻器的滑片向（填“左”或“右”）端移動．5.國家有關酒駕的裁量標準如下：駕駛員血液酒精含量≥20mg/100mL，<80mg/100mL≥80mg/100mL行為定性飲酒駕駛醉酒駕駛酒精檢測儀是交警執(zhí)法時通過讓司機呼氣來檢測司機是否酒駕的檢測工具．現(xiàn)有一個酒精檢測儀的主要元件“酒精氣體傳感器”，即氣敏電阻，氣敏電阻的阻值隨酒精氣體濃度的改變而改變，下表顯示了某氣敏電阻Rx的阻值隨酒精氣體濃度的改變狀況．酒精氣體濃度/（mg/mL）00.10.20.30.40.50.60.70.8阻值/Ω1007055453935333130為了較精確測量酒精氣體濃度為0.35mg/mL時氣敏電阻Rx的阻值，試驗室供應如下器材．A.電流表A1（0～100mA，內阻約為15Ω）B.電流表A2（0～0.6A，內阻約為5Ω）C.電壓表V1（0～5V，內阻約為5kΩ）D.電壓表V2（0～15V，內阻約為20kΩ）E.滑動變阻器R1（阻值范圍為0～20Ω，允許通過的最大電流為2A）F.滑動變阻器R2（阻值范圍為0～5Ω，允許通過的最大電流為0.2A）G.待測氣敏電阻RxH.電源E（電動勢為6V，內阻r約為2Ω）I.開關和導線若干J.恒溫檢測室（1）在如圖所示的虛線框中畫出測量Rx阻值的試驗電路圖．（2）為使測量盡量精確，試驗時滑動變阻器應選，電壓表應選，電流表應選．（填器材前面的序號）（3）某同學用該氣敏電阻Rx設計了一個測定酒精氣體濃度的電路用來檢測是否酒駕，如圖所示，該電路運用一個電壓表，正常工作時，若被測氣體酒精濃度為0，電壓表指針滿偏．運用一段時間后，電源電動勢會稍變小，內阻會稍變大，保持滑動變阻器滑片不動，則酒精氣體濃度的測量值將（選填“偏大”或“偏小”）.6.電子體溫計（圖1）正在漸漸替代水銀溫度計．電子體溫計中常用的測溫元器件是熱敏電阻．某物理愛好小組制作一簡易電子體溫計，其原理圖如圖2所示．（1）愛好小組測出某種熱敏電阻的I-U圖像如圖3所示，那么他們應當選用圖電路（填“甲”或“乙”）；（2）現(xiàn)將上述測量的兩個相同的熱敏電阻（伏安特性曲線如圖3所示）和定值電阻、恒壓電源組成如圖4所示的電路，電源電動勢為6V，內阻不計，定值電阻R0＝200Ω，熱敏電阻消耗的電功率為W（結果保留3位有效數(shù)字）；（3）熱敏電阻的阻值隨溫度的改變如圖5所示，在設計的電路中（如圖2所示），已知電源電動勢為5.0V（內阻不計），電路中二極管為紅色發(fā)光二極管，紅色發(fā)光二極管的啟動（導通）電壓為3.0V，即發(fā)光二極管兩端電壓U≥3.0V時點亮，同時電鈴發(fā)聲，紅色發(fā)光二極管啟動后對電路電阻的影響不計．試驗要求當熱敏電阻的溫度高于38.5℃時紅燈亮且鈴響發(fā)出警報，其中電阻（填“R1”或“R2”）為定值電阻，其阻值應調為Ω（結果保留3位有效數(shù)字）.考點82試驗：利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置1．答案：(1)較小不能吸動(2)吸動(3)右解析：(3)因要提高分揀標準，要求進入下面通道的大蘋果的最小質量M大于M0，則應使R1所受的壓力減小，使電阻R1阻值較大，R2兩端獲得較小電壓，使電磁鐵不吸引分揀開關，故應調整托盤秤壓在杠桿上的位置向右移動，從而使R1所受的壓力減?。?．答案：(1)4.00.5(2)3.54.0(3)線性解析：(1)對圖乙所示電路，依據(jù)閉合電路歐姆定律可得E＝U′＋Ir即U′＝E－Ir，U′-I圖像與縱軸交點的縱坐標等于兩節(jié)紐扣電池串聯(lián)后的電動勢，圖線斜率的肯定值等于電池的內阻，由題圖丁可知電動勢為E＝4.0V，內阻為r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(2.0－4.0,4.0)))Ω＝0.5Ω.(2)電壓表達到滿偏時滑動變阻器接入電路的阻值為R＝12Ω，依據(jù)歐姆定律可得eq\f(U,R)＝eq\f(E,R0＋R＋r)，解得R0＝3.5Ω.滑動變阻器的滑片P滑到b端，彈簧的形變量增加了20cm，由平衡條件有kΔx＝mg，則該電子秤所能稱量的最大質量為m＝4.0kg.(3)所稱量物體的質量m＝eq\f(kx,g)，電壓表的示數(shù)為U＝eq\f(E,R＋R0＋r)·eq\f(R,L)x聯(lián)立可得U＝eq\f(ERg,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＋R0＋r))Lk)m，可知所稱量物體的質量m和電壓表的示數(shù)U的關系為線性關系．3．答案：(1)E1R2(2)最大60(3)180左解析：(1)為使該裝置實現(xiàn)對20～60℃之間隨意溫度的限制，滑動變阻器的最大阻值必定大于熱敏電阻的電阻改變，故R>110Ω滑動變阻器選用R2；又有繼電器電阻r＝60Ω電路中的電流I＝eq\f(E,r＋Rt＋R)，計算可知，若選用E2＝6V的電源，電路中的最小電流仍大于10mA，無法實現(xiàn)溫控功能，而E1＝3V的電源可以滿意試驗要求，故選用電源E1；(2)將滑動變阻器調整至最大起愛護作用，由題圖甲可知40℃時熱敏電阻對應阻值為60Ω，因此需將電阻箱阻值調到60Ω；(3)當恒溫箱內的溫度保持40℃，應調整滑動變阻器R的阻值，使電流達到10mA，由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,r＋Rt＋R)即R＝eq\f(E,I)－r－Rt＝180Ω，即滑動變阻器R的阻值應調整為180Ω；恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為35℃，熱敏電阻阻值變大，滑動變阻器R的阻值須變小，即向左移動滑動觸頭．4．答案：(1)2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)(2)AB(3)140ΩR2左解析：(1)從圖像上可以看出當照度為0.6lx時的電阻約為2.7kΩ(2.6kΩ～2.8kΩ)；(2)當天亮時，光敏電阻的阻值變小，所以回路中電流增大，則銜鐵被吸下來，此次觸片和下方接觸，此時燈泡應當熄滅，說明燈泡接在了AB上．(3)依據(jù)歐姆表的讀數(shù)規(guī)則，所以電阻值為R＝14×10Ω＝140Ω，回路中的電流為2mA時回路中須要的電阻Rx＝eq\f(E,I)＝eq\f(6,0.002)Ω＝3000Ω，所以選擇滑動變阻器R2比較合理．若要求天色漸暗照度降低至1.0lx時點亮路燈，則天色更暗時間敏電阻更大，要先保證回路中的電流2mA不變，則應減小滑動變阻器的阻值，即向左滑動滑動變阻器．5．答案：(1)見解析(2)ECA(3)偏大解析：(1)因滑動變阻器阻值均比較小，所以采納分壓接法，又由eq\f(RV,Rx)＝eq\f(5000,40)＝125>eq\f(Rx,RA)＝eq\f(40,2)＝20，采納電流表外接法，故試驗電路應為(2)滑動變阻器F的額定電流太小，所以滑動變阻器選擇E；依據(jù)表格，酒精氣體濃度為0.35mg/ml時氣敏電阻的阻值約為40Ω，電源電動勢為6V，電壓表選擇C；氣敏電阻的最大電流為I＝eq\f(5,40)A＝125mA，電流表選擇A；(3)電壓表滿偏時，依據(jù)閉合電路歐姆定律得Um＝eq\f(E,Rx＋R1＋r)Rx運用一段時間后，電源電動勢略微變小，內阻略微變大，調解R1后，電壓表仍舊能滿偏，因為電動勢變小，回路的總電阻變小，電表的刻度必需隨之變小才能精確測量，因為電表沒有隨著更改，所以酒精氣體濃度的測量值將偏大．6．答案：(1)乙(2)1.44×10－2(3)R252.5解析：(1)描繪熱敏電阻的伏安特性曲線，要求電壓從0起先調整，故選擇分壓電路乙．(2)設熱敏電阻兩端電壓為U、通過熱敏