第4講實(shí)驗(yàn):利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制裝置1.(2023浙江杭州模擬)在“利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制”實(shí)驗(yàn)中,簡單的門窗磁控防盜報(bào)警裝置示意圖如圖甲所示。門的上沿嵌入一小塊永磁體M,門框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管SA,并將干簧管接入報(bào)警電路。(1)如圖乙所示,干簧管SA作為傳感器,用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在,繼電器(虛線方框部分)作為執(zhí)行裝置,發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示,蜂鳴器H作為報(bào)警提醒。電路中P點(diǎn)應(yīng)接直流電源的(選填“正極”或“負(fù)極”)。

(2)連接好電路,閉合開關(guān)S,接通電源,將磁體M靠近和離開干簧管,分別觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。比較項(xiàng)磁體M靠近干簧管磁體M離開干簧管實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

2.(2024四川模擬)(1)一光敏電阻(圖乙中RL)的阻值隨照度變化的圖像如圖甲所示,由圖像可知,該光敏電阻的阻值隨照度的增加做(選填“線性”或“非線性”)變化。

(2)某同學(xué)利用該光敏電阻設(shè)計(jì)了圖乙所示光控電路控制三盞路燈,圖中交流電源電壓為220V,三盞路燈規(guī)格相同,均為“110V110W”。他進(jìn)行了如下操作:①閉合干路開關(guān),將雙擲開關(guān)置于b處,將R2調(diào)至1200Ω。②滑動(dòng)R1的滑片,使三盞路燈正常發(fā)光。③將雙擲開關(guān)置于a處。則當(dāng)照度低到1.0lx(lx為照度的單位)時(shí),路燈會(huì)正常發(fā)光。若有“50Ω5A”及“5kΩ1A”兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇,則圖中R1應(yīng)選擇規(guī)格。安裝該電路時(shí),光敏電阻RL應(yīng)(選填“遠(yuǎn)離”或“靠近”)路燈。

(3)圖乙所示光控電路的缺點(diǎn)較多,從節(jié)能和實(shí)際操作的角度分析均有不足,通過你的觀察,請(qǐng)指出一種不足:(寫出一條即可)。

3.(2024廣東清遠(yuǎn)?？寄M)傳感器在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。一個(gè)測(cè)量溫度的傳感器設(shè)計(jì)電路如圖甲所示,要求從溫度t=0℃時(shí)開始測(cè)量,并能從表盤上直接讀出溫度值(電流表滿偏時(shí)指針?biāo)缚潭葹?℃)。其中R1是保護(hù)電阻,R2是調(diào)零電阻(總電阻100Ω),理想電流表量程為0~6mA,電源電動(dòng)勢(shì)E=3V(內(nèi)阻不計(jì)),金屬熱電阻的阻值R與溫度t的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖乙所示。(1)現(xiàn)有三種規(guī)格的保護(hù)電阻,R1應(yīng)選擇。

A.30ΩB.300ΩC.420Ω(2)選取、安裝好保護(hù)電阻后,要對(duì)溫度傳感器進(jìn)行調(diào)零,調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為Ω。

(3)現(xiàn)對(duì)表盤進(jìn)行重新賦值,原3mA刻度線應(yīng)標(biāo)注℃。

(4)由于電池老化,電動(dòng)勢(shì)降為2.8V,傳感器溫度讀數(shù)會(huì)出現(xiàn)偏差。如果某次使用時(shí),先調(diào)零、后測(cè)量,讀出t=240℃,此時(shí)電流大小為mA,實(shí)際溫度為℃。(結(jié)果保留1位小數(shù))

4.(2023廣東廣州模擬)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像如圖甲所示,用此熱敏電阻和繼電器組成的一簡易溫控開關(guān)如圖乙所示,繼電器的電阻為60Ω。當(dāng)繼電器電流超過10mA時(shí),銜鐵吸合,加熱器停止加熱,實(shí)現(xiàn)溫控。為繼電器線圈供電的電池E的內(nèi)阻不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。甲乙(1)提供以下實(shí)驗(yàn)器材:電源E1(3V),電源E2(6V),滑動(dòng)變阻器R1(0~20Ω),滑動(dòng)變阻器R2(0~220Ω),為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)20~60℃之間任意溫度的控制,電源應(yīng)選(選填“E1”或“E2”);滑動(dòng)變阻器應(yīng)選(選填“R1”或“R2”)。

(2)為了實(shí)現(xiàn)恒溫箱系統(tǒng)保持溫度為40℃,實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行了以下操作:①斷開開關(guān),滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)至(選填“最大”或“最小”),需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值Ω;

②將單刀雙擲開關(guān)向c端閉合;③緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值觀察到繼電器的銜鐵恰好被吸合;④保持滑動(dòng)變阻器的位置不變,將單刀雙擲開關(guān)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(dòng)變阻器調(diào)節(jié)到Ω;若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為35℃,則滑動(dòng)變阻器正常工作時(shí)須向(選填“左”或“右”)移動(dòng)滑片。

5.(2024廣東深圳模擬)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器是一種常用的傳感器,其阻值會(huì)隨壓力變化而改變。某實(shí)驗(yàn)小組想測(cè)量某一薄膜壓力傳感器在不同壓力下的阻值RN,其最大阻值約幾十千歐,現(xiàn)有以下器材:壓力傳感器;電源:電動(dòng)勢(shì)6V,內(nèi)阻不計(jì);電流表A:量程0~250μA,內(nèi)阻約為50Ω;電壓表V:量程0~3V,內(nèi)阻約為20kΩ;滑動(dòng)變阻器R1:阻值范圍0~100Ω;滑動(dòng)變阻器R2:阻值范圍0~20kΩ;開關(guān)S;導(dǎo)線若干(1)為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性,應(yīng)該選以下電路圖進(jìn)行測(cè)量,其中,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選(填元器件符號(hào)),使用該電路得到的測(cè)量值(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值;

(2)通過多次實(shí)驗(yàn)測(cè)得其阻值RN隨壓力F變化的關(guān)系圖像如圖甲所示,該學(xué)習(xí)小組利用該壓力傳感器設(shè)計(jì)了如圖乙所示的自動(dòng)分揀裝置,可以將質(zhì)量大于0.5kg的物體和小于0.5kg的物體進(jìn)行分揀,圖中RN為壓力傳感器,R'為滑動(dòng)變阻器,電源電動(dòng)勢(shì)為6V(內(nèi)阻不計(jì))。分揀時(shí)質(zhì)量不同的物體通過傳送帶運(yùn)送到托盤上,OB為一個(gè)可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿,下端有彈簧,當(dāng)控制電路兩端電壓≥2V時(shí),杠桿OB水平,物體水平進(jìn)入通道1;當(dāng)控制電路兩端電壓<2V時(shí),控制電路控制杠桿的B端下移,物體下滑進(jìn)入通道2,從而實(shí)現(xiàn)分揀功能。根據(jù)以上原理可知,R'接入電路的阻值為kΩ(重力加速度大小取10m/s2,結(jié)果保留2位有效數(shù)字),質(zhì)量為0.4kg的物體將進(jìn)入(選填“通道1”或“通道2”)。

甲乙

參考答案第4講實(shí)驗(yàn):利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制裝置1.答案(1)正極(2)二極管發(fā)光蜂鳴器發(fā)聲解析(1)由于二極管具有單向?qū)щ娦?故電路中P點(diǎn)應(yīng)接直流電源的正極。(2)磁體M靠近干簧管,干簧管兩片簧片被磁化相吸,繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)接通,發(fā)光二極管發(fā)光;磁體M離開干簧管,干簧管斷開,繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)接通,蜂鳴器發(fā)聲。2.答案(1)非線性(2)“50Ω5A”遠(yuǎn)離(3)見解析解析(1)由圖甲可知,該光敏電阻的阻值隨照度的增加而非均勻減小,即做非線性變化。(2)路燈正常發(fā)光時(shí),流經(jīng)路燈的電流為I=PU=110110A=1A,則電路正常工作時(shí)干路電流大于3A,又因?yàn)殡娐氛９ぷ鲿r(shí),R1兩端電壓為110V,則R1的接入電阻R1<5A”的滑動(dòng)變阻器方便調(diào)節(jié);光敏電阻靠近路燈,容易受到路燈燈光的影響,導(dǎo)致照度增大而使路燈停止工作,停止工作后照度減小,路燈又開始工作,使得路燈時(shí)亮?xí)r暗,不能達(dá)到使用要求。所以安裝該電路時(shí),光敏電阻RL應(yīng)遠(yuǎn)離路燈。(3)如果干路開關(guān)常閉,則白天黑夜均消耗電能,如果利用人工在白天斷開干路開關(guān),又無法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。3.答案(1)C(2)40(3)600(4)4.3221.4解析(1)因?yàn)殡娏鞅淼牧砍虨?~6mA,由歐姆定律可得,電路中的總電阻至少為R總=EIg由于調(diào)零電阻R2最大為100Ω,由圖乙可知,金屬熱電阻在t=0℃的電阻阻值為40Ω,故R1的阻值的最小值為R1min=360Ω故選C。(2)根據(jù)題意可知,當(dāng)金屬熱電阻的溫度為0℃時(shí),電流表滿偏,此時(shí)電路中的電阻為R1+R2+R=500Ω結(jié)合(1)分析解得R2=40Ω即調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為40Ω。(3)根據(jù)題意,由閉合回路歐姆定律可知,當(dāng)電流表示數(shù)為3mA時(shí),金屬熱電阻的阻值為R=EI-R1-R2=由圖乙可得,金屬熱電阻R與溫度t的關(guān)系式為R=56t+解得t=600℃。(4)根據(jù)題意可知,先調(diào)零,則電路總電阻為R總'=E'Ig則調(diào)零電阻R2接入電路的電阻R2'=R總'-R1-R0=6.7Ω根據(jù)R與t之間的關(guān)系式R=56t+可知,當(dāng)t=240℃時(shí)R=240Ω電池老化前,可得t=240℃對(duì)應(yīng)的電流I1=ER總≈4即此時(shí)電路中電流為4.3mA。因?yàn)殡姵乩匣?電動(dòng)勢(shì)E=2.8V,電路中實(shí)際總電阻為R總實(shí)=E'I1≈651則R的實(shí)際阻值R實(shí)=224.5Ω由R與t之間的關(guān)系式可得t≈221.4℃。4.答案(1)E1R2(2)最大60(3)180左解析(1)為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)20~60℃之間任意溫度的控制,滑動(dòng)變阻器的最大阻值必定大于熱敏電阻的電阻變化,故R>110Ω,滑動(dòng)變阻器選用R2;又有繼電器電阻r=60Ω,電路中的電流I=Er+Rt+R,計(jì)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(shí)現(xiàn)溫控功能,而E1=3V(2)將滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)至最大,起保護(hù)作用,由圖甲可知40℃時(shí)熱敏電阻對(duì)應(yīng)阻值為60Ω,因此需將電阻箱阻值調(diào)到60Ω。(3)當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度保持40℃,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值,使電流達(dá)到10mA,由閉合電路歐姆定律得I=Er+Rt+R,即R=EI-r-Rt=180Ω,即滑動(dòng)變阻器R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為180Ω;恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為35℃,5.答案(1)CR1大于(2)9.0通道2解析(1)滑動(dòng)變阻器便于調(diào)節(jié),故選擇R1,題中待測(cè)電阻是大電阻,且其電阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器最大阻值,故