試驗(yàn)十六利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)限制裝置1.某學(xué)校的科技小組在一次創(chuàng)新大賽中利用所學(xué)物理學(xué)問(wèn)設(shè)計(jì)了一種“闖紅燈違規(guī)記錄儀”，其工作原理如圖甲所示，當(dāng)光控開(kāi)關(guān)接收到某種顏色的光時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，車(chē)輛經(jīng)過(guò)的路面下的壓敏電阻受到車(chē)的壓力，其阻值隨壓力變更如圖乙所示，當(dāng)壓力變更引起電流變更達(dá)到確定值時(shí)，繼電器的銜鐵就被吸下，電路中的電控照相機(jī)就啟動(dòng)，記錄下違規(guī)車(chē)輛實(shí)況.光控開(kāi)關(guān)未受到該種光照耀就自動(dòng)斷開(kāi)，銜鐵不被吸引，工作電路中的指示燈發(fā)光.圖甲圖乙（1）要記錄車(chē)輛違規(guī)闖紅燈的情境，光控開(kāi)關(guān)應(yīng)在接收到紅（選填“紅”“綠”或“黃”）光時(shí)自動(dòng)閉合.（2）已知限制電路電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為2Ω，繼電器電阻為8Ω，當(dāng)限制電路中電流大于0.06A時(shí)，銜鐵會(huì)被吸引.則只有質(zhì)量超過(guò)400kg的車(chē)輛違規(guī)時(shí)才會(huì)被記錄.（重力加速度g取10m/s2）解析（1）因是闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器，故光控開(kāi)關(guān)應(yīng)在接收到紅光時(shí)自動(dòng)閉合.（2）由閉合電路歐姆定律可得I＝ER＋r＋R繼，解得R＝90Ω，再由R－F圖像可讀出當(dāng)R＝90Ω時(shí)F＝4000N，由G＝mg可求出m2.[液位報(bào)警器/2024山東青島調(diào)研檢測(cè)]液位報(bào)警器是一種用于監(jiān)測(cè)、維護(hù)和測(cè)量液面位置的傳感器，它會(huì)將感知到的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào).某試驗(yàn)小組通過(guò)探討熱敏電阻的特性制作了一個(gè)汽車(chē)低油位報(bào)警裝置，過(guò)程如下.圖甲圖乙（1）已知常溫下某熱敏電阻的阻值約為1.4kΩ，若用圖甲所示的多用電表測(cè)量該電阻的阻值，需將選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋×100（選填“×10”“×100”或“×1k”）位置.（2）設(shè)計(jì)圖乙電路探究該熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t變更的關(guān)系，開(kāi)關(guān)閉合前，滑片P應(yīng)位于滑動(dòng)變阻器最左端（選填“左”或“右”），已知定值電阻R0＝1.5kΩ，某次測(cè)量中電流表A1的示數(shù)為3.20mA，A2的示數(shù)為2.40mA，兩電流表均可視為志向電表，則此時(shí)熱敏電阻的阻值Rt＝2kΩ.圖丙圖?。?）該試驗(yàn)小組經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，繪出了Rt－t圖像如圖丙所示，圖丁是他們依據(jù)此熱敏電阻設(shè)計(jì)的汽車(chē)低油位報(bào)警器.其中電源的電動(dòng)勢(shì)E＝6.6V，定值電阻R＝1.5kΩ，長(zhǎng)為l＝60cm的熱敏電阻下端緊靠油箱底部，不計(jì)報(bào)警器和電源內(nèi)阻.已知流過(guò)報(bào)警器的電流I＞3.0mA時(shí)報(bào)警器起先報(bào)警，若測(cè)得報(bào)警器報(bào)警時(shí)油液（油液內(nèi)熱敏電阻）的溫度為15℃，油液外熱敏電阻溫度為50℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距離約為10.0（9.2～10.8均可）cm（結(jié)果保留1位小數(shù)）.（4）若保持油液的溫度為15℃，油液外熱敏電阻的溫度為50℃，隨著油箱中液面漸漸降低，依據(jù)（3）中測(cè)量方法，試驗(yàn)小組依據(jù)圖丙將電流表上“電流”刻度改為“液面距油箱底部的距離”刻度，改裝后表盤(pán)上的刻度是非勻整（選填“勻整”或“非勻整”）的.解析（1）多用電表在測(cè)電阻時(shí)，指針越接近中間位置，讀數(shù)越精確，又讀數(shù)＝刻度×倍率，待測(cè)電阻約為1.4kΩ，則應(yīng)選×100倍率的擋位.（2）滑動(dòng)變阻器以分壓式接入電路，則測(cè)量電路的電壓和電流應(yīng)從零起先變更，即開(kāi)關(guān)閉合前，滑片P應(yīng)置于最左端；依據(jù)并聯(lián)分流規(guī)律可得Rt＝I1I2R（3）設(shè)警戒液面到油箱底部的距離為h，依據(jù)題圖丙可知，溫度為15℃時(shí)，熱敏電阻的阻值約為Rt1＝1.7kΩ，溫度為50℃時(shí)，熱敏電阻的阻值約為Rt2＝0.5kΩ，依據(jù)閉合電路歐姆定律結(jié)合電阻定律可得Rt1lh＋Rt2l（l－h(huán)）＋R（4）依據(jù)（3）問(wèn)分析可知，改裝后表盤(pán)上的刻度是非勻整的.3.磁敏電阻是一種對(duì)磁敏感，具有磁阻效應(yīng)的電阻元件.磁敏電阻在磁場(chǎng)中阻值發(fā)生變更的現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng).某同學(xué)利用伏安法測(cè)量一磁敏電阻的阻值（幾千歐）隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變更關(guān)系.所用器材：電源E，滑動(dòng)變阻器R（最大阻值為20Ω），電壓表（內(nèi)阻約為3000Ω），毫安表（可視為志向電表），開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線(xiàn)若干.（1）在圖甲所給的器材符號(hào)之間畫(huà)出連線(xiàn)，組成測(cè)量電路圖.圖甲圖乙（2）試驗(yàn)時(shí)，將磁敏電阻置于待測(cè)磁場(chǎng)中，記錄不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的磁敏電阻阻值.若某次測(cè)量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為6.2V和2.8mA，則此時(shí)磁敏電阻的阻值為2.2kΩ（保留兩位有效數(shù)字）.（3）試驗(yàn)中得到的該磁敏電阻阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變更的曲線(xiàn)如圖乙所示.某次測(cè)量中，測(cè)得磁敏電阻的阻值為10.0kΩ，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.4×10－4T（保留兩位有效數(shù)字）.（4）太陽(yáng)風(fēng)是指從太陽(yáng)上層大氣射出的超聲速帶電粒子流，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)激烈爆發(fā)時(shí)，可能會(huì)給地球帶來(lái)無(wú)法預(yù)料的磁暴災(zāi)難.某同學(xué)利用試驗(yàn)中的磁敏電阻制作了一種搭載在人造衛(wèi)星上的探測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的報(bào)警器，其電路的一部分如圖丙所示.圖中E為直流電源（電動(dòng)勢(shì)為9.0V，內(nèi)阻可忽視），當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過(guò)3.0V時(shí)，便觸發(fā)報(bào)警器（圖中未畫(huà)出）報(bào)警.若要求起先報(bào)警時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為10－4T，則圖中R2（選填“R1”或“R2”）應(yīng)運(yùn)用磁敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為10kΩ（保留兩位有效數(shù)字）；假如要提高此裝置的靈敏度（即在磁感應(yīng)強(qiáng)度更小時(shí)就能觸發(fā)報(bào)警），應(yīng)當(dāng)減?。ㄟx填“增大”或“減小”）R1.解析（1）因毫安表可視為志向電表，則可以接受電流表內(nèi)接法；滑動(dòng)變阻器的總阻值為20Ω，待測(cè)磁敏電阻為幾千歐，屬于小電阻限制大電阻，則用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法便于操作和多測(cè)數(shù)據(jù).電路圖如圖所示.（2）依據(jù)部分電路的歐姆定律可得磁敏電阻的阻值為R＝UI＝6.2（3）依據(jù)R－B圖像可知，當(dāng)R＝10.0kΩ時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.4×10－4T.（4）依據(jù)閉合電路歐姆定律可得輸出電壓為U＝ER2R1＋R2，要求輸出電壓達(dá)到或超過(guò)3.0V時(shí)報(bào)警，即要求磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)（電阻的阻值增大），輸出電壓增大，故須要R2的阻值增大才能實(shí)現(xiàn)此功能，故R2為磁敏電阻；已知報(bào)警電壓為U＝3V，而B(niǎo)＝10－4T時(shí)，R2＝5kΩ，解得R1＝ER2U－R2＝10kΩ，在磁感應(yīng)強(qiáng)度更小時(shí)R2的阻值較小，依據(jù)串聯(lián)分壓原理可知應(yīng)將R1減小，從而讓R24.（1）利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度變更，反應(yīng)快，而且精確度高.①假如將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變?。ㄟx填“大”或“小”）.②上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能干脆顯示出熱敏電阻旁邊的溫度.假如刻度盤(pán)正中的溫度為20℃（如圖甲所示），則25℃的刻度應(yīng)在20℃的刻度的右（選填“左”或“右”）側(cè).③為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變更，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用圖中的器材（可增加元器件）設(shè)計(jì)一個(gè)電路.（2）圖丙為一測(cè)量硫化鎘光敏電阻特性的試驗(yàn)電路，電源電壓恒定，內(nèi)阻不計(jì)，開(kāi)關(guān)閉合后，調(diào)整滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡發(fā)光漸漸增加，測(cè)得流過(guò)電阻的電流和光強(qiáng)的關(guān)系圖線(xiàn)如圖丁所示，試依據(jù)這一特性，在圖戊中用筆畫(huà)線(xiàn)連接給定的器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)光控電路.解析（1）①因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值增大，故電路中電流會(huì)減小.②由①的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流，故在20℃的刻度的右側(cè).③電路如圖所示.（2）由光敏電阻的特性曲線(xiàn)可以看出，當(dāng)入射光增加時(shí)，流過(guò)光敏電阻的電流增大，光敏電阻的阻值減小.依據(jù)題意設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)光控電路，如圖所示.限制過(guò)程是：當(dāng)有光照時(shí)，放大器輸出一個(gè)較大的電流，驅(qū)動(dòng)電磁繼電器吸引銜鐵使兩個(gè)觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)無(wú)光照時(shí)，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個(gè)觸點(diǎn)閉合，工作電路接通，電燈起先工作.5.[蘋(píng)果自動(dòng)分揀裝置/2024重慶高二期末]如圖甲所示為蘋(píng)果自動(dòng)分揀裝置的示意圖.該裝置的托盤(pán)秤壓在以O(shè)1為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的杠桿上，杠桿左端壓在壓敏電阻R上，R的阻值隨壓力變更的曲線(xiàn)如圖乙所示.當(dāng)質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)（0.15kg）的蘋(píng)果經(jīng)過(guò)托盤(pán)秤時(shí)，杠桿對(duì)R的壓力為2N，調(diào)整可調(diào)電阻R0，使它兩端電壓恰好能使放大電路中的電磁鐵吸動(dòng)分揀開(kāi)關(guān)的銜鐵，此電壓叫作放大電路的激勵(lì)電壓.放大電路中有保持電路，能夠確保蘋(píng)果在銜鐵上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁鐵始終保持該蘋(píng)果在經(jīng)過(guò)托盤(pán)秤時(shí)的狀態(tài).圖甲圖乙（1）當(dāng)較大的蘋(píng)果通過(guò)托盤(pán)秤時(shí)，R所受的壓力較大，則電阻較?。ㄟx填“較大”或“較小”）.（2）自動(dòng)分揀裝置正常工作時(shí)，大于0.15kg的蘋(píng)果通過(guò)通道B（選填“通道A”或“通道B”）.（3）若電源電動(dòng)勢(shì)為5V，內(nèi)阻不計(jì)，激勵(lì)電壓為2V.①為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值應(yīng)等于16kΩ（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.②某同學(xué)想利用一塊電壓表測(cè)出每個(gè)蘋(píng)果的質(zhì)量，電壓表的示數(shù)隨蘋(píng)果質(zhì)量的增大而增大，則電壓表應(yīng)當(dāng)并聯(lián)在電阻R0（選填“R”“R0”或“電源”）兩端.③已知壓敏電阻受到的壓力與蘋(píng)果的質(zhì)量成正比.若要將分揀標(biāo)準(zhǔn)提高到0.33kg，僅將R0的阻值調(diào)為12kΩ即可實(shí)現(xiàn)（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.解析（1）由題圖乙可知當(dāng)較大的蘋(píng)果通過(guò)托盤(pán)秤時(shí)，R所受的壓力較大，電阻較小.（2）大于0.15kg的蘋(píng)果通過(guò)托盤(pán)秤時(shí)，R0兩端的電壓達(dá)到放大電路的激勵(lì)電壓，使放大電路中的電磁鐵吸動(dòng)分揀開(kāi)關(guān)的銜鐵，大蘋(píng)果進(jìn)入下面的通道B.（3）①杠桿對(duì)R的壓力為2N時(shí)R阻值為24kΩ，為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值需滿(mǎn)意RR0＝（5－2②隨著蘋(píng)果質(zhì)量增大，R阻值減小，分壓減小，電源電動(dòng)勢(shì)不變，R0分壓增大，為了滿(mǎn)意電壓表的示數(shù)隨蘋(píng)果質(zhì)量的增大而增大，須要將電壓表并聯(lián)在R0兩端.③依據(jù)m1m2＝F1F2可知分揀標(biāo)準(zhǔn)到0.33kg時(shí)，壓力為4.4N，此時(shí)R的阻值為18kΩ，依據(jù)①中分析知6.[酒精檢測(cè)儀]交警在某次攔截進(jìn)行例行檢查過(guò)程中，用酒精檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示駕駛?cè)诵⊥躐{駛小型轎車(chē)，酒精含量為48mg/100mL，屬于“酒駕”；而另一位小李駕駛二輪摩托車(chē)，酒精含量為110mg/100mL，屬于“醉駕”.現(xiàn)代社會(huì)，喝酒不開(kāi)車(chē)已經(jīng)成為基本行為準(zhǔn)則.某款酒精檢測(cè)儀如圖甲所示，核心部件為酒精氣體傳感器，其電阻R與酒精氣體濃度c的關(guān)系如圖乙所示.某同學(xué)想利用該酒精氣體傳感器設(shè)計(jì)一款酒精檢測(cè)儀，除酒精氣體傳感器外，在試驗(yàn)室中找到了如下器材.A.蓄電池（電動(dòng)勢(shì)E＝2V，內(nèi)阻r＝0.6Ω）；B.表頭G（滿(mǎn)偏電流6.0mA，內(nèi)阻未知）；C.電流表A（滿(mǎn)偏電流10mA，內(nèi)阻未知）；D.電阻箱R1（最大阻值999.9Ω）；E.電阻箱R2（最大阻值999.9Ω）；F.開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線(xiàn)若干.圖甲圖乙（1）該同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電路如圖丙所示，為將表頭G的量程擴(kuò)大為原來(lái)的10倍，他進(jìn)行了如下操作：先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1、S2、S3，將R1、R2調(diào)到最大值.合上開(kāi)關(guān)S1，將S3撥到2處，調(diào)整R2，使表頭G滿(mǎn)偏，電流表A示數(shù)為I.此時(shí)合上開(kāi)關(guān)S2，調(diào)整R1和R2，當(dāng)電流表A示數(shù)仍為I時(shí)，表頭G示數(shù)如圖丁所示，此時(shí)R1為108.0Ω，則改裝電表時(shí)應(yīng)將R1調(diào)為6.0Ω，改裝結(jié)束后斷開(kāi)全部開(kāi)關(guān).圖丙圖?。?）該同學(xué)若將圖中開(kāi)關(guān)S1、S2合上，而將S3撥到1處，電阻箱R2的阻值調(diào)為14.0Ω，酒精氣體濃度為零時(shí)，表頭G的讀數(shù)為2.0mA.（3）完成步驟（2）后，某次在試驗(yàn)室中測(cè)試酒精含量時(shí)，表頭指針指向5.0mA.已知酒精含量在0.2～0.8mg/mL之間屬于“酒駕”；酒精含量達(dá)到或超過(guò)0.8mg/mL屬于“醉駕”，則該次測(cè)試的酒精含量屬于醉駕（選填“酒駕”或“醉駕”）.（4）運(yùn)用較長(zhǎng)時(shí)間后，蓄電池電動(dòng)勢(shì)降低，內(nèi)阻增大，可調(diào)整R2（選填“R1”或“R2”），則此時(shí)所測(cè)的酒精氣體濃度仍為精確值.解析（1）合上開(kāi)關(guān)S1，將S3撥到2處，調(diào)整R2，使表頭G滿(mǎn)偏，電流表A示數(shù)為I.則表頭G與電流表A串聯(lián)，可知I＝Ig＝6.0mA.合上開(kāi)關(guān)S2，調(diào)整R1和R2，當(dāng)電流表A示數(shù)仍為I時(shí)，表頭G與R1并聯(lián)，由題圖丁可知表頭G的示數(shù)I'＝4mA，則R1中的電流I1＝I－I'＝2mA，由I'Rg＝I1R1，解得表頭G的內(nèi)阻Rg＝12R1＝54.0Ω.將表頭G的量程擴(kuò)大為原來(lái)的10倍，則與表頭G并聯(lián)的電阻R1中的電流為