【高考物理】2026高考導(dǎo)與練總復(fù)習(xí)物理一輪（基礎(chǔ)版）第十三章第5講實(shí)驗(yàn)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置含答案第5講實(shí)驗(yàn):利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置一、實(shí)驗(yàn)原理1.傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。2.工作過程二、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。三、實(shí)驗(yàn)操作及步驟1.研究熱敏電阻的熱敏特性(1)將熱敏電阻放入燒杯中的水中,測(cè)量水溫和熱敏電阻的阻值(如圖甲所示)。(2)準(zhǔn)備好記錄電阻與溫度關(guān)系的表格(如下表)。次數(shù)123456溫度/℃電阻/Ω(3)改變水的溫度,多次測(cè)量水的溫度和熱敏電阻的阻值,記錄在表格中,把記錄的數(shù)據(jù)畫在R-t圖中,得到圖像如圖乙所示。2.研究光敏電阻的光敏特性(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖所示電路連接好,其中多用電表置于“×100”擋。(2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù)。(3)打開電源,讓小燈泡發(fā)光,調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的變化情況,并記錄。(4)測(cè)出用手掌(或黑紙)遮光時(shí)的電阻值,并記錄。把記錄的結(jié)果填入下表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射阻值/Ω結(jié)論:光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化,光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小,光照減弱時(shí)電阻變大。四、誤差分析1.溫度計(jì)讀數(shù)帶來誤差。2.多用電表讀數(shù)帶來誤差。3.作R-t圖像時(shí)不規(guī)范造成誤差。五、注意事項(xiàng)1.在研究熱敏電阻的熱敏特性實(shí)驗(yàn)時(shí),加開水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時(shí)讀出水溫。2.在研究光敏電阻的光敏特性實(shí)驗(yàn)時(shí),如果效果不明顯,可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。3.多用電表每次換擋后都要重新歐姆調(diào)零。考點(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[例1]【溫度傳感器】(2024·四川成都三模)在2022北京冬奧會(huì)室內(nèi)賽場(chǎng)利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控賽場(chǎng)溫度,溫度傳感器的主要部件通常是熱敏電阻,某科技小組用一個(gè)熱敏電阻,設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的“過熱自動(dòng)報(bào)警電路”。(1)科技小組采用圖甲的電路探究熱敏電阻與溫度間的關(guān)系。將熱敏電阻置于溫度控制室中,記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù),計(jì)算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測(cè)量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為1.43V和26mA,則此時(shí)熱敏電阻的阻值為Ω(結(jié)果保留1位小數(shù))。這種方法測(cè)量的熱敏電阻的阻值比真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”)。通過多次實(shí)驗(yàn)描繪出熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如圖乙所示。

(2)該科技小組設(shè)計(jì)的“過熱自動(dòng)報(bào)警電路”如圖丙所示,電源U1的電動(dòng)勢(shì)E=1.5V,電源內(nèi)阻可忽略,繼電器線圈用漆包線繞成,阻值R0=17Ω。將熱敏電阻Rt安裝在需要探測(cè)溫度的地方,當(dāng)線圈中的電流大于或等于50mA時(shí),繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴響起,同時(shí)指示燈熄滅。則圖丙中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱(選填“A”或“B”)相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱(選填“A”或“B”)相連;當(dāng)環(huán)境溫度超過℃時(shí),警鈴響起報(bào)警;若電源有一定的內(nèi)阻,則警鈴報(bào)警時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度將(選填“升高”“降低”或“不變”)。

【答案】(1)55.0偏小(2)BA10升高【解析】(1)由R=UI,得熱敏電阻的阻值為R=55.0Ω;由于測(cè)得的電流包含電壓表的電流,故電流偏大,(2)當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值,繼電器的下觸點(diǎn)接觸,上觸點(diǎn)分離,警鈴響,所以警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。當(dāng)線圈中的電流大于或等于50mA時(shí),繼電器的銜鐵將被吸合,由閉合電路的歐姆定律有E=I(R0+Rt),得Rt=EI-R0=13Ω,由題圖乙可得,此時(shí)的環(huán)境溫度約為10℃。若電源有一定的內(nèi)阻,由于總電阻不變,繼電器的銜鐵吸合時(shí),熱敏電阻的電阻將減小,[例2]【光電傳感器】(2024·江蘇模擬)智能化育苗蔬菜基地對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格,其中包括對(duì)光照強(qiáng)度的調(diào)控,光照強(qiáng)度簡(jiǎn)稱照度I,反映光照的強(qiáng)弱,光越強(qiáng),照度越大,單位為勒克斯(lx)。為了控制照度,科技人員設(shè)計(jì)了圖甲所示的智能光控電路。(1)智能光控電路的核心元件是光敏電阻R,某同學(xué)用如圖乙所示電路,測(cè)量光敏電阻在不同照度時(shí)的阻值,實(shí)驗(yàn)所用器材:電源E1(9V)、滑動(dòng)變阻器R4(最大阻值為20Ω),電壓表(量程為0～3V,內(nèi)阻為3kΩ)和毫安表(量程為0～3mA,內(nèi)阻不計(jì)),定值電阻R0=6kΩ、開關(guān)、導(dǎo)線若干。則在閉合電路開關(guān)前應(yīng)該把滑動(dòng)變阻器的滑片移到最(選填“左”或“右”)端。

(2)某次測(cè)量時(shí)電壓表的示數(shù)如圖丙所示,其讀數(shù)為V,電流表讀數(shù)為1.5mA,此時(shí)光敏電阻的阻值為kΩ。

(3)通過測(cè)量得到6組數(shù)據(jù)如下表,請(qǐng)?jiān)趫D丁中作出阻值R隨照度I變化的圖像,由圖可判斷光敏電阻的阻值與照度(選填“滿足”或“不滿足”)反比例函數(shù)關(guān)系。

照度I/klx2.04.06.08.010.012.0電阻R/kΩ7.54.02.82.32.01.8(4)該同學(xué)用上述光敏電阻接入圖甲所示的電路,其中電源電動(dòng)勢(shì)E=6.0V,內(nèi)阻忽略不計(jì),電阻R1=100Ω,電阻箱R2的阻值調(diào)節(jié)范圍是0～9999.9Ω,光敏電阻R的電壓U增加到2.0V時(shí)光照系統(tǒng)開始工作,為了使照度降低到4klx時(shí),自動(dòng)控制系統(tǒng)開始補(bǔ)光,R2的阻值應(yīng)該調(diào)節(jié)為kΩ。

(5)要加快蔬菜的生長(zhǎng),適度提高光照時(shí)間,可調(diào)節(jié)的方法是。

【答案】(1)左(2)1.803.6(3)圖見解析不滿足(4)7.9(5)減小R2【解析】(1)為了保證電路的安全應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑到最左端,從而使光敏電阻兩端的電壓為零。(2)由題圖丙可知電壓表的量程為0～3V,最小刻度為0.1V,電壓表的讀數(shù)為1.80V;根據(jù)串聯(lián)電路電壓與電阻成正比的關(guān)系,光敏電阻兩端的電壓為1.80V3kΩ×(3kΩ+6kΩ)=5.40V,電流表讀數(shù)為1.5mA,故此時(shí)光敏電阻的阻值為R=5.401.5×(3)如圖所示。根據(jù)圖像可知縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的乘積不是一個(gè)常數(shù),所以光敏電阻的阻值R與照度不滿足反比例函數(shù)關(guān)系。(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律I=ER+R1+R2,根據(jù)圖像可知,在照度降低到4klx時(shí),對(duì)應(yīng)的阻值為R=4kΩ,又有U=IR,其中U=2.0V,聯(lián)立可得R2(5)減小R2的阻值,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,總電流變大,R兩端的電壓變大,從而導(dǎo)致自動(dòng)控制系統(tǒng)正常工作時(shí)的最小照度高于4klx,可加快蔬菜的生長(zhǎng)?？键c(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[例3]【實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新】(2024·安徽聯(lián)考)如圖甲為一利用光敏電阻測(cè)量?jī)?chǔ)液罐中液面高度的裝置的示意圖。當(dāng)罐中裝滿液體時(shí),液面與出液口高度差為h,罐外有一豎直放置的管,管內(nèi)一側(cè)有沿豎直線排列的多個(gè)光敏電阻,另一側(cè)有一列光強(qiáng)穩(wěn)定的光源。液面上一浮塊與一塊遮光板通過定滑輪相連,遮光板可隨浮塊的升降在管內(nèi)上下運(yùn)動(dòng),光敏電阻的總長(zhǎng)度和遮光板的總長(zhǎng)度都為h。當(dāng)儲(chǔ)液罐內(nèi)裝滿液體時(shí),遮光板的上沿與最下面的光敏電阻的下邊緣等高。管內(nèi)的光均勻地照射在光敏電阻上,光敏電阻和儀表相連?，F(xiàn)要求設(shè)計(jì)一電路以利用上述裝置測(cè)量液面的高度。為將問題簡(jiǎn)化,假設(shè)管內(nèi)只有3個(gè)光敏電阻R1、R2、R3,分別位于管的上端、下端和中央;它們的暗電阻均為R=10kΩ,被管內(nèi)光源照亮?xí)r電阻均為R′=1.0kΩ。給定的儀器還有:直流電源E(電動(dòng)勢(shì)為9V,電阻不計(jì)),3個(gè)定值電阻,阻值分別為R4=2.5kΩ,R5=1.8kΩ,R6=1.5kΩ;電壓表V(量程為0～3V,內(nèi)阻可視為無窮大),開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干。要求:當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時(shí),電壓表恰好為滿量程。(1)如圖乙為某次電壓表的示數(shù),其大小為V。

(2)選擇合適的定值電阻,在虛線框內(nèi)畫出電路圖,并用題中給定的符號(hào)標(biāo)明圖中各元件。(3)液面與出液口等高時(shí)電壓表的示數(shù)為V。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(4)若管內(nèi)的光強(qiáng)變暗,使得光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2kΩ,則定值電阻的阻值應(yīng)變?yōu)閗Ω,便可達(dá)到題目要求。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

【答案】(1)1.40(2)圖見解析(3)0.43(4)1.8【解析】(1)電壓表量程為0～3V,每小格表示0.1V,指針示數(shù)為1.40V。(2)當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時(shí),3個(gè)光敏電阻均受到光照射,電阻均為1.0kΩ,可把三個(gè)光敏電阻串聯(lián)后再與定值電阻Rx串聯(lián),接在直流電源兩端,把電壓表接在定值電阻兩端,則有Rx3R'+Rx=U'E,得Rx=1.5kΩ,故Rx為電阻R6(3)當(dāng)液面與出液口等高時(shí),光源完全被遮光板遮住,此時(shí)三個(gè)光敏電阻的阻值均為10kΩ,則電壓表的示數(shù)為U=E3R+R6·R6≈0(4)若光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2kΩ,為使電壓表滿量程,則定值電阻的阻值變?yōu)镽x′,Rx′滿足3V=ER解得Rx′=1.8kΩ。[例4]【實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新】(2024·河南聯(lián)考)某同學(xué)制作恒溫室,室溫保持在45℃左右。他設(shè)計(jì)了如圖所示的控溫裝置,通過電磁繼電器的電流達(dá)到一定值時(shí),電磁繼電器將把銜鐵吸下,觸點(diǎn)C、D斷開,結(jié)合水銀溫度計(jì)可以控制室溫。(1)為實(shí)現(xiàn)溫度高于45℃時(shí)電熱絲停止加熱,溫度低于45℃時(shí)電熱絲開始加熱,請(qǐng)連接電路圖。(2)E1內(nèi)阻不計(jì),當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)至最左端,E1=6V時(shí),電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)達(dá)到45℃,電磁繼電器達(dá)到工作電流值;當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)至R=20Ω,E1′=8V時(shí),電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)達(dá)到45℃,電磁繼電器達(dá)到工作電流值,則水銀溫度計(jì)達(dá)到45℃時(shí)的等效電阻為Ω。

(3)當(dāng)電源E2=24V、內(nèi)阻r2=2Ω時(shí),為使電熱絲的發(fā)熱功率最大,應(yīng)將電熱絲的阻值調(diào)至Ω,最大功率為W。

【答案】(1)圖見解析(2)60(3)272【解析】(1)要求溫度高于45℃時(shí)電熱絲停止加熱,溫度低于45℃時(shí)電熱絲開始加熱,所以電磁鐵與溫度計(jì)連接。溫度高于45℃時(shí),溫度計(jì)E、F與A、B接通,電磁鐵將銜鐵吸下,電熱絲所在的電路立刻斷開,停止加熱;當(dāng)溫度低于45℃時(shí),溫度計(jì)液面下降,控制電路斷開,電磁鐵失去磁性,銜鐵被松開,C、D觸點(diǎn)會(huì)接觸,加熱電路會(huì)接通,電熱絲加熱。電路圖如圖。(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)至最左端時(shí),接入電路的電阻為零,此時(shí)電路中只有水銀溫度計(jì)達(dá)到45℃時(shí)的等效電阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,此時(shí)電路中的電流為I=E1R等=6VR等;當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)至R=20Ω,E1′=8V時(shí),電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)達(dá)到45℃時(shí),根據(jù)歐姆定律可知,此時(shí)電路中的電流為I=E1'R等+R(3)當(dāng)電源E2=24V、內(nèi)阻r2=2Ω時(shí),根據(jù)當(dāng)外電阻與電源內(nèi)阻相等時(shí),電源輸出功率最大,可知當(dāng)電熱絲的電阻R=r2=2Ω時(shí)電熱絲的功率最大,最大功率為Pm=E224r2=242[例5]【實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)新】(2025·廣東汕頭模擬)現(xiàn)要組裝一個(gè)酒精測(cè)試儀,它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器。此傳感器的電阻Rx隨酒精氣體濃度的變化而變化,規(guī)律如圖甲所示,酒精測(cè)試儀的調(diào)試電路如圖乙所示。2024年的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是“0.2mg/mL≤酒精氣體濃度<0.8mg/mL”,醉駕標(biāo)準(zhǔn)是“酒精氣體濃度≥0.8mg/mL”。提供的器材有:A.二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器RxB.直流電源(電動(dòng)勢(shì)為4V,內(nèi)阻不計(jì))C.電壓表(量程為3V,內(nèi)阻非常大)D.電阻箱(最大阻值為999.9Ω)E.定值電阻R1(阻值為50Ω)F.定值電阻R2(阻值為10Ω)G.單刀雙擲開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干(1)為使電壓表改裝成酒精濃度測(cè)試表以判斷是否酒駕,R應(yīng)選用定值電阻(選填“R1”或“R2”)。

(2)按照下列步驟調(diào)節(jié)此測(cè)試儀:①電路接通前,先將電阻箱調(diào)為30.0Ω,然后開關(guān)向(選填“a”或“b”)端閉合,將電壓表此時(shí)指針對(duì)應(yīng)的刻度線標(biāo)記為mg/mL。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

②逐步減小電阻箱的阻值,電壓表的示數(shù)不斷(選填“變大”或“變小”)。按照?qǐng)D甲數(shù)據(jù)將電壓表上“電壓”刻度線標(biāo)為對(duì)應(yīng)的“酒精濃度”。

③將開關(guān)向另一端閉合,測(cè)試儀即可正常使用。(3)在電壓表刻度線上標(biāo)注一段紅色的長(zhǎng)度以提醒酒駕的讀數(shù)范圍,該長(zhǎng)度與電壓表總刻度線長(zhǎng)度的比例為1∶。

【答案】(1)R2(2)①b0.20②變大(3)3【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端,由歐姆定律可得,定值電阻兩端的電壓UR=ERRx+R,由題圖甲可知10Ω≤Rx≤70Ω,電動(dòng)勢(shì)為4V,電壓表量程為3V,得URmax=4R10+R≤3V,可得R≤(2)①本實(shí)驗(yàn)采用替代法,用電阻箱的阻值替代傳感器的電阻Rx,故應(yīng)先將電阻箱調(diào)到30.0Ω,結(jié)合電路圖,開關(guān)應(yīng)向b端閉合;由題圖甲可知Rx=30Ω時(shí),酒精氣體濃度為0.20mg/mL。②逐步減小電阻箱的阻值,根據(jù)串聯(lián)電路電阻兩端電壓與電阻關(guān)系可知,定值電阻上的分壓變大,電壓表的示數(shù)不斷變大。(3)根據(jù)電路分壓原理,酒精濃度為0.20mg/mL時(shí)傳感器電阻為30Ω,此時(shí)電壓表示數(shù)為U1=R2R2+RxE=1010+30×4V=1V,酒精濃度為0.80mg/mL時(shí)傳感器電阻為10Ω,此時(shí)電壓表示數(shù)為U2=R2R2+Rx'E=1010+10×4V=2V,故電壓表示數(shù)(滿分:60分)1.(10分)某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性,現(xiàn)有器材:直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測(cè)熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等。(1)若用上述器材測(cè)量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性,請(qǐng)?jiān)趫D甲中的實(shí)物圖上連線。(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:①正確連接電路,在保溫容器中注入適量冷水,接通電源,調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值。②在保溫容器中添加少量熱水,待溫度穩(wěn)定后,閉合開關(guān)、,斷開開關(guān)。

③重復(fù)第②步操作若干次,測(cè)得多組數(shù)據(jù)。(3)實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值,并據(jù)此繪得R-t關(guān)系圖線如圖乙所示,請(qǐng)根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R-t關(guān)系式:R=+t(Ω)。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

【答案】(1)圖見解析(2)②記下電壓表示數(shù)記下溫度計(jì)的示數(shù)(3)1000.405【解析】(1)電壓表應(yīng)與熱敏電阻并聯(lián),連線圖如圖所示。(2)由實(shí)驗(yàn)原理可知,實(shí)驗(yàn)中要描繪電壓和溫度間的關(guān)系,故實(shí)驗(yàn)的主要步驟應(yīng)是記下電壓表和溫度計(jì)的示數(shù)。(3)根據(jù)R-t關(guān)系圖線和一次函數(shù)概念,應(yīng)寫成R=kt+R0的形式,從圖像可知R0=100,k=ΔRΔt≈0.405,所以該熱敏電阻的R-t關(guān)系式應(yīng)為R=100+0.405t2.(10分)(2024·廣東深圳期末)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)聲、光燈光控制系統(tǒng)。聲、光控制開關(guān)需要同時(shí)滿足光線較暗、有活動(dòng)聲音時(shí)才接通電路的工作要求。其示意圖如圖甲所示。(1)聲、光控制開關(guān)中的聲控繼電器與光控繼電器是(選填“并聯(lián)”或“串聯(lián)”)關(guān)系。

(2)其中光控繼電器的電路結(jié)構(gòu)如圖乙所示。已知環(huán)境亮度越大,光敏元件阻值越小,當(dāng)電路電流小于某閾值I0時(shí),繼電器開始工作。在設(shè)定的光照度條件下調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使繼電器恰好開始工作,此時(shí)電流表示數(shù)如圖丙所示,此時(shí)I0=A。

(3)為了節(jié)約用電,需要降低光照度閾值,應(yīng)該把滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)(選填“大”或“小”)。

【答案】(1)串聯(lián)(2)0.42(3)小【解析】(1)由于聲、光控制開關(guān)需要同時(shí)滿足光線較暗、有活動(dòng)聲音時(shí)才接通電路的工作要求,可知聲、光控制開關(guān)中的聲控繼電器與光控繼電器是串聯(lián)關(guān)系。(2)題圖丙中電流表的量程為0.6A,分度值為0.02A,可知該電流表的讀數(shù)為0.42A。(3)由于環(huán)境亮度越大,光敏元件阻值越小,則當(dāng)降低光照度閾值時(shí),對(duì)應(yīng)光敏電阻的阻值增大,由于電路電流小于某閾值I0時(shí),繼電器開始工作,可知此時(shí)應(yīng)把滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)小。3.(10分)某同學(xué)利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性,制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的汽車低油位報(bào)警裝置。(1)該同學(xué)首先利用多用電表電阻“×100”擋粗測(cè)該熱敏電阻在常溫下的阻值,示數(shù)如圖甲所示,則此時(shí)熱敏電阻的阻值為RT=kΩ。

(2)該同學(xué)為了進(jìn)一步探究該熱敏電阻阻值隨溫度變化的關(guān)系,設(shè)計(jì)了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路,定值電阻R0=2.0kΩ,則在閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于最(選填“左”或“右”)端。在某次測(cè)量中,若毫安表A1的示數(shù)為2.25mA,A2的示數(shù)為1.50mA,兩電表可視為理想電表,則熱敏電阻的阻值為kΩ。

(3)經(jīng)過多次測(cè)量,該同學(xué)得到熱敏電阻阻值隨溫度變化的關(guān)系圖像如圖丙所示,可知該熱敏電阻的阻值隨溫度升高變化得越來越(選填“快”或“慢”)。

(4)該同學(xué)利用此熱敏電阻設(shè)計(jì)的汽車低油位報(bào)警裝置如圖丁所示,其中電源電動(dòng)勢(shì)E=6.0V,定值電阻R=1.8kΩ,長(zhǎng)為l=50cm的熱敏電阻下端緊靠在油箱底部,不計(jì)報(bào)警器和電源的內(nèi)阻。已知流過報(bào)警器的電流I≥2.5mA時(shí)報(bào)警器開始報(bào)警,若測(cè)得報(bào)警器報(bào)警時(shí)油液(熱敏電阻)的溫度為30℃,油液外熱敏電阻的溫度為70℃,由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距離約為cm。

【答案】(1)1.9(2)左3.0(3)慢(4)5【解析】(1)由多用電表的讀數(shù)規(guī)則可知,此時(shí)熱敏電阻的阻值為RT=19×100Ω=1.9kΩ。(2)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,為保護(hù)電路安全,在開關(guān)閉合前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P置于最左端,由于RT和R0并聯(lián),故有I1R0=I2RT,代入數(shù)據(jù)解得RT=3.0kΩ。(3)從題圖丙曲線可以看出,圖線斜率越來越小,故該熱敏電阻的阻值隨溫度升高變化得越來越慢。(4)設(shè)警戒液面到油箱底部的距離為x,溫度為30℃時(shí)熱敏電阻的阻值為RT1=1.5kΩ,則在油液內(nèi)的熱敏電阻的阻值為R1=x50RT1;同理,可得油液外的熱敏電阻的阻值為R2=50-x50RT2,其中RT2=0.5kΩ,由閉合電路歐姆定律有E=I(R+R1+R2),將E=6V、I=2.5mA、R=1.8kΩ代入可得x=4.(15分)城市街道的路燈用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化,作為簡(jiǎn)化模型,可以近似認(rèn)為:照射光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0;照射光較弱(如夜晚)時(shí)電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān),可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉,在夜晚打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接。當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50mA時(shí),電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點(diǎn)分離,3、4斷開;電流小于50mA時(shí),3、4接通。勵(lì)磁線圈中允許通過的最大電流為100mA。(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路,在虛線框中畫出電路原理圖。光敏電阻R1,符號(hào)為;燈泡L,額定功率40W,額定電壓36V,符號(hào)為保護(hù)電阻R2,符號(hào)為;電磁開關(guān),符號(hào)為;蓄電池E,電壓36V,內(nèi)阻很小;開關(guān)S,導(dǎo)線若干。(2)回答下列問題:①如果勵(lì)磁線圈的電阻為200Ω,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為V,保護(hù)電阻R2的阻值范圍是Ω。

②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí),接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為?電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造?請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。

。

【答案】(1)圖見解析(2)①20160～520②見解析【解析】(1)要使光敏電阻能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行控制,且有光照時(shí)燈泡熄滅,則光敏電阻應(yīng)與1、2串聯(lián),燈泡與3、4串聯(lián),電路圖如圖所示。(2)①由題意知,勵(lì)磁線圈允許通過的最大電流為100mA,勵(lì)磁線圈電阻為200Ω,則有Umax=ImaxR=100×10-3×200V=20V。光敏電阻阻值為0,允許通過勵(lì)磁線圈的電流最大值為100mA,允許通過的電流最小值為50mA,則有R2min=EImax-R=160Ω,R2max=EImin-R=520Ω,則阻值范圍應(yīng)為160～②把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí),3、4之間接通;不吸合時(shí),3、4之間斷開。5.(15分)(2024·湖北一模)某興趣學(xué)習(xí)小組根據(jù)所學(xué)的電學(xué)原理,利用相同的器材,自制了如圖甲、乙兩種不同的電子秤。實(shí)驗(yàn)器材有:直流電源(電動(dòng)勢(shì)為E=3.0V,內(nèi)阻為r=0.5Ω);理想電壓表V(量程為3.0V,限流電阻R0=9.5Ω);豎直固定的滑動(dòng)變阻器R(總長(zhǎng)l=10.0cm,總阻值R=20.0Ω);電阻可忽略不計(jì)的彈簧,下端固定于水平地面,上端固定秤盤且與滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)端連接,滑片接觸良好且無摩擦(彈簧勁度系數(shù)k=103N/m);開關(guān)S以及導(dǎo)線若干。重力加速度g取10m/s2,不計(jì)摩擦和其他阻力。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①兩種電子秤,托盤中未放被測(cè)物前,滑片恰好置于變阻器的最上端,電壓表的示數(shù)均為零。②兩種電子秤,在彈簧的彈性限度內(nèi),在托盤中輕輕放入被測(cè)物,待托盤靜止平衡后,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片恰好處于下端b處,此時(shí)均為電子秤的最大稱重。請(qǐng)回答下列問題(結(jié)果均保留1位小數(shù)):(1)兩種電子秤,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片恰好置于最下端時(shí),電壓表的示數(shù)均為V,該電子秤的最大可測(cè)質(zhì)量均為kg。

(2)當(dāng)電壓表的指針剛好指在表盤刻度的正中間時(shí),如圖甲所示的第一套方案電子秤測(cè)得質(zhì)量為m1=kg,如圖乙所示的第二套方案電子秤測(cè)得質(zhì)量為m2=kg。

(3)第(選填“一”或“二”)套方案更為合理,因?yàn)殡妷罕碜x數(shù)U與物體質(zhì)量m呈線性關(guān)系,電壓表改裝的電子秤刻度(選填“是”或“不是”)均勻的。

【答案】(1)2.010.0(2)7.55.0(3)一是【解析】(1)滑動(dòng)變阻器的滑片恰好置于最下端時(shí),根據(jù)閉合電路歐姆定律,電路中的電流I=ER+R0+r=320+9.5+0.5A=0.1A,滑動(dòng)變阻器R兩端電壓U=IR=0.1×20V=2.0V,根據(jù)平衡條件,可得mmaxg=kl,解得電子秤的最大可測(cè)質(zhì)量為mmax=kl(2)當(dāng)電壓表的指針剛好指在表盤刻度的正中間時(shí),電壓表讀數(shù)U=1.5V。如題圖甲所示的第一套方案,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=ER+R0+r·x1lR,由平衡條件可得m1g=kx1,聯(lián)立解得m1=7.5kg;如題圖乙所示的第二套方案,設(shè)滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值為Rx,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=ERx+R0+rRx,解得Rx=10Ω,又Rx=x2lR,由平衡條件可得k(3)方案一,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=ER+R0+r·xlR,又mg=kxU與m呈線性關(guān)系,電子秤刻度均勻;方案二,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U=ERx+R0+rRx,又Rx=xlR,mg=kx,聯(lián)立可得U=mgREmgR+kl(R0+r),U 【課標(biāo)要求】1.通過實(shí)驗(yàn),理解光的折射定律。會(huì)測(cè)量材料的折射率。2.知道光的全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。3.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。知道光是橫波,會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)。4.通過實(shí)驗(yàn),了解激光的特性。能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用?！究记榉治觥抗獾恼凵?024·福建卷·T10、2024·貴州卷·T3、2024·重慶卷·T5、2024·江蘇卷·T6、2023·浙江1月選考卷·T13、2023·江蘇卷·T5、2023·遼寧卷·T8、2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月選考卷·T11、2022·江蘇卷·T12光的折射與全反射的綜合應(yīng)用2024·山東卷·T15、2024·全國(guó)甲卷·T34、2024·甘肅卷·T10、2024·廣東卷·T6、2024·海南卷·T4、2023·全國(guó)甲卷·T34、2023·山東卷·T16、2023·湖北卷·T6、2023·浙江6月選考卷·T13、2023·湖南卷·T7、2022·全國(guó)甲卷·T34、2022·全國(guó)乙卷·T34、2022·遼寧卷·T5、2022·河北卷·T16、2022·廣東卷·T16、2022·重慶卷·T16、2022·山東卷·T7、2022·浙江6月選考卷·T8光的干涉、衍射和偏振2024·湖南卷·T9、2024·廣西卷·T9、2024·遼寧卷·T4、2024·山東卷·T4、2023·遼寧卷·T8、2023·山東卷·T5、2022·山東卷·T10實(shí)驗(yàn):測(cè)量玻璃的折射率2024·安徽卷·T11、2024·浙江6月選考卷·T16、2023·海南卷·T14、2023·廣東卷·T11實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)2024·廣東卷·T11、2024·河北卷·T11、2024·江西卷·T9、2023·江蘇卷·T6、2022·浙江6月選考卷·T4第1講光的折射全反射情境導(dǎo)思北京農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全學(xué)會(huì)展出了多種快速檢測(cè)技術(shù),其中一項(xiàng)是果蔬可溶性固形物(糖度)快速檢測(cè)技術(shù),通過計(jì)算光的折射率得到果蔬汁液的糖度數(shù)值,能夠反映出果蔬品質(zhì),是果蔬產(chǎn)品分級(jí)的重要參考。請(qǐng)思考:(1)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液后傳播方向如何變化?如何計(jì)算折射率?為什么通過計(jì)算光的折射率就能得到果蔬汁液的糖度數(shù)值?(2)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液能否發(fā)生全反射?從果蔬汁液進(jìn)入空氣呢?發(fā)生全反射需要滿足什么條件?1.如圖所示,光在真空和某介質(zhì)的界面MN上發(fā)生折射,由圖可知()[A]光是從真空射入介質(zhì)的[B]光是由介質(zhì)射入真空的[C]介質(zhì)的折射率為3[D]介質(zhì)的折射率為3【答案】B2.關(guān)于全反射,下列說法正確的是()[A]發(fā)生全反射時(shí),仍有折射光線,只是折射光線非常弱,因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線[B]光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象[C]光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),也可能發(fā)生全反射現(xiàn)象[D]水或玻璃中的氣泡看起來特別亮,就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí),在界面發(fā)生全反射【答案】D【答案】同一平面法線正可逆光學(xué)性質(zhì)大于1全部光密光疏大于90°1n考點(diǎn)一光的折射定律對(duì)折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng),也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v=cn(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān),還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。(3)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同,但頻率相同。[例1]【對(duì)折射定律的理解】(2024·云南迪慶期中)(多選)如圖,由a、b兩種單色光組成的復(fù)色光,通過足夠大的長(zhǎng)方體透明材料后分成兩束,則()[A]a光從透明材料進(jìn)入空氣后頻率變大[B]a光的頻率小于b光的頻率[C]該材料對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率[D]該材料對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率【答案】BD【解析】光的頻率由光源決定,A錯(cuò)誤;由光路圖可知,入射角相同時(shí),b光的折射角較小,根據(jù)n=sinθ1sinθ2,可知a光的折射率小于b光的折射率,a光的頻率小于b光的頻率,[例2]【折射定律的應(yīng)用】(2025·陜晉青寧高考適應(yīng)性考試)如圖,半徑為R的球面凹面鏡內(nèi)注有透明液體,將其靜置在水平桌面上,液體中心厚度CD為10mm。一束單色激光自中心軸上距液面15mm的A處以60°入射角射向液面B處,其折射光經(jīng)凹面鏡反射后沿原路返回,液體折射率為3。求:(1)光線在B點(diǎn)進(jìn)入液體的折射角;(2)凹面鏡半徑R?！敬鸢浮?1)30°(2)55mm【解析】(1)根據(jù)光的折射定律n=sinθ1sinsinθ2=sinθ1n=323=1則光線在B點(diǎn)進(jìn)入液體的折射角為30°。(2)因折射光經(jīng)凹面鏡反射后沿原路返回,可知折射光線垂直于凹面鏡。如圖所示,折射光線的反向延長(zhǎng)線過凹面鏡的球心O,由幾何關(guān)系得∠ABC=∠COB=30°。由題可知AC=15mm,CD=10mm,BC的距離為BC=ACtan∠ABC=15OC的距離為OC=BCtan∠COB=由幾何關(guān)系得凹面鏡半徑R=OC+CD=55mm。應(yīng)用光的折射定律解決問題的思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系,要注意作好輔助線,特別是法線往往起著輔助線的作用,根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量,如折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。考點(diǎn)二全反射光的折射和全反射的綜合應(yīng)用[例3]【對(duì)全反射條件的理解】(2024·廣東卷,6)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時(shí)從空氣中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長(zhǎng)方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會(huì)先后消失。已知在該介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率,下列說法正確的是()[A]在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點(diǎn)[B]θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失[C]θ逐漸增大時(shí),入射光可能在MN面發(fā)生全反射[D]θ逐漸減小時(shí),兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大【答案】B【解析】已知紅光的折射率小于綠光的折射率,根據(jù)折射定律n=sinθ1sinθ2,可知綠光在MN面的折射角較小,根據(jù)幾何關(guān)系可知綠光比紅光更靠近P點(diǎn),故A錯(cuò)誤;根據(jù)sinC=1n可知,紅光發(fā)生全反射的臨界角較大,θ逐漸增大時(shí),在NP面的入射角先減小至紅光發(fā)生全反射的臨界角,紅光的全反射現(xiàn)象先消失,故B正確;在MN面,光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),無論θ多大,都不可能發(fā)生全反射,故C錯(cuò)誤;θ逐漸減小時(shí)[例4]【全反射的應(yīng)用】(2024·上海期中)(多選)光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點(diǎn)。如圖甲是光纖的示意圖,圖乙是光纖簡(jiǎn)化示意圖(內(nèi)芯簡(jiǎn)化為長(zhǎng)直玻璃絲,外套簡(jiǎn)化為真空),玻璃絲長(zhǎng)為AC=L,折射率為n,AB、CD代表端面,光從AB端面以某一入射角θ進(jìn)入玻璃絲,在玻璃絲內(nèi)部恰好發(fā)生全反射,已知光在真空中的傳播速度為c,下列選項(xiàng)正確的是()[A]內(nèi)芯相對(duì)于外套是光疏介質(zhì)[B]sinθ=n[C]光在玻璃絲中傳播的速度為csinθ[D]光在玻璃絲中從AB端面?zhèn)鞑サ紺D端面所用的時(shí)間為n2【答案】BD【解析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),故內(nèi)芯相對(duì)于外套是光密介質(zhì),故A錯(cuò)誤;由題意n=sinθsinr=1sinC,r+C=90°,得sinθ=n2-1,故B正確;根據(jù)n=cv,光在玻璃絲中的傳播速度為v=csin2θ+1,故C錯(cuò)誤;由幾何關(guān)系sinC=Lx[例5]【折射和全反射的綜合】(2024·山東濟(jì)南二模)如圖所示為一半徑為R=6cm的透明半球體,PQ為半球體的直徑,O為半球體的球心。現(xiàn)有一束激光垂直于半球的平面射入半球體,入射點(diǎn)從P點(diǎn)沿直徑PQ緩慢向Q點(diǎn)移動(dòng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射點(diǎn)移動(dòng)2cm后,才開始有光線從下方球冠射出,不考慮光線在半球體內(nèi)多次反射。(1)求該半球體的折射率;(2)若該束激光入射點(diǎn)移動(dòng)至距離球心為3cm位置入射,求光線射出半球體的折射角的正弦值?！敬鸢浮?1)1.5(2)0.75【解析】(1)由題意作出剛好有光線從下方球冠射出時(shí)的光路圖如圖甲所示,設(shè)該入射點(diǎn)位置為A,此時(shí)入射角為C,由幾何關(guān)系可知OA=6cm-2cm=4cm,sinC=OAR=2由全反射規(guī)律,可知sinC=1n得n=1.5。(2)當(dāng)該束激光入射點(diǎn)移動(dòng)至距離球心為3cm的B點(diǎn)入射時(shí),如圖乙所示,設(shè)此時(shí)入射角為r,由幾何關(guān)系可知,sinr=OBR=12<sin得r<C,即入射角小于臨界角,光線能直接從球冠射出。設(shè)從球冠射出時(shí)折射角為i,由折射定律有n=sini可得sini=34=0.75求解光的折射和全反射問題的思路(1)確定研究的光線。該光線可能是入射光線,也可能是反射光線或折射光線;若研究的光線不明確,根據(jù)題意分析、尋找,如臨界光線、邊界光線等。(2)畫光路圖。找入射點(diǎn),確認(rèn)界面,并畫出法線,根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何關(guān)系,具體求解。(3)注意兩點(diǎn)。光疏→光密:一定有反射、折射光線。光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。(滿分:60分)對(duì)點(diǎn)1.光的折射定律1.(4分)(2025·河南高考適應(yīng)性考試)如圖,一棱鏡的橫截面為等腰三角形△PMN,其中邊長(zhǎng)PM與PN相等。∠PMN=30°,PM邊緊貼墻壁放置?，F(xiàn)有一束單色光垂直于MN邊入射,從PN邊出射后恰好與墻面垂直(不考慮光線在棱鏡內(nèi)的多次反射),則該棱鏡的折射率為()[A]2[B]32[C]53[D]【答案】D【解析】根據(jù)題意作出光路圖,如圖所示,PM與PN相等,且∠PMN=30°,由幾何關(guān)系知,光線在棱鏡PN邊的入射角θ1為30°,光線在PN邊的折射角θ2為60°,則該棱鏡的折射率n=sinθ2sinθ2.(6分)(2024·廣東惠州三模)(多選)如圖,有一直桿豎直插入水深為1.2m水池池底,恰好有一半露出水面,太陽(yáng)光以與水平面成37°角射在水面上,測(cè)得直桿在池底的影長(zhǎng)EC為2.5m,取sin37°=0.6,下列說法正確的是()[A]直桿在池底的影長(zhǎng)中午比早晨更短[B]直桿在水面的影長(zhǎng)為0.9m[C]水的折射率為4[D]當(dāng)太陽(yáng)光和水面的夾角變化時(shí),在水面上有可能發(fā)生全反射【答案】AC【解析】中午的太陽(yáng)比早晨的位置高,光線射入水的入射角小,由n=sinisinr可知折射角也小,所以直桿在池底的影長(zhǎng)中午比早晨更短,故A正確;由題圖可知tan37°=ABBD,解得BD=1.6m,故直桿在水面的影長(zhǎng)為1.6m,故B錯(cuò)誤;由直桿在池底的影長(zhǎng)EC為2.5m,可得EF=CE-CF=0.9m,則sinr=EFDE=35,由折射率定義可得n=sinisinr=43,故C正確3.(4分)(2024·云南昆明三模)如圖所示為一圓柱形玻璃磚的截面,O為圓心,AB為一條直徑,光線a、b均從C點(diǎn)射入,光線a平行于AB,光線b與光線a的夾角α=15°,兩條光線的折射光線均經(jīng)過B點(diǎn),θ=60°,則光線a、b在玻璃磚中傳播的時(shí)間之比為()[A]63 [B]6[C]22 [D]【答案】B【解析】如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系可得β=30°,根據(jù)折射定律na=sinθsinβ=3,nb=sin(θ-α)sinβ=2,光線在玻璃磚中傳播的速度v=cn,設(shè)CB長(zhǎng)為l,則光線在玻璃磚中傳播的時(shí)間t=lv,聯(lián)立可得光線a4.(6分)(2024·福建卷,10)鍍有反射膜的三棱鏡常用在激光器中進(jìn)行波長(zhǎng)的選擇。如圖,一束復(fù)色光以一定入射角i(i≠0)進(jìn)入棱鏡后,不同顏色的光以不同角度折射,只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光輸出。若復(fù)色光含藍(lán)、綠光,已知棱鏡對(duì)藍(lán)光的折射率大于綠光,則藍(lán)光在棱鏡中的折射角(選填“大于”“小于”或“等于”)綠光的折射角;若激光器輸出的是藍(lán)光