【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講實驗利

用傳感器制作簡單的自動控制裝置含答案第5講實驗:利用傳感器制作簡單的自動控制

裝置

一、實驗原理

1.傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚?、熱、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（一般是電學(xué)量）。

2.工作過程

二、實驗器材

熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼

電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。

三、實驗操作及步驟

L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

（3）改變水的溫度，多次測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-r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、滑動變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置

于“x100”擋。

(2)先測出在室內(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)測出用手掌(或黑紙)遮光時的電阻值，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。

光照強度弱中強無光照射

阻值/Q

結(jié)論:光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化,光照增強時電阻變小，光照減弱時電阻變大。

四、誤差分析

1.溫度計讀數(shù)帶來誤差。

2.多用電表讀數(shù)帶來誤差。

3.作R-t圖像時不規(guī)范造成誤差。

五、注意事項

1.在研究熱敏電阻的熱敏特性實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與

水的溫度相同，并同時讀出水溫。

2.在研究光敏電阻的光敏特性實驗時，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。

考點一基礎(chǔ)性實驗

［例1］【溫度傳感器】(2024.四川成都三模)在2022北京冬奧會室內(nèi)賽場利用溫度傳感器

實時監(jiān)控賽場溫度，溫度傳感器的主要部件通常是熱敏電阻，某科技小組用一個熱敏電阻，

設(shè)計了一個簡易的“過熱自動報警電路”。

(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)，計算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電

壓表和毫安表的示數(shù)分別為1.43V和26mA,則此時熱敏電阻的阻值為Q(結(jié)果

保留1位小數(shù)）。這種方法測量的熱敏電阻的阻值比真實值（選填“偏大'或“偏小”）。

通過多次實驗描繪出熱敏電阻的阻值R與溫度t的關(guān)系如圖乙所示。

（2）該科技小組設(shè)計的“過熱自動報警電路”如圖丙所示，電源S的電動勢E=1.5V,電源內(nèi)

阻可忽略，繼電器線圈用漆包線繞成，阻值R）=170將熱敏電阻R,安裝在需要探測溫度的

地方,當(dāng)線圈中的電流大于或等于50mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響起，同時指示燈

熄滅。則圖丙中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱（選填或"8”）相連,指示燈的接線

柱D應(yīng)與接線柱（選填"A”或"2”）相連;當(dāng)環(huán)境溫度超過℃時，警鈴響起報

警;若電源有一定的內(nèi)阻，則警鈴報警時對應(yīng)的溫度將（選填“升高”“降低”或

“不變”）。

5

…警鈴

指示燈

D~^----

【答案】（1）55.0偏?。?）2A10升局

【解析】（1）由R=g,得熱敏電阻的阻值為R=55.0C;由于測得的電流包含電壓表的電流，

故電流偏大，測得的電阻偏小。

⑵當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，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，繼電器的銜鐵將被吸合，由閉合電路的歐姆定律有E=I（Ro+Rt）,得R號-&=13Q,

由題圖乙可得，此時的環(huán)境溫度約為10℃o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，熱敏電阻的電阻將減小，則警鈴報警時對應(yīng)的溫度將升高。

[151]2]【光電傳感器】（2024?江蘇模擬）智能化育苗蔬菜基地對環(huán)境要求嚴(yán)格，其中包括對

光照強度的調(diào)控，光照強度簡稱照度/,反映光照的強弱,光越強，照度越大,單位為勒克斯

（lx）o為了控制照度，科技人員設(shè)計了圖甲所示的智能光控電路。

控

照

明

制

系

開

統(tǒng)

關(guān)

（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，測量光敏電阻在不

同照度時的阻值,實驗所用器材:電源￡1（9V）、滑動變阻器&（最大阻值為20C）,電壓表（量

程為0?3V,內(nèi)阻為3k。）和毫安表（量程為0?3mA,內(nèi)阻不計），定值電阻Ro=6k。、開關(guān)、

導(dǎo)線若干。則在閉合電路開關(guān)前應(yīng)該把滑動變阻器的滑片移到最（選填“左”或

“右”）端。

（2）某次測量時電壓表的示數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)為V,電流表讀數(shù)為1.5mA,此時

光敏電阻的阻值為kQo

丙

（3）通過測量得到6組數(shù)據(jù)如下表，請在圖丁中作出阻值R隨照度/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Z/klx2.04.06.08.010.012.0

電阻R/k。7.54.02.82.32.01.8

R/kO

T

(4)該同學(xué)用上述光敏電阻接入圖甲所示的電路，其中電源電動勢E=6.0V,內(nèi)阻忽略不計，

電阻Ri=100Q,電阻箱R2的阻值調(diào)節(jié)范圍是。?9999.9。，光敏電阻R的電壓U增加到

2.0V時光照系統(tǒng)開始工作，為了使照度降低到4klx時，自動控制系統(tǒng)開始補光，&的阻值

應(yīng)該調(diào)節(jié)為kQ=

(5)要加快蔬菜的生長，適度提高光照時間，可調(diào)節(jié)的方法是0

【答案】(1)左⑵1.803.6(3)圖見解析不滿足(4)7.9(5)減小火2

【解析】(1)為了保證電路的安全應(yīng)將滑動變阻器滑到最左端，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嘿^x(3kQ+6kQ)=5.40V,電

流表讀數(shù)為1.5mA,故此時光敏電阻的阻值為R7黑_3C=3.6k。。

(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1=---，根據(jù)圖像可知,在照度降低到4klx時,對應(yīng)的阻值為

R=4kC,又有U=/R,其中U=2.0V,聯(lián)立可得&=7.9kQ?

(5)減小&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

動控制系統(tǒng)正常工作時的最小照度高于4klx,可加快蔬菜的生長。

考點二創(chuàng)新性實驗

［例3］【實驗方法的創(chuàng)新】(2024?安徽聯(lián)考)如圖甲為一利用光敏電阻測量儲液罐中液面

高度的裝置的示意圖。當(dāng)罐中裝滿液體時，液面與出液口高度差為〃，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光敏電阻，另一側(cè)有一列光強穩(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)上下運動，光敏電阻的總

長度和遮光板的總長度都為限當(dāng)儲液罐內(nèi)裝滿液體時，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。現(xiàn)要求設(shè)計

一電路以利用上述裝置測量液面的高度。

為將問題簡化，假設(shè)管內(nèi)只有3個光敏電阻品、&、分別位于管的上端、下端和中央;

它們的暗電阻均為R=l0k。,被管內(nèi)光源照亮?xí)r電阻均為R=1.0kQ?給定的儀器還有:直

流電源風(fēng)電動勢為9V,電阻不計),3個定值電阻，阻值分別為以=2.5kQ&=1.8kQ,7?6=1.5

k。;電壓表V(量程為0?3V,內(nèi)阻可視為無窮大)，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。

要求:當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時，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Vo

乙

(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標(biāo)明圖中各元件。

(3)液面與出液口等高時電壓表的示數(shù)為Vo(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(4)若管內(nèi)的光強變暗,使得光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2k。,則定值電阻的阻值應(yīng)變

為kQ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1.40Vo

(2)當(dāng)罐內(nèi)裝滿液體時,3個光敏電阻均受到光照射，電阻均為1.0k。,可把三個光敏電阻串

聯(lián)后再與定值電阻凡串聯(lián)，接在直流電源兩端，把電壓表接在定值電阻兩端，則有

&=匕，得&=L5kO,故Rx為電阻&,電壓表應(yīng)與電阻&并聯(lián)構(gòu)成電路。當(dāng)罐內(nèi)裝滿

3R+R=E

液體時，電壓表恰好為滿量程，電路圖如圖所示。

(3)當(dāng)液面與出液口等高時，光源完全被遮光板遮住,此時三個光敏電阻的阻值均為10kQ,

則電壓表的示數(shù)為U=——R6H).43Vo

(4)若光敏電阻被照亮?xí)r的阻值變?yōu)?.2kC,為使電壓表滿量程，則定值電阻的阻值變?yōu)?/p>

Rx',R、'滿足3V=—吆——，

Rx'+3xl.2kQ

解得Rx'=1.8kQo

［例4］【實驗器材的創(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，電磁繼電器將把銜

鐵吸下，觸點C、。斷開，結(jié)合水銀溫度計可以控制室溫。

(1)為實現(xiàn)溫度高于45℃時電熱絲停止加熱，溫度低于45℃時電熱絲開始加熱，請連接電

路圖。

(2)已內(nèi)阻不計，當(dāng)滑動變阻器調(diào)至最左端,/=6V時，電接點水銀溫度計達(dá)到45℃,電磁繼

電器達(dá)到工作電流值;當(dāng)滑動變阻器調(diào)至7?=20Q,￡f=8V時，電接點水銀溫度計達(dá)到

45℃,電磁繼電器達(dá)到工作電流值，則水銀溫度計達(dá)到45℃時的等效電阻為C。

(3)當(dāng)電源及=24V、內(nèi)阻廠2=2Q時,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

最大功率為Wo

【答案】(1)圖見解析(2)60(3)272

【解析】(1)要求溫度高于450c時電熱絲停止加熱，溫度低于45°C時電熱絲開始加熱，所

以電磁鐵與溫度計連接。溫度高于45℃時，溫度計E、F與A、2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，溫度計液面下降，控制電路斷

開，電磁鐵失去磁性,銜鐵被松開,C、。觸點會接觸，加熱電路會接通,電熱絲加熱。電路圖

如圖。

(2)當(dāng)滑動變阻器調(diào)至最左端時，接入電路的電阻為零，此時電路中只有水銀溫度計達(dá)到45℃

時的等效電阻，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，此時電路中的電流為/=旦=處;當(dāng)滑動變阻器

R等R等

調(diào)至H=20Q,￡V=8V時，電接點水銀溫度計達(dá)到45℃時，根據(jù)歐姆定律可知，此時電路中

的電流為/=芻一=8V聯(lián)立解得R等=60Qo

R^+RR裝+20。

（3）當(dāng)電源良=24V、內(nèi)阻心=2Q時，根據(jù)當(dāng)外電阻與電源內(nèi)阻相等時，電源輸出功率最大,

可知當(dāng)電熱絲的電阻R=T2=2C時電熱絲的功率最大，最大功率為W=72Wo

［例5］【實驗情境的創(chuàng)新】（2025?廣東汕頭模擬）現(xiàn)要組裝一個酒精測試儀,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/mLW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"o提供的器材有：

A.二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器Rx

B.直流電源（電動勢為4V,內(nèi)阻不計）

C.電壓表（量程為3V,內(nèi)阻非常大）

D.電阻箱（最大阻值為999.9Q）

E.定值電阻Ri（阻值為50Q）

F.定值電阻&（阻值為10Q）

G.單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干

（1）為使電壓表改裝成酒精濃度測試表以判斷是否酒駕,R應(yīng)選用定值電阻（選填“Ri”

或"R/）。

（2）按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：

①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為30.0。，然后開關(guān)向（選填或"6”）端閉合，將電壓

表此時指針對應(yīng)的刻度線標(biāo)記為mg/mLo（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”)o按照圖甲

數(shù)據(jù)將電壓表上“電壓”刻度線標(biāo)為對應(yīng)的“酒精濃度”。

③將開關(guān)向另一端閉合,測試儀即可正常使用。

(3)在電壓表刻度線上標(biāo)注一段紅色的長度以提醒酒駕的讀數(shù)范圍，該長度與電壓表總刻

度線長度的比例為1：o

【答案】(1)/?2⑵①60.20②變大(3)3

【解析】(1)本實驗電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，由歐姆定律可得,定值電阻兩端的電壓

&=裊，由題圖甲可知10QSRS70C,電動勢為4V,電壓表量程為3V,得URmax=^-<3V,

可得/?<30Q,故定值電阻選R2。

⑵①本實驗采用替代法,用電阻箱的阻值替代傳感器的電阻尺,故應(yīng)先將電阻箱調(diào)到30.0

。，結(jié)合電路圖，開關(guān)應(yīng)向6端閉合;由題圖甲可知R1=30Q時，酒精氣體濃度為0.20mg/mLo

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時傳感器電阻為30此時電壓表示數(shù)為

Ui=-^-E=」一*4V=1V,酒精濃度為0.80mg/mL時傳感器電阻為10C,此時電壓表示

R2+R%10+30

數(shù)為lh=R：E=」5—X4V=2V,故電壓表示數(shù)1?2V為酒駕范圍，占總量程的工,即該長

7?2+R%10+103

度與電壓表總刻度線長度的比例為1：3o

￡課時作業(yè)

(滿分:60分)

1.(10分)某實驗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、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導(dǎo)線等。

熱敏

電阻

甲

(1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請在圖甲中的實物圖上連線。

(2)實驗的主要步驟如下:

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，測得多組數(shù)據(jù)。

（3）實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得RT關(guān)系圖線如圖乙所示，

請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R-/關(guān)系式:H二+Z（Q）o（結(jié)果保留3位有效

數(shù)字）

130

125

120

115

110——米三三三三工三三三廣

105—X----------------------------

io。皿川川川川I川川1川1_?

01020304050607080t/℃

乙

【答案】（1）圖見解析（2）②記下電壓表示數(shù)記下溫度計的示數(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。

⑵由實驗原理可知,實驗中要描繪電壓和溫度間的關(guān)系，故實驗的主要步驟應(yīng)是記下電壓

表和溫度計的示數(shù)。

⑶根據(jù)RT關(guān)系圖線和一次函數(shù)概念,應(yīng)寫成R=kt+Ro的形式，從圖像可知

&=100后號0.405,所以該熱敏電阻的R-r關(guān)系式應(yīng)為7?=100+0.405f（Q）o

2.（10分）（2024.廣東深圳期末）某實驗小組設(shè)計了一個聲、光燈光控制系統(tǒng)。聲、光控制

開關(guān)需要同時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的工作要求。其示意圖如圖甲所

ZjlO

⑴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/o時，繼電器開始工作。在設(shè)定的光照度條件下調(diào)節(jié)滑動變阻器，使繼

電器恰好開始工作,此時電流表示數(shù)如圖丙所示，此時Io=A?

(3)為了節(jié)約用電，需要降低光照度閾值，應(yīng)該把滑動變阻器阻值調(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)需要同時滿足光線較暗、有活動聲音時才接通電路的

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，對應(yīng)光敏電阻的阻值增

大，由于電路電流小于某閾值/o時，繼電器開始工作，可知此時應(yīng)把滑動變阻器阻值調(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，制作了一個簡易的汽車低油位報

警裝置。

(1)該同學(xué)首先利用多用電表電阻“X100”擋粗測該熱敏電阻在常溫下的阻值,示數(shù)如圖甲

所示，則此時熱敏電阻的阻值為RT=kQo

甲

⑵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)計了如圖乙所示的實驗

電路，定值電阻R)=2.0k。,則在閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于最(選填“左”

或“右”)端。在某次測量中，若毫安表Ai的示數(shù)為2.25mA,A2的示數(shù)為L50mA,兩電表可

視為理想電表，則熱敏電阻的阻值為kQo

t/V.

(3)經(jīng)過多次測量，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”)o

(4)該同學(xué)利用此熱敏電阻設(shè)計的汽車低油位報警裝置如圖丁所示，其中電源電動勢

E=6.0V,定值電阻R=1.8k。,長為1=50cm的熱敏電阻下端緊靠在油箱底部,不計報警器和

電源的內(nèi)阻。已知流過報警器的電流＞2.5mA時報警器開始報警,若測得報警器報警時

油液(熱敏電阻)的溫度為30℃,油液外熱敏電阻的溫度為70°C,由此可知油液的警戒液面

到油箱底部的距離約為cm0

0|報警2器|

T

【答案】⑴L9⑵左3.0⑶慢(4)5

【解析】(1)由多用電表的讀數(shù)規(guī)則可知，此時熱敏電阻的阻值為7?T=19X100Q=1.9kQo

(2)滑動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)將滑動變阻器的滑片P

置于最左端，由于RT和Ro并聯(lián)，故有/IRO=/2RT,代入數(shù)據(jù)解得RT=3.0kQo

(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℃時熱敏電阻的阻值為Rn=L5kO,則在

油液內(nèi)的熱敏電阻的阻值為Ri=—RTi;同理,可得油液外的熱敏電阻的阻值為R2=—^T2,

其中&2=0.5kC,由閉合電路歐姆定律有E=/(R+Ri+&),將E=6V、/=2.5mA、R=L8kQ代

入可得x=5cm。

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)，實現(xiàn)自動控制。光

敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型,可以近似認(rèn)為:照射光較強(如白天)

時電阻幾乎為0;照射光較弱(如夜晚)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借

助電磁開關(guān),可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，在夜晚打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示o

1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當(dāng)勵磁線圈中

電流大于50mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離,3、4斷開;電流小于50mA時,3、

4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA。

(1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，在虛線框中畫出電路原理圖。

-A-

光敏電阻Ri,符號為R.;

燈泡〃額定功率40W,額定電壓36V,符號為L

保護(hù)電阻R2,符號為差1；

電磁開關(guān)，符號為葉orE；

蓄電池瓦電壓36V,內(nèi)阻很小;開關(guān)S,導(dǎo)線若干。

(2)回答下列問題：

①如果勵磁線圈的電阻為200。，勵磁線圈允許加的最大電壓為V,保護(hù)電阻&的

阻值范圍是Qo

②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時,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?請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖說明。o

【答案】（1）圖見解析⑵①20160-520②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。

0

L

凡凡

1^——

（2）①由題意知，勵磁線圈允許通過的最大電流為100mA,勵磁線圈電阻為200。,則有

Umax=/maxR=100xl0「3x200V=20V。光敏電阻阻值為0,允許通過勵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&.=一--R=160。，&max=---R=520。，則

/max'min

阻值范圍應(yīng)為160?520。。

②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時,3、4之間接通;不吸合

時,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。

實驗器材有：

直流電源（電動勢為￡=3.0V,內(nèi)阻為『0.5Q）;

理想電壓表V（量程為3.0V,限流電阻Ro=9.5Q）;

豎直固定的滑動變阻器R（總長/=10.0cm,總阻值尺=20.0Q）;

電阻可忽略不計的彈簧,下端固定于水平地面，上端固定秤盤且與滑動變阻器R的滑動端

連接，滑片接觸良好且無摩擦（彈簧勁度系數(shù)仁103N/m）；

開關(guān)S以及導(dǎo)線若干。

重力加速度g取10m/s2,不計摩擦和其他阻力。

實驗步驟如下：

①兩種電子秤，托盤中未放被測物前，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物，待托盤靜止平衡后，當(dāng)滑動

變阻器的滑片恰好處于下端b處，此時均為電子秤的最大稱重。

請回答下列問題(結(jié)果均保留1位小數(shù))：

(1)兩種電子秤，當(dāng)滑動變阻器的滑片恰好置于最下端時，電壓表的示數(shù)均為V,該電

子秤的最大可測質(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，如圖甲所示的第一套方案電子秤測得

質(zhì)量為〃“=kg,如圖乙所示的第二套方案電子秤測得質(zhì)量為儂=kgo

(3)第(選填“一”或“二”)套方案更為合理,因為電壓表讀數(shù)U與物體質(zhì)量7〃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)滑動變阻器的滑片恰好置于最下端時,根據(jù)閉合電路歐姆定律,電路中的電流

/=——=——-——A=0.1A,滑動變阻器R兩端電壓U=/R=0.1x20V=2.0V,根據(jù)平衡條件,

R+R()+r20+9.5+0.5

103X1X102

可得相maxg=〃，解得電子秤的最大可測質(zhì)量為mmax=J=°,°kg=10.0kgo

(2)當(dāng)電壓表的指針剛好指在表盤刻度的正中間時，電壓表讀數(shù)。=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=——由平衡條件可得加送="1,聯(lián)立解得

mi=7.5kg;如題圖乙所示的第二套方案,設(shè)滑動變阻器R接入電路的阻值為反,根據(jù)閉合電

路歐姆定律可得U=一-一七,解得七=10。，又七=?凡由平衡條件可得fcV2=，"2g,聯(lián)立解得

R%+R()+rI

機(jī)2=5.0kgo

(3)方案一，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得。=」一白?，又根g=fcc,聯(lián)立可得U=一根陽,

R+Ro+rIk2(R+Ro+r)

。與相呈線性關(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=E:凡,又凡=/陽="，聯(lián)立可得

Rx+R0+r

U=—成世一，。與m不呈線性關(guān)系，電子秤刻度不均勻;綜上分析可知，方案一更合理，電

mgR+kl(R0+r)

壓表示數(shù)與物體的質(zhì)量m成正比，電壓表改裝的電子秤刻度是均勻的，便于測量。

第十四章光

【課標(biāo)要求】

1.通過實驗,理解光的折射定律。會測量材料的折射率。

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，會用雙縫干涉實驗測

量光的波長。

4.通過實驗，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。

【考情分析】

2024?福建卷110、2024?貴州卷?T3、2024?重慶卷?T5、2024?江蘇卷?T6、

光的折射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

2024?山東卷?T15、2024?全國甲卷?T34、2024?甘肅卷?T10、

2024?廣東卷?T6、2024?海南卷?T4、2023?全國甲卷?T34、

光的折射與全反2023?山東卷?T16、2023?湖北卷?T6、2023?浙江6月選考卷?T13、2023?湖

射的綜合應(yīng)用南卷?T7、2022?全國甲卷?T34、2022?全國乙卷?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2024?湖南卷?T9、2024?廣西卷T9、2024?遼寧卷?T4、2024?山東卷14、

和偏振2023?遼寧卷?T8、2023?山東卷?T5、2022?山東卷?T10

實驗:測量玻璃的2024?安徽卷?T11、2024?浙江6月選考卷?T16、2023?海南卷?T14、

折射率2023?廣東卷?T11

實驗:用雙縫干涉2024?廣東卷-T11、2024?河北卷Til、2024?江西卷-T9、

測量光的波長2023?江蘇卷16、2022?浙江6月選考卷?T4

第1講光的折射全反射

北京農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全學(xué)會展出了多種快速檢測技術(shù),其中一項是果蔬可溶性固形

物(糖度)快速檢測技術(shù)，通過計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)品分級的重要參考。請思考：

情境

(1)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液后傳播方向如何變化?如何計算折射率?為什么通過計

導(dǎo)思

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？

?國小題試做

1.如圖所示，光在真空和某介質(zhì)的界面上發(fā)生折射，由圖可知()

國知識構(gòu)建

[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)的折射率為手

[D]介質(zhì)的折射率為4

【答案】B

2.關(guān)于全反射，下列說法正確的是（）

[A]發(fā)生全反射時，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，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象

[C]光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，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,就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發(fā)生全反射

【答案】D

如圖所不，當(dāng)光線從空氣射入介質(zhì)時，折射

光線、入射光線和法線在_________內(nèi)，折

T內(nèi)容）-射光線和入射光線分別位于的兩側(cè)；

入射角仇的正弦值與折射角仇的正弦值成

一比

折

射

定

律

T可逆性卜在光的折射現(xiàn)象中，光路是的

光

的

「（物理意義）一反映介質(zhì)的的物理量

折

折

射T定義式）粵泉

射~n=

'------------fsin%

率

全

”=彳?，因為…，所以任何介質(zhì)的折射率

■（計算公式）-

反L

都_______

射

光從折射率較大的介質(zhì)（光密介質(zhì)）射入折射率

較小的介質(zhì)（光疏介質(zhì)），當(dāng)入射角達(dá)到某一

角度時,入射光線被反射向折射率較

大的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射

全,------光從介質(zhì)射入介質(zhì)

反

1

射-入射角或等于臨界角

折射角等于時的入射角。若光從光密介

質(zhì)（折射率為切射向真空或空氣時，發(fā)生全反

T臨界角卜

射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的折射

率越大，發(fā)生全反射的臨界角越

【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°-小

n

考點一光的折射定律

對折射率的理解

（1）折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小V=-o

n

（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、波長不同，但頻率相同。

[例1]【對折射定律的理解】（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a光的折射率大于對b光的折射率

［D］該材料對a光的折射率小于對b光的折射率

【答案】BD

【解析】光的頻率由光源決定,A錯誤;由光路圖可知，入射角相同時,b光的折射角較小，根據(jù)〃=*，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,故選項B、D正確,C錯誤。

［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3處，其折射光經(jīng)凹面

鏡反射后沿原路返回，液體折射率為V3?求：

(1)光線在B點進(jìn)入液體的折射角；

⑵凹面鏡半徑Ro

【答案】(1)30°(2)55mm

【解析】(1)根據(jù)光的折射定律〃=曾可知，光線在B點進(jìn)入液體的折射角滿足

sin02

V3

sin仇=^1=專三,可知分=30°,

則光線在B點進(jìn)入液體的折射角為30°o

(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線過凹面鏡的球心O,由幾

何關(guān)系得NABC=ZCOB=30°。

由題可知AC=15mm,CZ)=10mm,

的距離為BC=

BCtan/LABC=15V3mm,

nr'

OC的距離為OC=--M5mm,

tanzCOB

由幾何關(guān)系得凹面鏡半徑R=OC+CD=55mmo

應(yīng)用光的折射定律解決問題的思路

⑴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。

考點二全反射光的折射和全反射的綜合應(yīng)用

［例3］【對全反射條件的理解】(2024?廣東卷,6)如圖所示，紅綠兩束單色光,同時從空氣中沿同一路徑以，角從面射入某長

方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射，反射光射向面。若6逐漸增大，兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會先后消

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，紅光比綠光更靠近尸點

[B]0逐漸增大時，紅光的全反射現(xiàn)象先消失

[C]e逐漸增大時,入射光可能在兒w面發(fā)生全反射

[D]。逐漸減小時，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〃=粵，可知綠光在面的折射南較小，根據(jù)幾何關(guān)系可知綠光

比紅光更靠近P點，故A錯誤;根據(jù)sinC=j可知，紅光發(fā)生全反射的臨界角較大,0逐漸增大時，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;在面,光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，無論。多大，都不可能發(fā)生全反射,

故C錯誤;0逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸減小，故D錯誤。

[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等多方面的優(yōu)點。如圖

甲是光纖的示意圖，圖乙是光纖簡化示意圖（內(nèi)芯簡化為長直玻璃絲，外套簡化為真空），玻璃絲長為AC=L,折射率為〃,A3、C。代

表端面，光從AB端面以某一入射角d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,下列選項正確

的是（）

內(nèi)芯-ay

,外套/B

[A]內(nèi)芯相對于外套是光疏介質(zhì)

[B]sin0=Vn2-l

[C]光在玻璃絲中傳播的速度為csin。

[D]光在玻璃絲中從AB端面?zhèn)鞑サ紺D端面所用的時間為空乙

C

【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)芯相對于外套是光密介質(zhì)，故A錯誤;由題意〃二絲吼二一,+。=9。。

sinrsinC

得sin8=，九2—1,故B正確;根據(jù)〃二二光在玻璃絲中的傳播速度為丫=/:=，故C錯誤;由幾何關(guān)系sin又傳播時間為得

vVsin20+1xv

u巴L故D正確。

c

[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，尸。為半球體的直徑,0為半球

體的球心?，F(xiàn)有一束激光垂直于半球的平面射入半球體，入射點從P點沿直徑PQ緩慢向。點移動，發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射點移動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）若該束激光入射點移動至距離球心為3cm位置入射，求光線射出半球體的折射角的正弦值。

回規(guī)范答題I

【答案】(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的光路圖如圖甲所示,

設(shè)該入射點位置為A,此時入射角為C,由幾何關(guān)系可知OA=6cm-2cm=4cm,

.OA2

-s-i-n---C--=-R—…3，

由全反射規(guī)律，可知sinC=-,

n

得n=1.5o

（2）當(dāng)該束激光入射點移動至距離球心為