高中物理第6章3实验：传感器的应用课件选修32高二选修32物理课件
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t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
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回答下列问题： (1)在闭合 S1 前，图(a)中 R1 的滑片应移动到________(选填“a” 或“b”)端； (2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R2-t 曲 线；
______________________________________________________.
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[解析] (1)由图甲可知当温度升高时 Rt 的阻值减小，通过线圈 的电流变大，对衔铁的引力变大，可与 a 点接触，欲使报警器报警， c 应接在 a 点．
阻时表针的偏角为 θ，现用手掌挡住部分光线，表针 的偏角变为 θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ C．θ′＞θ D．不能确定 θ 和 θ′的关系
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B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照 射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻 值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时， 阻值越大，指针偏角越小，所以选项 B 正确．]
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(1)为了使温度过高时报警铃响，c 应接在________(选填“a”或 “b”)点．
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(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片 P 向 ________移动(选填“左”或“右”)．
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动 变阻器滑片 P 都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件 都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__
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四、注意事项 1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装． 2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器 不能正常工作． 3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把 R1 的阻值 调大些． 4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把 R1 的阻值调大些．
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(3)根据题述实验过程可知，测量的 R2 的数据等于对应的热敏电 阻 RT 的阻值．由画出的 R2-t 曲线可知，当 t＝44.0 ℃时，对应的 RT ＝450 Ω.
(4)由画出的 R2-t 曲线可知，当 RT＝620.0 Ω 时，手心温度 t＝33.0 ℃.
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(3)光控开关的工作原理：白天，光照强度较大，光敏电阻 RG 阻 值较小，加在斯密特触发器输入端 A 的电压较低，则输出端 Y 输出 高电平，发光二极管 LED 不导通；当天暗到一定程度时，RG 阻值增 大到一定值，斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到 1.6 V，输出端 Y 突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 LED 导通发光(相当于路 灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．
C．当增大 R1 时，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 D．当增大 R1 时，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
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BC [由于温度升高时，RT 变小，A 端电势升高而 Y 端电势降 低，蜂鸣器发声报警，故 B 项正确，A 项错误；又由于 RT 与 R1 是串 联关系，当 R1 增大时，A 端电势升高而 Y 端电势降低，蜂鸣器会发 声报警，故 C 项正确，D 项错误．]
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3．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作 用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测 量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料 制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由 热敏电阻 Rt 作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：
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[解析] 热敏电阻 RT 与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制 电路．电路图如图所示．
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当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器 的电流很小，继电器无法吸引衔铁 P，K 处接通，电炉丝处于加热状 态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继 电器的电流较大，继电器吸引衔铁 第二十五页，共五十页。
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[解析] (1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1 前，R1 应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小， 即题图(a)中 R1 的滑片应移到 b 端．
(2)将 t＝60 ℃和 t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用 平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R2-t 曲线．
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2．温度报警器 (1)电路如图所示．
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(2)工作原理：常温下，调节 R1 的阻值使斯密特触发器输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器 不发声；当温度升高时，热敏电阻 RT 阻值减小，斯密特触发器输入 端 A 的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端 Y 由高电平 跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1 的阻值不同，则报 警温度不同，可以通过调节 R1 来调节蜂鸣器的灵敏度．
[答案] 见解析
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【例 3】 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在 25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚 线区域)中的热敏电阻 RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为 900.0 Ω；电 源 E(6 V，内阻可忽略)；电压表 (量程 150 mV)；定值电阻 R0(阻值 20.0 Ω)，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1 000 Ω)；电阻箱 R2(阻值范围 0～ 999.9 Ω)；单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2.
较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当升 高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈 A，电 磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG 阻值减小， 斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低
电平跳到高电平，则线圈 A 不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路
第六章 传感器 3 实验(shíyàn)：传感器的应用
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[学习目标] 1.识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练 习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识．2．了解 光控开关电路及控制原理，会组装光控开关． 3.了解温度报警器及 控制原理，会组装温度报警器．
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(b)
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(c)
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(3)由图(b)可得到 RT 在 25 ℃～80 ℃范围内的温度特性．当 t＝ 44.0 ℃时，可得 RT＝________ Ω；
(4)将 RT 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图(c)所示，该 读数为________ Ω，则手心温度为________℃.
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二、实验器材
1．光控开关实验 斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、 可变电阻 R1(最大阻值 51 kΩ)、电阻 R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电 路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸． 2．温度报警器实验 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻 R1(最大阻值 1 kΩ)、 集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．
的电源，路灯熄灭．
[答案] 见解析
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【例 2】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变 阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路，要求温 度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自 动断电，画出电路图并说明工作过程．
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三、实验步骤
1．光控开关 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条 件下不亮． (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态． (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些， 以使得热敏电阻 Rt 的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片 P 向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
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自主预习 探新知
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一、实验原理和方法 1．光控开关 (1)电路如图所示．
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(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的 非门电路，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时， 输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端 A 的电压 下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)．
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2．温度报警器 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使蜂鸣器常温下不发声． (4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声． (5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．
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[答案] (1)b (2)如图所示
(3)450 (4)620.0 33.0
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课时演练 提素养
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1．如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上， 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电
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(a)
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实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0 ℃. 将 S2 与 1 端接通，闭合 S1，调节 R1 的滑片位置，使电压表读数为某 一值 U0；保持 R1 的滑片位置不变，将 R2 置于最大值，将 S2 与 2 端 接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0；断开 S1，记下此时 R2 的读 数．逐步降低温控室的温度 t，得到相应温度下 R2 的阻值，直至温度 降到 25.0 ℃.实验得到的 R2-t 的数据见下表．
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合作探究 攻重难
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【例 1】 如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意 图，试说明其工作原理．
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[解析] 天较亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天
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2．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下 列关于此电路的分析正确的是( )
A．当 RT 的温度升高时，RT 减小，A 端电势 降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当 RT 的温度升高时，RT 减小，A 端电势 升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
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回答下列问题： (1)在闭合 S1 前，图(a)中 R1 的滑片应移动到________(选填“a” 或“b”)端； (2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R2-t 曲 线；
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[解析] (1)由图甲可知当温度升高时 Rt 的阻值减小，通过线圈 的电流变大，对衔铁的引力变大，可与 a 点接触，欲使报警器报警， c 应接在 a 点．
阻时表针的偏角为 θ，现用手掌挡住部分光线，表针 的偏角变为 θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ C．θ′＞θ D．不能确定 θ 和 θ′的关系
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B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照 射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻 值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时， 阻值越大，指针偏角越小，所以选项 B 正确．]
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(1)为了使温度过高时报警铃响，c 应接在________(选填“a”或 “b”)点．
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(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片 P 向 ________移动(选填“左”或“右”)．
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动 变阻器滑片 P 都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件 都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__
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四、注意事项 1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装． 2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器 不能正常工作． 3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把 R1 的阻值 调大些． 4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把 R1 的阻值调大些．
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(3)根据题述实验过程可知，测量的 R2 的数据等于对应的热敏电 阻 RT 的阻值．由画出的 R2-t 曲线可知，当 t＝44.0 ℃时，对应的 RT ＝450 Ω.
(4)由画出的 R2-t 曲线可知，当 RT＝620.0 Ω 时，手心温度 t＝33.0 ℃.
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(3)光控开关的工作原理：白天，光照强度较大，光敏电阻 RG 阻 值较小，加在斯密特触发器输入端 A 的电压较低，则输出端 Y 输出 高电平，发光二极管 LED 不导通；当天暗到一定程度时，RG 阻值增 大到一定值，斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到 1.6 V，输出端 Y 突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 LED 导通发光(相当于路 灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．
C．当增大 R1 时，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 D．当增大 R1 时，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
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BC [由于温度升高时，RT 变小，A 端电势升高而 Y 端电势降 低，蜂鸣器发声报警，故 B 项正确，A 项错误；又由于 RT 与 R1 是串 联关系，当 R1 增大时，A 端电势升高而 Y 端电势降低，蜂鸣器会发 声报警，故 C 项正确，D 项错误．]
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3．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作 用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测 量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料 制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由 热敏电阻 Rt 作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：
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[解析] 热敏电阻 RT 与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制 电路．电路图如图所示．
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当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器 的电流很小，继电器无法吸引衔铁 P，K 处接通，电炉丝处于加热状 态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继 电器的电流较大，继电器吸引衔铁 第二十五页，共五十页。
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[解析] (1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1 前，R1 应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小， 即题图(a)中 R1 的滑片应移到 b 端．
(2)将 t＝60 ℃和 t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用 平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R2-t 曲线．
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2．温度报警器 (1)电路如图所示．
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(2)工作原理：常温下，调节 R1 的阻值使斯密特触发器输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器 不发声；当温度升高时，热敏电阻 RT 阻值减小，斯密特触发器输入 端 A 的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端 Y 由高电平 跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1 的阻值不同，则报 警温度不同，可以通过调节 R1 来调节蜂鸣器的灵敏度．
[答案] 见解析
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【例 3】 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在 25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚 线区域)中的热敏电阻 RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为 900.0 Ω；电 源 E(6 V，内阻可忽略)；电压表 (量程 150 mV)；定值电阻 R0(阻值 20.0 Ω)，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1 000 Ω)；电阻箱 R2(阻值范围 0～ 999.9 Ω)；单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2.
较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当升 高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈 A，电 磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG 阻值减小， 斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低
电平跳到高电平，则线圈 A 不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路
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(3)由图(b)可得到 RT 在 25 ℃～80 ℃范围内的温度特性．当 t＝ 44.0 ℃时，可得 RT＝________ Ω；
(4)将 RT 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图(c)所示，该 读数为________ Ω，则手心温度为________℃.
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1．光控开关实验 斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、 可变电阻 R1(最大阻值 51 kΩ)、电阻 R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电 路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸． 2．温度报警器实验 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻 R1(最大阻值 1 kΩ)、 集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．
的电源，路灯熄灭．
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三、实验步骤
1．光控开关 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条 件下不亮． (4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态． (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些， 以使得热敏电阻 Rt 的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片 P 向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
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2．温度报警器 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上． (2)检查各元件的连接，确保无误． (3)接通电源，调节电阻 R1，使蜂鸣器常温下不发声． (4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声． (5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．
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[答案] (1)b (2)如图所示
(3)450 (4)620.0 33.0
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实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0 ℃. 将 S2 与 1 端接通，闭合 S1，调节 R1 的滑片位置，使电压表读数为某 一值 U0；保持 R1 的滑片位置不变，将 R2 置于最大值，将 S2 与 2 端 接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0；断开 S1，记下此时 R2 的读 数．逐步降低温控室的温度 t，得到相应温度下 R2 的阻值，直至温度 降到 25.0 ℃.实验得到的 R2-t 的数据见下表．
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合作探究 攻重难
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【例 1】 如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意 图，试说明其工作原理．
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[解析] 天较亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天
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2．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下 列关于此电路的分析正确的是( )
A．当 RT 的温度升高时，RT 减小，A 端电势 降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当 RT 的温度升高时，RT 减小，A 端电势 升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声