课时分层作业(十四) 科学制作：简单的自动控制装置 大显身手的传感器
◎题组一 简单的自动控制装置
1．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
2．(多选)如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则( )
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
3．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警
4．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是( )
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃
C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
5．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体(CO、CH4等)浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻。根据如下材料，U＝220 V的电源、M排风扇、G继电器、A控制电源、S控制开关。请设计一个家用自动排烟电路，在图中完成连线图。
◎题组二 大显身手的传感器
6．模块机器人可以由下列几部分组成( )
A．触发传感器、执行器和小风扇
B．光敏电阻、触发传感器和执行器
C．声传感器、小灯泡和蜂鸣器
D．热敏电阻、控制器和蜂鸣器
7．电子秤使用的传感器是( )
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．压力传感器 D．红外线传感器
8．(多选)如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法正确的是( )
A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小
9．如图甲(a)所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图甲(b)所示，试根据这一特性由图乙中给定的器材设计一个自动光控电路。
甲
乙
10．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
11．(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变
12．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：
(1)为什么处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
(2)通电一段时间后电熨斗温度T自动稳定在________范围之内。
13．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗，照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
8/8课时分层作业(十四) 科学制作：简单的自动控制装置 大显身手的传感器
◎题组一 简单的自动控制装置
1．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
B [题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器中一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需满足光照和温度其中的一个条件即可，选项A、C、D错误，选项B正确。]
2．(多选)如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则( )
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
BC [由题意可知，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，这时虽然B线圈的开关S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生。当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确；如果此时断开B线圈的开关S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确。]
3．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警
D [当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故选项A、B、C错误，选项D正确。]
4．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是( )
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃
C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
C [甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻。热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，选项C正确。]
5．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体(CO、CH4等)浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻。根据如下材料，U＝220 V的电源、M排风扇、G继电器、A控制电源、S控制开关。请设计一个家用自动排烟电路，在图中完成连线图。
[解析] 电磁继电器起开关作用，所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。
[答案] 如图所示
◎题组二 大显身手的传感器
6．模块机器人可以由下列几部分组成( )
A．触发传感器、执行器和小风扇
B．光敏电阻、触发传感器和执行器
C．声传感器、小灯泡和蜂鸣器
D．热敏电阻、控制器和蜂鸣器
D [模块机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，相当于人的感觉器官、大脑和肌肉。在四个选项中，A、B、C三个选项都没有控制器，所以A、B、C三个选项都错误，D正确。]
7．电子秤使用的传感器是( )
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．压力传感器 D．红外线传感器
C [电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确。]
8．(多选)如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法正确的是( )
A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小
ABD [电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故选项A正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项B、D正确，C错误。]
9．如图甲(a)所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图甲(b)所示，试根据这一特性由图乙中给定的器材设计一个自动光控电路。
甲
乙
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。
根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程是：当有光照时，输入电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，输入电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。
[答案] 见解析图
10．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
AD [严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]
11．(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变
AD [从题图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t＜t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高。从以上分析可知，t＜t1时，温度会升高；t＞t2时，温度会降低。故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值。故A、D正确。]
12．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：
(1)为什么处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
(2)通电一段时间后电熨斗温度T自动稳定在________范围之内。
[解析] (1)由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P＝知，其发热功率较大，所以升温快。
(2)从图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应的生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T6～T7之间。
[答案] (1)见解析 (2)T6＜T＜T7
13．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗，照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
[解析] (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大而非线性减小。
(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示。
甲 乙
[答案] 见解析
8/8课时分层作业(十三) 常见传感器的工作原理
◎题组一 传感器的原理和分类
1．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
2．关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是( )
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
3．关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是( )
A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求
◎题组二 光敏电阻和热敏电阻的特性
4．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是( )
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
5．如图(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的( )
A B C D
6．(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
7．某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转。下列说法中正确的是( )
A．环境温度升高时，A点电势升高
B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低
C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高
D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作
◎题组三 霍尔效应的应用
8．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是( )
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．左表面的电动势高于右表面
C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态
D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
9．一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示。已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量为e。将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴正方向，并通有沿x轴正方向的电流I。
(1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面电势高？
(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与其中的电流成正比。
(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器。其测量方法为：将导体放在匀强磁场中，用毫安表测量通过的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压UCC′，就可测得B。若已知其霍尔系数k＝＝10 mV/mA·T。并测量UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA。试求该元件所在处的磁感应强度B的大小。
10．如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用NTC半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
11．(多选)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
A．温度不变，光照增强
B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强
D．温度升高，光照减弱
12．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R t图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
甲 乙
(1)电流计G的内阻Rg；
(2)当电流计的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
13．如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间。
(1)求系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。
(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？
(3)若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
7/8课时分层作业(十三) 常见传感器的工作原理
◎题组一 传感器的原理和分类
1．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
BC [传感器的作用主要是用来采集信息并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。故B、C正确。]
2．关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是( )
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
C [传感器工作的一般流程为：
非电学量敏感元件转换元件
转换电路
电学量，因此A、B、D错误，C正确。]
3．关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是( )
A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求
D [不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错误；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。]
◎题组二 光敏电阻和热敏电阻的特性
4．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是( )
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
A [光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误。]
5．如图(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的( )
A B C D
B [光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。]
6．(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
AC [热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。 ]
7．某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转。下列说法中正确的是( )
A．环境温度升高时，A点电势升高
B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低
C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高
D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作
A [当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小，则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转，工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误。]
◎题组三 霍尔效应的应用
8．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是( )
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．左表面的电动势高于右表面
C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态
D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
D [霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C错误；根据qvB＝q得，U＝Bdv，由电流的微观定义式I＝nqSv(n是单位体积内的导电粒子数，q是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度)整理得v＝，联立解得U＝，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。]
9．一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示。已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量为e。将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴正方向，并通有沿x轴正方向的电流I。
(1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面电势高？
(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与其中的电流成正比。
(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器。其测量方法为：将导体放在匀强磁场中，用毫安表测量通过的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压UCC′，就可测得B。若已知其霍尔系数k＝＝10 mV/mA·T。并测量UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA。试求该元件所在处的磁感应强度B的大小。
[解析] (1)因电子的运动方向与电流的方向相反，再由左手定则可知，电子向C面偏移，所以C′面电势较高。
(2)假设定向移动速度为v，由I＝，q＝nebdvt
可得：I＝nebdv
稳定时有：Bev＝
可得：UCC′＝I，中各量均为定值，
所以侧面的电势差与其中的电流成正比。
(3)由(2)可知B＝，代入得：B＝0.02 T。
[答案] (1)C′面较高 (2)见解析 (3)0.02 T
10．如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用NTC半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
B [当R2处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，U减小；电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流I减小，B正确。]
11．(多选)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
A．温度不变，光照增强
B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强
D．温度升高，光照减弱
AC [由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误；若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确；若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮，D错误。]
12．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R t图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
甲 乙
(1)电流计G的内阻Rg；
(2)当电流计的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
[解析] (1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA
根据闭合电路欧姆定律得：
Rg＝－R＝ Ω＝1 000 Ω。
(2)当电流计的示数I2＝1.8 mA时
R＝－Rg＝ Ω＝4 000 Ω
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时的温度为20 ℃。
[答案] (1)1 000 Ω (2)20 ℃
13．如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间。
(1)求系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。
(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？
(3)若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
[解析] (1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得2kx＝ma ①
电压表的示数为U＝E ②
由以上两式解得a＝(E－2U)。 ③
(2)均匀，因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。
(3)当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数Um＝E，电压表指针指在满刻度的位置时，U＝E，代入③式解得a＝－，方向向左。
[答案] (1)a＝(E－2U) (2)见解析 (3) 方向向左
7/8
