(共52张PPT)
DIWUZHANG
第五章
3 利用传感器制作简单的自动控制装置
学习目标
1.进一步理解常用传感器的工作原理及应用(重点)。
2.学会利用传感器制作自动控制装置(难点)。
内容索引
一、门窗防盗报警装置
二、光控开关及其应用
课时对点练
三、热敏电阻的应用
一
门窗防盗报警装置
1.实验器材和装置
干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器(虚线框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。
2.电路工作原理
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸，继电器接通而工作，继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。
3.实验操作
(1)检查干簧管。用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。
(2)连接电路。连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
(2022·海门市证大中学期中)如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是
A.电磁继电器与发电机工作原理相同
B.电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C.电磁铁工作时，上端为S极
D.当有人闯入保密室时，b灯亮
例1
√
电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是
利用电磁感应原理制成的，选项A错误；
电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无
铁芯有关，选项B错误；
由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；
当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。
二
光控开关及其应用
1.实验器材和装置
光敏电阻能完成光信号向电信号的转变。晶体三极管有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。发光二极管LED模仿路灯。电路设计如图甲。
为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示。
2.电路工作原理
(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮。
(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L。
3.实验操作
(1)连接电路，检查无误后，接通电源。
(2)用光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光。
(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用。街道路灯自动控制就是其应用之一，如图所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流信号放大器，D为路灯。请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果。
例2
答案 见解析图
当有光照射时，光敏电阻阻值较小，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，光敏电阻阻值增大，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，控制路灯电路接通，路灯开始工作，电路如图所示。
三
热敏电阻的应用
在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图甲所示，箱内电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab≥0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________℃。
例3
35
(2022·宿迁市高二期中)某同学制作一个简易的温控装置，实验电路如图甲，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流达到或超过30 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的关系如图乙所示：
例4
(1)提供的实验器材有：电源E(12 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～4 000 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱0～999.9 Ω、开关S、导线若干。要启动继电器，则电路中的总电阻需满足：R继电器＋R＋Rt≤________ Ω。为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，滑动变阻器R应选用________(选填R1或R2)。
400
R1
当继电器的电流达到或超过30 mA时，
才能吸合，所以
结合继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的最大值为200 Ω，所以滑动变阻器选R1；
(2)如果要把温控装置设置为50 ℃，应先用电阻箱替代热敏电阻，把电阻箱数值调至________ Ω，闭合开关，调节滑动变阻器，直至继电器的衔铁被吸合。然后断开开关，再重新把热敏电阻替换电阻箱。
80
由题图乙看出，当温度为50 ℃，热敏电阻Rt＝80 Ω，用电阻箱替代热敏电阻，所以把电阻箱数值调到80 Ω；
(3)该温控装置在__________(填“低温区域”或“高温区域”)灵敏度更高。甲、乙两位同学就提高该温控装置的灵敏度方案进行了讨论：甲同学认为应该换一个24 V的电源，电动势越大越容易驱动电磁继电器，可以提高温控装置的灵敏度；乙同学则认为应该换一个6 V的电源，这样使继电器启动的电阻更小，热敏电阻占总电阻的比例增大，其控制效果更好。你认为________(填甲或乙)同学的分析更有道理。
低温区域
甲
从题图乙看出，高温区电阻的变化比较平缓，即较大的温度变化才能引起一定的电阻变化，而在低温区，较小的温度变化就能导致较大的电阻变化，从而使得电流发生较大的变化，所以低温区域灵敏度高；若要提高灵敏度，需要电阻变化较小时能引起较大的电流变化，所以换一个24 V的电源可达到目的，则甲同学说法正确。
四
课时对点练
考点一 门窗防盗报警装置
1.图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用，乙图为其原理示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。
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基础对点练
下列说法正确的是
A.触发器内是一个开关，当主机与磁
条靠近时，开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
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√
门关上时，磁条与触发器刚好靠在
一起，此时报警器不工作，说明电
路是断开的；当主机开关闭合时，
若门被打开，磁条与主机分离，主
机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确。
触发器与磁条之间存在磁力的作用，因为铜没有磁性，所以触发器不可能是由铜制成的，选项B错误。
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无论磁条哪个磁极靠近触发器，
都存在磁力作用，所以两极对调
后，该报警器仍能正常工作，选
项C错误。
本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误。
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2.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，可知灯的亮灭情况能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比的变化情况为
A.红灯亮，UR2变大 B.绿灯亮，UR2变大
C.绿灯亮，UR2变小 D.红灯亮，UR2变小
√
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当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，则电路中总电阻减小，总电流I增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝ 减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，电磁继电器产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，选项D正确。
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考点二 光控与温控装置
3.如图所示为一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，下列说法正确的是
A.温度升高至74 ℃时，灯L1亮报警
B.温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
C.温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
D.温度升高至78 ℃时，灯L2亮报警
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当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，不报警；当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁体吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警，故选D。
4.(2023·南通市高二校考阶段练习)如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当D、E中通过的电流较小时，电磁铁磁性弱，A与B接线柱接通；当D、E中通过的电流增大到一定数值时，C与B接线柱接通。图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开、关的电路图，虚线框内为电磁继电器接入电路时的符号(M、N两接线柱分别与电磁继电器中接线柱A或C连接)。R为光敏电阻，R1为可调电阻，R0为保护电
阻。开关S闭合，在光线暗时对路灯L供
电，光线亮时对路灯L断电并同时接通
LED。
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下列说法中正确的是
A.光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B.为使电路正常工作，图甲中电磁继电
器的A接线柱应与图乙中N接线柱连接
C.为更好的节能环保，光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小
D.当LED出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作
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√
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光敏电阻的阻值随光照强度减小而增大，
由题意可知，光线较暗时，光敏电阻的
阻值较大，接M接线柱，题图甲中电磁
继电器的A接线柱应与题图乙中M接线
柱连接，此时A、B接通，流过D、E的电流较小，故A、B错误；
电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值，A、B接通，光线更暗时，光敏电阻的阻值更大，根据I＝ ，可知要实现光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小，故C正确；
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当LED出现断路故障时，不影响电磁继电器部分的电路，可以正常工作，故D错误。
5.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
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(1)在图中完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
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答案 见解析图
热敏电阻工作温度达到60 ℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其阻值等于60 ℃时热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0 Ω，使报警器能正常报警，电路图如图所示。
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(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
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R2
U＝18 V，通过报警器的电流10 mA≤I≤20 mA，故电路中总电阻R＝ ，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑动变阻器选R2。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_______ Ω；滑动变阻器的滑片应置于____(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________
________________。
650.0
b
接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，
报警器可能损坏
②将开关向________(填“c”或“d”)
端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，
直至________________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
c
报警器开始报警
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①热敏电阻阻值为650.0 Ω时，报警
器开始报警，模拟热敏电阻的电阻
箱的阻值也应为650.0 Ω，为防止通
过报警器电流过大，造成报警器烧
坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。
②实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警。
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6.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控
制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加
热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成。S1
是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起______作用。R3是发热电阻，
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能力综合练
限流
接通电源并闭合S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(选填“<”“＝”或“>”)，当用电饭煲烧水时，S1________(选填“会”或“不会”)自动断开。
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>
不会
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通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，且并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2>R3；当用电饭煲烧水时，温度达不到居里点(103 ℃)，S1不会自动断开。
7.(2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
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答案 见解析图
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滑动变阻器最大阻值仅20 Ω，应采用分压式接法，电压表为理想电表，应采用毫安表外接法，测量电路图如图所示。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为______ kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值RT随温度t变化的曲线如图(a)所示。
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(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。
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25.5
根据RT－t图像，RT＝2.2 kΩ时，t约为25.5 ℃。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)。
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R1
1.2
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BENKEJIESHU
本课结束(共22张PPT)
DIWUZHANG
第五章
章末素养提升
再现素养
知识
物理观念 传感器及其工作原理 1.定义：将 转换为 或控制电路的通断的元件
2.敏感元件：
3.工作流程：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
①热敏电阻和金属热电阻——温度传感器，将____
转化为电学量
②光敏电阻——光传感器，将 转化为电学量
③电阻应变片——电子秤，将 转化为电学量
非电学量
电学量
热学
量
光学量
力学量
科学思维 1.理解传感器的原理
2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置
2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用；增强民族自豪感
传感器被广泛应用于生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
例1
提能综合
训练
√
冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度，A正确；
夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；
电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；
霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。
在一些洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为
A.改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场 D.改变了电容
例2
√
根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器开始工作，手撤离干手机时电热器停止工作，人是一种导体，干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容，电热器便开始工作。用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机。故选D。
如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置。则
A.当有人通过而遮住光时，A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光时，A、B之间电压不变
C.当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
例3
√
R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通
过而遮住光时，R1的阻值变大，回路中的电流I减
小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A、B项错误；
由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；
当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误。
(2022·扬州市高二期末)把光敏电阻(光照越强，阻值越小)接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警
C.增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警
D.增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警
例4
√
干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片
的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹
力时，常开接点就会被吸合；当磁力减小到一定程度
时，接点被簧片的弹力打开。则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，故A错误；
线圈中电流不变，总电阻不变，增大电阻箱R的阻值，光敏电阻阻值更小时才会报警，即报警器在光照更强时才会报警，故B正确；
线圈中电流不变，增加电源B的电动势，报警时，电
路中总电阻变大，光敏电阻变大，报警器在光照更弱
时就会报警，故C错误；
增加电源A的电动势，不影响线圈中电流，报警器在原光照强度时会报警，故D错误。
(2022·徐州市高二期中)电饭锅的内部结构如图所示，电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了，这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃，下列说法正确的是
A.当温度达到“居里点”时，感温铁氧体的磁性
最强
B.如果用电饭锅烧水，在水沸腾后，电热板电源
开关会自动断开
C.煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时，电热板电源开关不会自动断开
D.煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，永磁体被吸引，不用压下开关
按钮就可以自动煮饭
例5
√
温度上升到“居里点”时，感温铁氧体就
失去了铁磁性，故A错误；
如果用电饭锅烧水，在水沸腾后温度为
100 ℃，无法达到“居里点”，电热板电
源开关不会自动断开，故B错误；
煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时温度为100 ℃，无法达到“居里点”，电热板电源开关不会自动断开，故C正确；
煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，有弹簧在，永磁体不会被吸引，不可以自动煮饭，故D错误。
(2023·江苏省如皋中学校考阶段练习)利用如图所示的加速度计可探究弹簧振子的位移随时间变化的关系。取滑块从图示的平
衡位置向右运动为零时刻，此时滑块下方的滑片在均匀
电阻丝R的中间位置，电压传感器得到PQ两端的电势差
UPQ随时间t变化的图像是
例6
√
某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。
例7
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱______相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连(均选填“A”或“B”)；
B
A
根据题意知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(2)当环境温度升高时，热敏电阻阻值将______，继电器的磁性将______(均选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到_____℃时，警铃报警；
减小
增大
80
由题图乙知，当环境温度升高时，热敏电阻阻
值减小，由闭合电路欧姆定律知电路中电流增
大，则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流
等于50 mA时，继电器的衔铁刚好被吸合，此
时控制电路中总电阻最大值为R总＝ Ω
＝60 Ω，此时热敏电阻阻值为R＝R总－R0＝(60－30) Ω＝30 Ω，由题图乙知，此时环境温度为80 ℃，所以环境温度在达到80 ℃时，警铃报警。
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是______。
A.适当减小U1 B.适当增大U1
C.适当减小U2 D.适当增大U2
A
要使报警电路在更高的温度报警，则线圈中的电流等于50 mA时，热敏电阻R的阻值变小，由(2)知，热敏电阻R＝ －R0，则可通过适当减小U1达到这个目的，故选A。
BENKEJIESHU
本课结束(共63张PPT)
DIWUZHANG
第五章
1 认识传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
学习目标
1.知道什么是传感器，了解传感器的种类(重点)。
2.知道传感器的组成与应用模式。
3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变
片、电容式传感器的工作原理及应用(难点)。
四、电阻应变片
内容索引
一、传感器及其工作原理
二、光敏电阻
课时对点练
三、金属热电阻和热敏电阻
五、电容式传感器
一
传感器及其工作原理
干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：
(1)会发生什么现象，为什么？
答案 灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。
(2)干簧管的作用是什么？
答案 干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
梳理与总结
1.传感器
(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的 (通常是 、电流等电学量)输出，或转换为电路的 的器件或装置。
(2)功能：把 量转化为 量，可以方便地进行测量、传输、处理和 。
2.传感器的种类、组成与应用模式
(1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为 传感器、____
传感器和 传感器。
可用信号
电压
通断
非电学
电学
控制
物理
化学
生物
(2)组成：传感器主要由 、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
②转换元件：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
(3)传感器应用的一般模式：
敏感元件
关于传感器，下列说法正确的是
A.所有传感器都是由半导体材料制成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D.水银温度计是一种传感器
例1
√
传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误，B正确；
传感器是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；
水银温度计根据液体的热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误。
在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类
A.物理传感器 B.化学传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
例2
酶标法的原理是利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。
√
二
光敏电阻
1.特点：在被光照射时 发生变化，阻值随光照强度的增强而明显
。
2.阻值发生变化的原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子 ，导电性能 ；随着光照的增强，载流子 ，导电性 。
3.作用：把 这个光学量转换为 这个电学量。
电阻
减小
极少
差
增多
变好
光照强弱
电阻
4.应用实例：在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。当光被产品挡住时，R1电阻 (填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压 (填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到 (填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次 (填“高”或“低”)电压，并计数一次。
增大
减小
低
低
(2022·江苏省上冈高级中学期中)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电压表和电流表均为理想交流电表，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝220 sin 100πt(V)，则
A.在天逐渐变黑的过程中，电压表V的示数变小
B.在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小
C.在天逐渐变黑的过程中，电流表A1的示数变大
D.在天逐渐变黑的过程中，电压表V的示数变大
例3
√
三
金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而 ，如图中图线①所示。
2.热敏电阻
(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生
明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻
—温度特性曲线。
(2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而_____
的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。
3.作用：金属热电阻和热敏电阻把 这个热学量转换成 这个电学量。
增大
减小
温度
电阻
思考与讨论
将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？
答案 由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。
电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是
A.图线1是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
例4
金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A、B错误；
图线1对应的材料化学稳定性好，但灵敏度差，图线2对应的材料化学稳定性差，但灵敏度高，所以C错误，D正确。
√
(2022·连云港市高二校联考阶段练习)如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，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变大，U变小
C.I变小，U变大 D.I变小，U变小
例5
√
当传感器R2所在处出现火情时，R2阻值变小，R2与R3的
并联总电阻减小，外电路的总电阻R减小，由闭合电路
欧姆定律可知电路的总电流增大，电源的内电压变大，
由U＝E－I总r，可知路端电压减小，即报警器两端电压U减小，电路中并联部分的电压U并＝E－I总(R1＋r)，由于I总变大，则可知U并变小，则根据部分电路的欧姆定律可知通过显示器的电流I变小。故选D。
四
电阻应变片
1.电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时，其电阻也随之变化的现象。
2.电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和 ，后者的工作原理是基于半导体材料的 。
3.电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为 这个电学量。
半导体电阻应变片
压阻效应
电阻
4.应用实例：如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变 (填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变 (填“大”或“小”)。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变 (填“大”或“小”)，下表面应变片两端的电压变 (填“大”或“小”)。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越 (填“大”或“小”)。
大
小
大
小
大
压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是
A.0到t1时间内，升降机一定静止
B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C.t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
例6
√
从0～t1时间内，电流不变，根据闭合电路
的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升
降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；
t1～t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确；
t2～t3时间内电流不变，电阻不变，压力不
变，电流大于静止时的电流，压力大于静
止时的压力，物块受重力和支持力，根据
牛顿第二定律有FN′－mg＝ma′，合力向上，加速度向上且大小不变，所以t2～t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。
五
电容式传感器
电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。
如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片，他们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作，试分析它的工作原理。
思考与讨论
答案 电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化。将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号。
如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是
A.汽车保持静止时，电容器不带电
B.汽车静止时与做直线运动时，电容器的
电容可能相同
C.汽车由静止突然向右加速，电路中有逆
时针方向的电流
D.汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
例7
√
汽车保持静止时，Q＝CU，电容器带电，故A错误；
汽车静止时与做匀速直线运动时，弹簧长度相同，电容器的电容相同，故B正确；
当汽车向右加速运动时，电容器电介质相对于电容器向左运动，由C＝ 可知电容变大，因两极板间的电压不变，则电容器所带的电荷量增加，电路中有顺时针方向的电流，故C错误；
汽车向右做匀加速运动过程中，加速度不变，弹簧伸长量不变，电容器充电完成后，不再有电流，故D错误。
六
课时对点练
考点一 传感器及其工作原理
1.(2022·徐州市高二期中)下列说法正确的是
A.干簧管是一种由电场控制的开关
B.光敏电阻能够把电信号转换成光信号
C.用半导体材料做成的热敏电阻在温度升高时电阻减小
D.可燃性气体报警器利用压力传感器制成
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基础对点练
√
干簧管是在玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，当磁场靠近时，两个磁片被磁化而接通，所以干簧管是由磁场控制的开关，故A错误；
光敏电阻是用电阻率与光照强度有关的材料制成的，当光照射时，电阻发生变化，是把光信号转化成电信号，故B错误；
热敏电阻是用电阻率与温度有关的材料制成的，用半导体做成的热敏电阻在温度升高时，电阻减小，故C正确；
可燃性气体传感器利用电化学气体传感器制成，故D错误。
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2.(2023·徐州市高二期中)2022年政府“惠民工程”为每个老小区居民楼免费安装了楼道照明灯，白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮。该开关中有哪两种传感器？①声传感器，②压力传感器，③环境光线传感器，④温度传感器
A.①② B.①③
C.①④ D.②④
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白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮，由此可知该开关中有声传感器和环境光线传感器，故选B。
考点二 常见传感器及其应用
3.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不发生变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为
A.铜 B.合金
C.半导体 D.绝缘体
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由题意可知，该电阻为热敏电阻，热敏电阻由半导体材料制成，故C正确，A、B、D错误。
4.位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是
A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时，电路中没有电流
D.物体M不动时，电压表没有示数
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电压表为理想电表，则电压表不分流，故滑片P移动时
不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，且
电路中始终有电流，故A、C错误；
电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物
体M的运动即滑片P的移动而变化，物体M不动时，电压表仍有读数，故B正确，D错误。
5.传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是
A.图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，可
判断出h变小
B.图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，可
判断出θ变小
C.图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器
的负极，则x变小
D.图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
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题图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，则电容减小，极板正对面积减小，θ变大，B错误；
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题图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电荷量减小，电容减小，电介质向外移动，则x变大，C错误；
题图丁中两极间的电压不变，若电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电荷量增加，电容增大，两电极间距离减小，则F变大，D正确。
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6.在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时
A.电容器C的带电荷量增大
B.理想电压表的示数减小
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
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由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1减小，D错误；
7.(2022·扬州市高二期中)测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它的主要部件压力传感器是一个阻值随压力增大而减小的电阻器，下列说法正确的是
A.称重计在电路中相当于一个电压表
B.电路中的R′没有作用
C.人体越重，流过称重计的电流越大
D.人体越重，流过称重计的电流越小
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称重表串联在电路中，相当于电流表，A错误；
当人体很重时，压力传感器阻值很小，如果没有R′，
电路中电流过大，会损坏电表，所以电路中的R′是
起保护电路作用，B错误；
当人体越重时，压力传感器阻值越小，电路中电阻越小，电流越大，C正确，D错误。
8.如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值r′的倒数与接触到酒精气体的浓度c成正比。则下列说法正确的是
A.电压表的示数无法表示浓度c的变化
B.电压表的示数越大，表示浓度c越小
C.酒精气体传感器把电信号转化成非电信号
D.当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大
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酒精气体传感器和定值电阻R、R0串联在电路中，电
压表测R0两端的电压，酒精气体传感器的电阻的倒
数与接触到酒精气体的浓度成正比，接触到的酒精气体浓度越大则酒精气体传感器的电阻的倒数越大，即传感器的电阻越小，根据欧姆定律可知电路中电流越大，R0两端的电压越大，所以U越大，表示浓度c越大，A、B错误，D正确；
酒精气体传感器把非电信号(酒精气体浓度)转化成电信号(电压)，C错误。
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9.(2023·江苏省丹阳高级中学校考期末)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U，下列说法中正确的是
A.电势差U仅与材料有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD<0
C.仅增大磁感应强度时，电势差U变小
D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
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能力综合练
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电势差U不仅与材料有关，还与磁感强度大小、电流
大小有关，A错误；
若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电
子受洛伦兹力向C端移动，因此电势差UCD<0，B正确；
根据Eq＝Bqv，而U＝Ed＝Bvd，因此仅增大磁感应强度时，电势差U变大，C错误；
在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，让磁感线穿过工作面，D错误。
10.如图所示，电路由电源(电动势为E，内阻为r)，开关S，定值电阻R1、R2，光敏电阻R3(光照越强，电阻越小)和两平行板水平放置的电容器连接而成。开关S闭合，稳定后电容器两板间的M点有一带电液滴恰好静止。当用强光照射R3时
A.液滴向下运动
B.电容器所带电荷量增加
C.电源的输出功率减小
D.M点的电势不变
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电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，R1两端的电压增大，电容器两板间的电压增大，板间电场强度增大，液滴所受的静电力增大，液滴向上运动，故A错误；
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电容器两板间的电压增大，电容不变，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增加，故B正确；
由于内、外电阻的关系未知，所以无法确定电源的输出功率如何变化，故C错误；
电容器两板间电场强度增大，M点与下极板间的电势差增大，而M点的电势比下极板的电势高，所以M点的电势升高，故D错误。
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11.(2022·江苏省苏州实验中学校考期中)利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源，理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作为测温探头，把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是
A.温度升高后，电源的效率将升高
B.该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
C.tA和tB相比，tA应标在电压较小的刻度上
D.若电池用久后内阻r变大，用该温度计测量的温度要比真实值偏高
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12.(2023·连云港市高二期中)现代生物医学研究使用的细菌培养箱内的温度需要精确测控，测控的方法之一是用热敏电阻来探测温度。如图甲所示的电路，将热敏电阻R0置于细菌培养箱内(如图中虚线)，其余都置于箱外。这样可以通过理想电流表、电压表的示数来表示箱内温度。已知随着箱内温度的改变，电压表和电流表示数如图乙，电源的电动势恒定、内阻忽略不计。热敏电阻随温度的变化图像如图丙所示，求：
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(1)电阻R的阻值；
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答案 600 Ω
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根据题意，由题图乙可知，当I＝0时
U＝16 V
则电源的电动势为E＝16 V
当I＝20 mA＝0.02 A时，电阻R0两端的电压为U＝4 V
由闭合电路欧姆定律有U＝E－IR
解得R＝600 Ω
(2)当培养箱内的温度为40 ℃时，电流表的示数；
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答案 16 mA
由题图丙可知，当培养箱内的温度为40 ℃时，R0的阻值为R0＝400 Ω
由闭合电路欧姆定律有
(3)已知电流表的量程是0～20 mA，电压表的量程是0～16 V，则此电路能够测量的最高温度约是多少？此时热敏电阻R0消耗的电功率是多大？
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答案 70 ℃ 0.08 W
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根据题意，由题图丙可知，温度越高，R0阻值越小，则温度最高时，电路中电流最大，即电流表满偏，则有
E＝Ig(R0＋R)
解得，此时R0的阻值为
R0＝200 Ω
由题图丙可知，此时温度为70 ℃，热敏电阻R0两端的电压为
U1＝IgR0＝4 V
则消耗的电功率为
P＝IgU1＝0.08 W。
BENKEJIESHU
本课结束
