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第五章 传感器
章 末 小 结
知识网络构建
方法归纳提炼
一、传感器工作原理分析
1．传感器的工作流程
2．与传感器相关的物理知识
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的特性，下表是几种传感器及与其相联系的物理知识。
传感器种类 敏感元件 实际应用 与之相联系的物理知识
光传感器 光敏电阻 火灾报警器 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 电熨斗、电饭锅 直流电路
力传感器 压敏电阻 电子秤 力学、运动学与直流电路
电容传感器 电容器 话筒 力学、运动学与含电容器的电路
3．传感器问题的分析方法
传感器问题应从如下四个方面分析。
(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量。
(2)信号分析：分析输入信号及输出信号，以及输出信号与输入信号间的变化规律。
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的对应关系。
(4)执行机构工作分析：分析所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
1．如图甲所示为测量血压的压力传感器在工作时的示意图。测量血压时将薄金属片P放在手臂的血管上，薄金属片P上固定四个电阻R1、R2、R3、R4(如图乙所示，且四个电阻通电时的电流方向都是纵向的)，图丙是金属片P的侧视图。四个电阻与电源、电流计、可变电阻连接成图丁所示电路。
(1)开始时，薄金属片P中央的O点未施加任何压力，要使电流计无读数，则四个电阻的阻值应满足的关系是_________；
(2)当给O点施加一个压力F后薄金属片P发生形变，四个电阻也随之发生形变，形变后四个电阻的阻值变化情况分别为：R1_______、R2_______，R3_______，R4_________；(均填“增大”“减小”或“不变”)
(3)电阻变化后，电路中的A、B两点的电势φA_________(填“大于”“小于”或“等于”)φB；
(4)简述血压计测血压的原理：_______________；
(5)图丁电路中，若电桥已经平衡，现将电源和电流计互换位置，则电桥_________(填“仍然平衡”或“不能平衡”)。
思路引导：电流计无示数也就是A、B两点电势相等，即R1与R2的分压情况和R3与R4的分压情况相同。
(2)当给O点施加压力F后，电阻R1和R4会被纵向拉伸，电阻R2和R3会被横向拉伸，根据电阻定律可知，R1、R4的阻值增大，R2、R3的阻值减小。
(3)由于电阻R1、R4增大，R2、R3减小，则A点电势降低，B点电势升高，即φA<φB。
(4)脉搏跳动时，对薄金属片P施加的压力发生变化，电流计的示数发生变化。
二、自动控制电路的设计及组装
自动控制电路的设计及组装为力学、电学、磁学的一个大综合，通过传感器把它们联系在一起，特别是简单电路的设计，不论是敏感元件的基础知识，还是器材的组装、调试、连接、电路设计，考查内容既具体又灵活。近几年来，高考特别重视对动手能力的考查，而不局限于只会做题，更注重学生的研究方法和创新思维。
设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行。
(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路，控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线组成。这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关。
(2)分析自动控制电路的合理性
电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求，比如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光。
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，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。
思路引导：本题考查自动控制电路的设计，热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成控制电路。
答案：见解析
解析：电路图如图所示。
工作过程：闭合S，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热；当温度达到设定值时，热敏电阻的阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热；当温度低于设定值时，又重复前述过程。
进考场练真题
一、高考真题探析
(2024·河北高考真题)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的_______(填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的_______、_______、_______接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而_______(填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能，图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应_______(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
答案：(1)负极 (2)①A A D/C ②减小 (3)增大
解析：(1)根据欧姆表结构，使用时欧姆表黑表笔接内部电源正极，故当黑表笔接M端时，电阻无穷大，说明二极管反向截止即M端为二极管的负极。
(2)题干要求电压表、电流表读数从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D；由图像可知，随光照强度增加，I－U图像斜率增大，所以电阻减小。
(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。
二、进考场练真题
1．(2024·北京高考真题)如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。两弹簧处于原长时，M
位于R的中点，理想电压表的指针位于表盘中
央。当P端电势高于Q端时，指针位于表盘右侧。
将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则
下列说法正确的是( )
A．若M位于R的中点右侧，P端电势低于Q端
B．电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比
C．若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右
D．若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右
答案：D
解析：由题意可知，M位于R中点位置时与两电源间的电势相等，设R的中点电势为零，则M位于R的中点右侧，P端电势高于Q端电势，故A错误；由欧姆定律及电阻定律可知，P端与Q端电势差与指针偏离R中点的距离x成正比，故B错误；已知电压表指针位于表盘左侧，只能确定加速度的方向，不能确定速度的方向，故C错误；已知电压表指针位于表盘左侧，滑块左侧弹簧压缩、右侧弹簧伸长，滑块所受合力向右，故物体加速度方向向右，故D正确。
2．(多选)(2023·浙江卷)下列说法正确的是( )
A．利用电容传感器可制成麦克风
B．物体受合外力越大，则动量变化越快
C．利用红外传感器可制成商场的自动门
D．牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用
答案：ABC
3. (2022·北京高考)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力
越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于
U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压
小于U2(U1、U2为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。
下列说法正确的是( )
A．U1＜U2
B．R2为压力传感器
C．定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低
D．定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
答案：C
4．(2024·浙江高考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：
温度/ ℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20 ℃～28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启
加热系统加热，则应选择的电路是_________，定值电阻R的阻值应选_________，1、2两端的电压小于_________V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
A B C
答案：C 3 kΩ 1.8
5．(2023·湖南高考)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图(a)所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是_________；
(2)适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为_________(用R1、R2、R3表示)；
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点，绘制U－m关系图线；
(4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200 mV，则F0大小是_________(重力加速度取9.8 m/s2，保留2位有效数字)；
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则F1_________(填“>”“＝”或“<”)F0。
解析：(1)欧姆表读数为10×100 Ω＝1 000 Ω。
(4)由图像可知，当电压传感器的
读数为200 mV时，所放物体质量为1.75
g，则F0＝mg＝1.75×10－3×9.8 N＝1.7
×10－2 N。
6．(2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以
恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图甲
所示，实验设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：
恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电
阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，须调节_________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻_________(填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图乙所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是______ kΩ·℃－1 (保留2位有效数字)。
答案：(1)可变电阻R1 远大于 (2)－1.2
7．(2021·河北高考)某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡(6.3 V,0.15 A)，直流电源(9 V)，滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。
(1)根据图1，完成图2中的实物连线；
(2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是_________(单项选择，填正确答案标号)；
A．电流表短路
B．滑动变阻器的滑片接触不良
C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端
(3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为_________(保留三位有效数字)。
答案：(1)见解析 (2)C (3)27.0 Ω
解析：(1)电流表负极与滑动变阻器的右端的b位置连接，如图
(2)开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；滑动变阻器的滑片开始时置于b端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确。故选C。
8．(2021·广东卷，12)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔_________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而_________。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到_________(填“a”或“b”)端。
将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01_________(填“大于”“小于”或“等于”)R02。此时热敏电阻阻值RT＝_________。
答案：(1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01－R02
解析：(1)选择倍率适当的欧姆挡，将两表笔短接；欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
(2)①闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；
②因两次电压表和电流表的示数相同，所以R01＝R02＋RT
即 RT＝R01－R02，可知R01大于R02。
9．(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。
(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R随温度t变化的曲线如图甲所示。
图甲
(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乙所示。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)。
(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。由图甲求得，此时室温为_________℃(保留3位有效数字)。
图乙
答案：(1)见解析 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
解析：(1)滑动变阻器用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接，连线如图所示。
(3)由图甲可以直接读出该电阻的阻值为2.2 kΩ对应的温度为25.5 ℃。
(4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻。
由图线可知，温度为50 ℃时，R1＝0.8 kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，
代入数据解得R2＝1.2 kΩ。第五章 学业质量标准检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分：100分，时间：75分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(2024·高二广东期末)应用物理原理制成的仪器设备可用于我们生活中的很多方面。图甲是夜晩用红外触发相机拍摄到的野外东北豹的照片，图乙是雷达天线，图丙为生产线上使用的自动计数器，图丁为霍尔元件，下列说法中正确的是( )
A．红外触发相机是利用红外线的荧光效应进行成像
B．雷达可用于测定物体位置，是利用长波波长较长、衍射现象明显的特点
C．自动计数器中的光敏电阻可以将光学量转化为电学量
D．霍尔元件可以把电学量转化为磁学量
答案：C
解析：红外线能使被照射的物体发热，具有热效应，红外触发相机就是利用红外线的热效应，故A错误；雷达是利用微波来测定物体位置的无线电设备，是利用微波波长较短、衍射现象不明显的特点，故B错误；光敏电阻随着光照强弱不同，电阻不同，可以通过遮光情况对流水线上的产品计数，将光照强弱这个光学量转化为电阻这个电学量，故C正确；霍尔元件可以把磁学量转化为电学量，故D错误。
2．如图为自动售货机投币系统示意图。它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理的说法不正确的是( )
A．当硬币被投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以便让机器测出电阻，如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支持物A下降，硬币沿斜面滚下
B．当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导致速度减小
C．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受
D．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度过快，开关B就打开，硬币被接受
答案：D
解析：由题图可知选项A、B、C均为自动售货机投币系统工作原理，故D错误，本题选D。
3．(2024·江苏扬州期中)如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K将金属板与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化磁场中。两板间放一台很小的压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球，K断开时传感器上有示数，K闭合稳定后传感器上恰好示数为0，则线圈中的磁场的变化情况和磁通量变化率分别是( )
A．正在增强，＝
B．正在减弱，＝
C．正在减弱，＝
D．正在增强，＝
答案：D
解析：开关闭合稳定后，对小球有qE＝mg，解得E＝，又E＝，根据法拉第电磁感应定律有U＝n，解得＝，由小球带正电，可知上金属板带负电，根据楞次定律可知，磁场正在增强，故D正确，A、B、C错误。
4．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
答案：D
解析：当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警。故D正确。
5．(2024·重庆模拟预测)某电容式电子秤的部分结构如图所示。将该电子秤水平放置，未测物品时，两金属板M，N平行正对，带有等量异种电荷且保持不变；当放置物品时，M板受到压力F而发生微小形变，则( )
A．M、N两板间电势差变小
B．M、N两板间场强处处不变
C．M、N两板构成的电容器的电容变小
D．M、N两板构成的电容器的电容不变
答案：A
解析：根据题意，由电容器的决定式C＝可知，M板受到压力F而发生微小形变，板间距离d减小，则电容器电容增大，故C、D错误；根据题意，由电容器的定义式C＝可知，由于极板上电荷量不变，电容增大，则M、N两板间电势差变小，故A正确；M板受到压力F而发生微小形变，M、N两板不平行，则M、N两板间场强不再是匀强电场，则一定不是场强处处不变，故B错误。
6．(2024·江苏泰州高二期末)地磅工作原理图如图所示，地磅空载时变阻器滑片P位于A点，满载时滑片P位于B点，弹簧始终处于弹性限度内。下列说法正确的是( )
A．电压表两端电压与被测汽车的质量成反比
B．电池长时间使用后，称量值会偏小
C．若称量值偏小，可在R0上串联一个电阻进行校正
D．若将一个电阻与电压表串联，可增大地磅量程
答案：B
解析：设变阻器AB的总电阻为R，总长度为L，根据闭合电路的欧姆定律得：E＝I(R＋R0＋r)，设AP之间的距离为x，由欧姆定律得U＝IRx＝·x，汽车平衡时，由平衡条件得mg＝2kx，联立解得U＝··，从公式可以看出电压表两端电压U与被测汽车的质量m成正比，故A错误；电池长时间使用后，内阻会变大，导致电流减小，AP上的电压减小，所以称量值会偏小，故B正确；若称量值偏小，可以通过在R0上并联一个电阻，回路中总电阻变小，总电流增大，可变电阻上的电压增大，使称量值不变，故C错误；若将一个电阻与电压表串联，AP之间的最大电压不受此电阻的影响，没有办法增大地磅量程，故D错误。
7．热敏电阻与光敏电阻在生活中有很多应用，如图为一个智慧农场利用热敏电阻与光敏电阻感应大棚内温度与光照强度变化的简单电路原理图，RT为负温度系数热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，R1为光敏电阻(阻值随光照强度升高而减小)，R2和R3均为定值电阻，电源电压保持不变，V为理想电压表。若发现电压表的示数增大，可能发生的情况是( )
A．大棚内温度升高 B．大棚内温度降低
C．大棚内光照强度增强 D．大棚内光照强度减弱
答案：AD
解析：大棚内温度升高，RT阻值减小，根据串反并同可知与它串联的电压表示数增大，故A正确；大棚内温度降低，RT阻值增大，根据串反并同可知与它串联的电压表示数减小，故B错误；大棚内光照强度增强，R1阻值减小，根据串反并同可知与它并联的电压表示数减小，故C错误；大棚内光照强度减弱，R1阻值增大，根据串反并同可知与它并联的电压表示数增大，故D正确。故选AD。
8．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小，实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落。用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间变化图线如图乙所示。根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( )
A．t1时刻小球速度最大
B．t2、t5时刻小球的动能最小
C．t3、t4时刻小球的速度不同
D．小球在运动过程中机械能守恒
答案：BC
解析：当球的速度、动能最大时球的加速度、合力为零，在t1时绳刚伸直，弹力为零，球的速度还要增大， A错误；t2、t5时刻绳上弹力最大，绳的伸长量应达到最大，此时球的速度为零，动能最小，B正确；从拉力最大值逐渐减小可知球运动中有空气阻力存在，机械能不守恒，t3、t4时刻球的速度大小必不相等，且方向相反，C正确，D错误。
9．如今智能手机中普遍安装了陀螺仪，它是一种加速度传感器，尺寸目前可以做到(3×3×1)mm，可集成于手机内部，用来检测手机的姿态。其工作原理如图所示，当手机运动状态改变时，固连在手机上的A部分随手机一起运动，质量块B是通过弹性物体连接手机，由于惯性，运动状态不会随手机立刻发生变化，出现运动滞后，这样电容器电容值就发生了变化，变化的电容值会通过电信号传输给处理单元，就可测量手机的姿态，铺三层这种结构，就可以测出手机的前后左右和上下以及旋转，这样就可以360°无死角检测手机运动。以下说法中正确的是( )
A．在外太空，完全失重的情况下，这种传感器仍然可以使用
B．可以测量出任意情况下手机相对地面的速度
C．这种探测器可以测量地磁场强度，进而进行GPS定位
D．改变电容的值是通过改变正对面积和板间距d来实现的
答案：AD
解析：这种传感器的使用原理是惯性，跟重力无关，所以在外太空，完全失重的情况下，这种传感器仍然可以使用，故A正确；这种传感器可以测出手机的前后左右和上下以及旋转，不可以测量出任意情况下手机相对地面的速度，也不可以测量地磁场强度，进行GPS定位，故B、C错误；由图可知，手机上的A部分与质量块B发生相对移动时，电容的正对面积和板间距d发生变化，所以改变电容的值是通过改变正对面积和板间距d来实现的，故D正确。
10．(2024·宁夏银川一模)电容式加速度传感器是常见的手机感应装置，结构如图所示。质量块的前端连接轻质弹簧，后端连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容，则下列说法正确的是( )
A．当传感器处于静止状态时，电容器不带电
B．电介质插入极板越深，电容器所带电量越多
C．当传感器由静止突然向前加速时，会有电流由a流向b
D．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后电流表指针不偏转
答案：BD
解析：当传感器处于静止状态时，电容器带电，左极板带正电，右极板带负电，且两极板之间电势差大小U恒等于电源电动势，故A错误；根据电容器的定义式C＝，可知，电解质插入极板越深，电容器电容C越大，电容器电压不变，则电容器所带电量越多，故B正确；当传感器由静止突然向前加速时，向前弹力增加，弹簧会伸长，电介质插入极板深度增加。根据电容器的决定式C＝，可知电容器电容增大，根据电容的定义式C＝，可知，电容器电压不变，电容增大，则两极板电荷量增大，会有电流由b流向a，故C错误；当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后弹簧弹力不变，电介质插入极板深度不变，则电容器电容不变，极板电荷量也不变，故电流表中没有电流通过，指针不偏转，故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(4小题，共34分。把答案直接填在横线上)
11．(6分)(2024·辽宁模拟预测)传感器在现代生活、生产中有着相当广泛的应用。一个测量温度的传感器设计电路如图甲所示，要求从温度t＝0 ℃时开始测量，并能从表盘上直接读出温度值(电流表满偏时指针所指刻度为0 ℃)。其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(总阻值为100 Ω)，理想电流表量程为0～6 mA，电源电动势为E＝3 V(内阻不计)，金属热电阻的阻值R与温度t的对应关系如图乙所示。
(1)选取并安装好保护电阻后，要对温度传感器进行调零，调零后闭合电路的总电阻为_________Ω；
(2)现对表盘进行重新赋值，原5 mA刻度线应标注_________ ℃；
(3)由于电池老化，电动势降低，但温度传感器仍可以调零，用此调零后的温度传感器测量温度，测量值_________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
答案：(1)500 (2)60 (3)大于
解析：(1)因为电流表的量程为6 mA，由欧姆定律可得，电路中的总电阻为R总＝＝500 Ω。
(2)当电流表满偏示数为6 mA，即温度值为0 ℃时，电路中的总电阻为R总＝500 Ω＝R＋R1＋R2，
由图乙可知，金属热电阻在t＝0 ℃的电阻阻值为R0＝50 Ω，解得R1＋R2＝450 Ω，当电流表示数为5 mA时，金属热电阻R的阻值为R′＝－R1－R2，解得R′＝150 Ω，由图乙可得，金属热电阻R与温度t的关系式为R＝t＋50 Ω，解得R′＝150 Ω时的温度为t＝60 ℃。
(3)满偏电流Ig＝，当电池老化，电动势减小时，可通过调小调零电阻R2使得上式仍成立，则R2′t′，故传感器测得的温度值大于真实值。
12．(8分)(2023·湖北高二期中)某研究性学习小组学习传感器知识后设计制作了简易测力计，其工作原理图如图甲所示。所用器材有：输出电压为9 V的恒压电源、量程为0～0.6 A的电流表(内阻不计)、电阻箱、阻值随长度均匀变化的电阻丝(长度为0.06 m，总阻值为30 Ω)、弹簧、开关、导线(电阻不计)。已知弹簧处于原长时，滑片P位于电阻丝的最左端，弹簧弹力F与弹簧伸长量x关系如图乙所示。
(1)为了电路的安全，电阻箱的阻值至少调至_________Ω。
(2)按甲图原理由电流表改装的测力计，表盘上拉力间隔值相同时对应的刻度线_________(填“均匀”“不均匀”)。
(3)若电阻箱的阻值为20 Ω，则当电流表的示数为0.2 A时，对应标示的拉力值为_________N。
(4)若考虑电流表的阻值引起的系统误差，拉力测量值比真实值_________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。
答案：(1)15 (2)不均匀 (3)100 (4)偏小
解析：(1)为了电路的安全，电路中电流不超过0.6 A，则电路中最小电阻为Rmin＝＝ Ω＝15 Ω，即电阻箱的阻值至少调至15 Ω。
(2)由图乙知F＝kx，其中k＝＝10 000 N/m，
设电阻丝总长为l，电阻丝总电阻为R1，则由闭合电路的欧姆定律知，电路电流为I＝＝，
可见，电流与拉力并非线性关系，所以表盘上拉力间隔值相同时对应的刻度线不均匀。
(3)若电阻箱的阻值为20 Ω，可得I＝，
则当电流表的示数为0.2 A时，对应标示的拉力值为F＝100 N。
(4)若考虑电流表的阻值引起的系统误差，设电流表的阻值为R0，则I＝整理得F＝[I(R＋R1＋R0)－E]由此可知，忽略R0时，F值偏小，则可知拉力测量值偏小。
13．(8分)(2024·湖南长沙高二期末)为节能减排，保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求(电源及电流表内阻不计)，其示意图如图甲所示。
(1)其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，完成基本操作后将多用电表的选择开关置于“×1”挡，进行________(选填“机械调零”或“欧姆调零”)，调零后，测量的示数如图丁所示，则电磁继电器的等效电阻为________Ω。
(2)光敏电阻的阻值随照度(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx)的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的减小，光敏电阻的阻值________(选填“增加”“减小”或“不变”)。
(3)已知光控开关的电源电动势为3.0 V，电阻箱的阻值为25 Ω。若设计要求当流过电磁继电器的电流为0.04 A时，光控开关闭合，则此时的照度约为________lx。为了节约用电，需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值________(选填“调大”或“调小”)。
答案：(1)欧姆调零 20 (2)增加 (3)0.3 调小
解析：(1)用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，完成基本操作后将多用电表的选择开关置于“×1”挡，进行欧姆调零；欧姆表指针指在刻线20位置，则电磁继电器的等效电阻为20×1 Ω＝20 Ω。
(2)由图丙可知随光照强度的减小，光敏电阻的阻值增加。
(3)根据闭合电路欧姆定律有I＝，代入数据解得Rt＝50 Ω，根据图丙可知Rt＝50 Ω对应的光的照度约为0.3 lx；为了节约用电，需要降低光照度值，即要在低照度条件下才打开，光敏电阻的阻值变大，要在流过电磁继电器的电流为0.04 A时亮灯，根据闭合电路欧姆定律可知，需要调小电阻箱阻值。
14．(12分)用如图甲所示的电路研究压敏电阻应变片Rx的压阻效应。电源的电动势为3 V，内阻忽略不计。除图甲中的器材外，实验室还提供了如下器材可供选择：
电压表V(量程为0～15 V，内阻约为20 kΩ，其读数用U表示)
电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1＝1.5 Ω，其读数用I1表示)
电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为2 Ω，其读数用I2表示)
(1)请在选好器材后完成图甲中虚线框内的部分电路；
(2)在电阻Rx上施加压力F，闭合开关S，记下电表读数，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝_________(用题目中给出的字母表示)。改变压力F，得到不同的Rx值，记录数据并绘成Rx－F图像如图乙所示；
(3)一同学想把电流表改成简易压力表，他仍然使用原来的表盘，只是把表盘上标示的数字“0.2、0.4、0.6”改为相应的压力值，实验采用的电路如图丙所示。他在表盘上表示0.1 A的刻度线处标上数字0，则电路中滑动变阻器的阻值应为R0＝_________Ω；此压力表表盘上0.20 A的刻度线处标上的压力值为_________N。
答案：(1)见解析 (2) (3)10.5 7.5
解析：(1)电源的电动势为3 V，实验所给电压表量程为0～15 V，读数误差较大，不宜使用。由于电流表A1内阻已知，则可用电流表A1作电压表使用，如下图所示。
(2)根据并串联电路规律和欧姆定律可得，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝。
(3)根据闭合电路的欧姆定律有E＝I(R0＋r1＋Rx)，由题可知，当I＝0.1 A时，压力为零，结合图乙可知Rx＝18 Ω，代入数据解得R0＝10.5 Ω；由图乙可知，Rx与所受压力F成一次函数关系，两者关系为Rx＝18－2F，则根据闭合电路的欧姆定律有I＝＝，可知当I＝0.2 A时，压力值为F＝7.5 N。
三、论述、计算题(本题共2小题，共26分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻。G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小的变化而改变，两者关系如下表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计，试分析：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的数据，写出电阻R随压力F变化的数学关系式；
(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？
(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？
答案：(1)R＝300－0.4F(Ω) (2)600 N (3)不均匀
解析：(1)由表中数据可知，k＝＝＝－0.4 Ω/N，所以电阻R随压力F变化的数学关系式为R＝300－0.4F(Ω)。
(2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板间电压越大，由题意知，电容器两极板间电压不能超过5 V。所以＝，解得R＝60 Ω。
又因为R＝300－0.4F(Ω)，得Fmax＝600 N。
(3)电流表中的电流I＝＝(A)
电流I与压力F之间不是线性关系，该测力显示器的刻度不均匀。
16．(14分)如图所示为某检测传感器的电路图。传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0～0.6 A，电压表的量程为0～3 V。
(1)求传感器的电阻和额定电流；
(2)为了确保电路各部分的安全，在A、B之间所加的电源电压最大值是多少？
(3)如果传感器的电阻变化超过1 Ω，则该传感器就失去作用。实际检测时，将一个恒压电源加在图中A、B之间，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压。检测记录如下：
电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时A、B间所加的电压是多少？
答案：(1)10 Ω 0.3 A (2)6 V (3)仍可使用 3 V
解析：(1)传感器的电阻R传＝＝ Ω＝10 Ω，
额定电流I传＝＝ A＝0.3 A。
(2)最大电流I＝I传＝0.3 A，
电源电压最大值Umax＝U传＋U0max，
U传为传感器的额定电压，U0max为R0＝10 Ω时R0两端的电压，即
U0max＝I传R0＝0.3×10 V＝3 V，此时刚好不超过电压表量程
故Umax＝U传＋U0max＝3 V＋3 V＝6 V。
(3)实际检测时加在A、B间的电压记为U。传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有U＝I1R传′＋U1，
根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2，
代入数据解得R传′＝9.5 Ω，U＝3 V，
传感器的电阻变化为
ΔR＝R传－R传′＝10 Ω－9.5 Ω＝0.5 Ω<1 Ω，
所以此传感器仍可使用。
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