第五章DIWUZHANG 传感器
1.认识传感器
2.常见传感器的工作原理及应用
核心素养：
1.感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置.（物理观念）
2.了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式.（物理观念）
3.利用电容器的结构改变电容的性质，设计电容式位移传感器.（科学研究）
4.知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式.（科学态度与责任）
@研习任务一
合作 讨论
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器.图乙是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它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的关系来工作.你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？
甲
乙
提示：振动膜：作为敏感元件，感受声音信号的变化；
固定电极：与振动膜组成的电容器是转换元件，声波使振动膜发生振动，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化.
电阻R：与电容器、电源组成转换电路，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R两端的电压也随之变化.将声音信号经过转换电路输出为便于测量和处理的电压信号.
教材 认知
1.神奇的传感器
（1）传感器：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 的可用信号输出的一类器件或装置.
（2）意义：把非电学量转换为 电压 、 电流 等电学量，或转换为电路的 通断 ，可以很方便地进行测量、 传输 、处理和 控制 .
2.传感器的种类
（1）物理传感器
利用物质的 物理特性 或 物理效应 制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等.
①根据被测量分类：声、 光 、 压力 、位移、加速度、 温度 等传感器.
②根据具体工作原理分类： 电阻 式、 电容 式、电感式、 光电 式、 热电 式、压电式、 磁电 式等传感器.
（2）化学传感器
利用 电化学反应 原理，把无机或有机化学物质的 成分 、 浓度 等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等.
（3）生物传感器
利用 生物活性物质的选择性 来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等.
3.传感器的组成与应用模式
（1）传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成.
①敏感元件是指能直接感受或响应外界被测 非电学量 的部分，完成 检测 的基本功能；
②转换元件是指能将敏感元件输出的 信号 直接转换成 电信号 的部分，完成 转换 的基本功能.
（2）传感器应用的一般模式
要点 归纳
1.传感器的组成
（1）敏感元件：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：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.
（3）转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等.
2.传感器的工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等.这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作.
3.传感器的工作流程
非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量.
研习 经典
[典例1] 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做成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.干簧管是一种能够感知电场的传感器
D.传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的
解析：金属材料和半导体材料都可以制成传感器，传感器是通过把易感受的非电学量转换为易处理和控制的电压、电流或电路的通断来传递信号的.干簧管是一种能感知磁场的传感器.故选B.
答案：B
此类题目属于概念性的题目，一定要熟读课本，知道什么是传感器，并且知道各种传感器的工作原理.除此之外，物理离不了生活，生活中多观察、多留意也会增强对物理规律的认识和理解.
对应 训练
1.（2024·江苏徐州期末）现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现.例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（ ）
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
解析：当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生压力的变化，B、C、D错误.
答案：A
@研习任务二
合作 讨论
如图所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，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，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？
提示：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.
教材 认知
1.光敏电阻
（1）组成：把 硫化镉 涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻.
（2）光敏电阻的特性：光敏电阻在暗环境，电阻 很大 ；光敏电阻在强光照射下，电阻 很小 .
（3）光敏电阻阻值变化原因：硫化镉是一种 半导体 材料，无光照时，载流子 极少 ，导电性能差； 随着光照的增强，载流子 增多 ，导电性变好.
（4）光敏电阻的作用：把 光照强弱 这个光学量转换为 电阻 这个电学量.
2.金属热电阻和热敏电阻
（1）常见的感知温度的敏感元件
①热电阻：金属的电阻率随温度的升高而 增大 ，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻.常用的一种热电阻是用 铂 制作的，可用来做电阻温度计.
②热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力 增强 ，可以用半导体材料制作热敏电阻.
③性能比较：与热敏电阻相比，金属热电阻的 化学稳定性 好， 测温 范围大，但 灵敏度 较差.
（2）温度敏感元件的作用
把 温度 这个热学量转换为 电阻 这个电学量.
3.电阻应变片
（1）工作原理
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 随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象.
②电阻应变片是一种使用非常广泛的 力敏 元件.电阻与导体的 材料 、 长度 和 横截面积 有关.当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻 变大 ；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻 变小 .
③半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的 压阻 效应 .
（2）电阻应变片的作用
把 物体形变 这个力学量转换为 电阻 这个电学量.
4.电容传感器
（1）工作原理
电容器的电容 C 决定于极板的 正对面积S 、极板间的 距离d 以及极板间的 电介质 这三个因素.如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的 电容 就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器.
（2）电容作用
电容式位移传感器能把物体的 位移 等力学量转换为 电容 这个电学量.
要点 归纳
1.电阻式传感器性能比较
项目 热敏电阻 金属 热电阻 光敏电阻 电阻 应变片
特点 正温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻增大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻减小 电阻率随温度的升高而增加 电阻随光照条件的增强而减小 受到拉力时，电阻变大；受到压力时，电阻变小
敏感 材料 半导体 金属 硫化镉 金属材料
优点 灵敏度好 测温 范围大 灵敏度好 灵敏度好
原理 温度影响电阻率 光照条件改变载流子数量 电阻定律
应用 电冰箱 热水壶 光控开关 电子秤
2.霍尔元件
（1）组成材料：很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片、四个电极E、F、M、N.
（2）工作原理：在E、 F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、 N间可出现霍尔电压UH.霍尔电压UH＝（d为薄片厚度），因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向.
研习 经典
[典例2] 如图所示，图甲表示某半导体热敏电阻R随温度t的变化情况.把该半导体电阻与电池、电流表串联起来，如图乙所示，用该半导体作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的热敏电阻温度计.则下列说法正确的是（ ）
甲
乙
A.电流表示数大说明温度较高
B.电流表示数小说明温度较高
C.电流表示数与温度成正比
D.所改装的温度表刻度是均匀的
解析：电流表示数越大，则电阻R越小，由图像可知，温度较高，选项A正确，B错误；根据闭合电路欧姆定律I＝，因R与温度成非线性关系，则电流表示数与温度不成正比，所改装的温度表刻度也不是均匀的，选项C、D错误.
答案：A
对于含有热敏电阻和光敏电阻的电路，首先要明确光敏电阻和热敏电阻的特性：①光敏电阻的阻值随光照条件的增强而减小；②热敏电阻分正温度系数和负温度系数，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大；负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.其次结合恒定电流中的动态电路的方法分析、处理.
对应 训练
2.（多选）（2024·大连高二检测）陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量，常用于检查驾驶人员是否饮酒.如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷向传感器，传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量.某种陶瓷气敏传感器的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸气浓度c的关系如图甲所示.现用其组成如图乙所示的检测电路（电源内阻为r，电流表内阻不计）.对此，以下说法正确的是（ ）
甲 乙
A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比
B.气体中酒精蒸气的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大
C.气体中酒精蒸气的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小
D.电源用的时间长了，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低
解析：由题图甲可知，该传感器的电导与酒精蒸气的浓度成正比，则传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成反比，故A错误；因为酒精蒸气的浓度c越大，传感器的电阻越小，电路中的电流越大，电流表指针偏转的角度越大，路端电压越小，R0两端电压越大，故B正确，C错误；若电源用的时间长了，内阻变大，则所测酒精浓度相同时总电阻变大，电流变小，测量的c变小，故D正确.
答案：BD
@研习任务三
合作 讨论
有一些敏感元件是将被测的非电学量转换为不同的电阻，然后把电阻变化转换为便于传送和显示的电压的变化，应变式力传感器是采用不平衡直流电桥来解决这个问题的.
在梁形的弹性构件上下两个表面上各粘贴两个应变片，要将其中R1、R4两个应变片粘贴在梁的上表面，R2、R3两个应变片粘贴在梁的下表面，如图甲所示.
测量电路如图乙所示，由这四个应变片组成电桥的四个桥臂，A、B端接入数字式电压表.四个应变片的电阻值相等，为了排除误差影响，电路中接入滑动变阻器W.请思考一下应变式力传感器的工作原理是怎样的？
提示：在梁不受力时，调节W使电桥的输出电压UAB＝0.当梁受力F向下弯曲时，R1、R4的阻值变大，R2、R3的阻值变小，于是电桥失去平衡，A、B端之间就输出与所测的力成正比的电压.
要点 归纳
1.光电计数的基本原理
（1）组成：A发光仪器，B接收光信号的仪器（由光敏电阻组成的光电传感器）.
（2）原理：当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高.
（3）信号处理：高低交替变化的电压经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能.
2.汽车低油位报警装置的基本原理
（1）组成：热敏电阻、指示灯、电源.
（2）原理：给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热.当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮（如图甲所示）.液体减少、热敏电阻露出液面，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮（如图乙所示）.
（3）信号处理：通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值.
甲
乙
3.电子秤的基本原理
（1）组成：应变式力传感器由金属梁和电阻应变片组成.
（2）原理：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大，下表面应变片的电阻变小.应变片中通过的电流保持恒定，上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小.
（3）信号处理：把这上、下应变片的电压的差值输出，输出的电压差值越大，力F越大.
研习 经典
[典例3] 如图所示是智能称重地磅，它使用方便快捷、计量精度高、反应速度灵敏、移动方便，这种地磅安装了应变式力传感器，下列关于应变式力传感器的说法不正确的是（ ）
A.应变片常用半导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大，输出的电压差值也越大
解析：应变片多用半导体材料制成，A正确，不符合题意；当应变片拉伸时，其电阻变大，B正确，不符合题意；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，符合题意，D正确，不符合题意.
答案：C
传感器的问题看起来是高科技的问题，但实际考查的是恒定电流的简单应用，因此除了熟悉各种传感器的工作原理之外，还要熟练掌握电路的相关知识.
对应 训练
3.（多选）如图甲所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻（光照时电阻会变小），电源的内阻较大，电压表记录数据传给控制器.成品包装车间的光传感记录器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示.若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是（ ）
甲
乙
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
解析：有工件通过时，挡住A射向光传感器B的光，B的电阻增大，输出一个高电压，故知两相邻工件通过时间t＝1 s，传送带的速度v＝ m/s＝0.2 m/s，故A错误，B正确；传送带每小时输送工件个数n＝＝个＝3 600个，故C正确，D错误.
答案：BC
知识 构建
@课后提素养
基础 题组
1.判断正误.
（1）传感器可以把非电学量转化为电学量.（ √ ）
（2）光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.（ × ）
（3）热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低.（ × ）
（4）电阻应变片能够把物体的形变情况转变为电阻的变化.（ √ ）
2.（多选）下列说法正确的是（ ）
A.传感器担负着信息采集的任务
B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.电视遥控接收器的主要元件不是传感器
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具
解析：传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软磁性材料组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确.
答案：ABD
3.如图所示是电子电路中经常用到的一种称为“干簧管”的元件.关于干簧管，下列说法错误的是（ ）
A.干簧管是将非电学量转换成电学量的装置
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关
D.于簧管是一种能感知磁场的传感器
解析：将两个软磁性材料制成的簧片密封于玻璃管中，簧片端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中时，两个簧片被磁化而接通，以实现自动控制，所以干簧管接入电路中相当于开关，是一种能够感知磁场的传感器，所以B错误.
答案：B
中档 题组
1.如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接.若振动膜a周期性振动，则（ ）
A.a振动过程中，a、b板间的电场强度不变
B.a振动过程中，a、b板所带电荷量不变
C.a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D.a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大
解析：由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，两极板间的电压U保持不变，根据场强E＝，可知电场强度随着d变化而变化；a向右的位移最大时，两板间的距离d最小，由C＝，可知电容最大，A错误，D正确；由Q＝CU可知，a、b板所带电荷量随着C的变化而变化，B错误；由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，电流计中电流方向不断变化，C错误.
答案：D
2.（多选）某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杆P一起移动，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x.假设电压表是理想电表，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，电路中也有电流
D.物体M不动时，电压表没有示数
解析：物体M运动时，电路中电阻没有变化，根据闭合电路欧姆定律可知，电源内的电流不会发生变化，A错误；电压表测量滑动变阻器的金属滑杆P左侧的电压，物体M运动时，左侧电阻会变化，则电压表的示数会发生变化，B正确；物体M不动时，电路中仍有电流，而且电流不变，C正确；只有当金属滑杆P停在变阻器最左端，物体M不动时，电压表才没有示数，当金属滑杆P在其他位置时，电压表均有示数，D错误.
答案：BC
3.（多选）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物厚度、干湿不同，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.PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析可知（ ）
A.原处于冷态的PTC电熨斗比普通电熨斗升温快
B.PTC电熨斗能自动控制温度，温度稳定在t0～t6之间
C.PTC电熨斗能自动控制温度，温度稳定在t6～t7之间
D.PTC电熨斗不能自动控制温度
解析：冷态时PTC材料电阻小，由P＝知其发热功率大，升温快，A正确；由题图可知，温度较低时，PTC材料电阻小，热功率大，温度升高时，电阻迅速增大，热功率会减小，故温度会稳定在图中t6～t7之间，实现自动控制温度，B、D错，C正确.
答案：AC
@课时作业（十七）
[基础训练]
1.下列关于传感器说法中不正确的是（ ）
A.电子秤所使用的测力装置是力传感器，它将压力大小转化为可变电阻，进而转化为电压信号
B.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
C.电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断
D.光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
解析：电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压差信号，故A正确；话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故B错误；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，故C正确；光敏电阻的工作原理实际上是传感器，把光信号转换成电信号，故D正确.故选B.
答案：B
2.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成.如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为（ ）
A.位移传感器 B.速度传感器
C.时间传感器 D.光电门传感器
解析：DIS由传感器、数据采集器和计算机组成.图中①所示的器材为光电门传感器，选项D正确.
答案：D
3.某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A.当拉环不受力时，滑片P位于a端.下列关于这个电路的说法正确的是（ ）
A.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0
B.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处
C.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处
D.该健身器材能测量力的范围是0～400 N
解析：当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得I＝＝0.1 A，故A错误；拉力为400 N时，由F＝kΔx，得Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由欧姆定律得I'＝＝0.3 A，故B正确，C错误；在P移动到b点时Δx'＝5 cm，由F＝kΔx，拉力最大F＝500 N，故D错误.
答案：B
4.酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测.它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化.在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻.这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系.如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是（ ）
A.U越大，表示c越大，c与U成正比
B.U越大，表示c越大，但是c与U不成正比
C.U越大，表示c越小，c与U成反比
D.U越大，表示c越小，但是c与U不成反比
解析：设二氧化锡半导体型酒精气体传感器的电阻为Rx，由闭合电路欧姆定律得，
干路的电流I＝，
电压表示数U＝IR0＝，
而Rxc＝k（定值），由以上关系式可见U越大，表示c越大，但是c与U不成正比.故选B.
答案：B
5.利用电容传感器可检测矿井渗水，及时发出安全警报，从而避免事故的发生.如图所示是一种通过测量电容器电容的变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A为位置固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体（矿井中含有杂质的水），A、B、C构成电容器.若矿井渗水（导电液体深度增大），则电流（ ）
A.从b向a，A、B、C构成的电容器放电
B.从a向b，A、B、C构成的电容器放电
C.从b向a，A、B、C构成的电容器充电
D.从a向b，A、B、C构成的电容器充电
解析：由题图可知，导电液体和导体芯构成了电容器，可近似为平行板电容器，由C＝可知，当液面升高时，电容器极板正对面积S增大，故电容增大，A、C间电势差不变，再由C＝ 知，电容器电荷量增大，因此电容器处于充电状态，电流从a向b，故选D.
答案：D
6.如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是（ ）
A.当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变
解析：当滑片P向左移动时，使其接入电路的电阻减小，则流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，则L消耗的功率增大，A正确，B、D错误；当滑片P向右移动时，可分析出L消耗的功率变小，C错误.
答案：A
7.人体含水量约为70％，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电.当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中不正确的是（ ）
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B.脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C.激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D.人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
解析：利用脂肪几乎不含水分，其导电性和其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算人体脂肪率，B错误，A正确；激烈运动之后和人在沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小发生变化，所以测量数据会不准确，C、D正确.故选B.
答案：B
[能力提升]
8.（多选）如图为电阻R随温度T变化的图线.下列说法中正确的是（ ）
A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
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
解析：金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，A项错误，B项正确；图线1对应的材料化学稳定性好，但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差，但灵敏度高，C项错误，D项正确.
答案：BD
9.如图所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.实验表明，当磁场不太强时电势差U、电流I和B的关系为U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数.
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.
设电流I是电子定向运动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：
（1）达到稳定的状态时，导体板上侧面A的电势 （填“高于”“低于”或“等于”）下侧面A'的电势.
（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 .
（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 .
（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k＝ ，其中n代表导体板单位体积中电子的个数.
解析：（1）首先分析电流通过导体板时的微观物理过程，由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向从左到右，根据左手定则可判断电子受到的洛伦兹力的方向向上，电子向A板聚集，A板出现多余的负电荷，下侧面感应出正电荷，所以上侧面A的电势低于下侧面A'的电势.
（2）由洛伦兹力公式可得电子所受洛伦兹力的大小为F1＝evB.
（3）纵向电场可认为是匀强电场，电场强度E＝，
电子所受电场力的大小为F2＝eE＝e.
（4）通过导体的电流的微观表达式为I＝nevdh，由题目给出的霍尔效应公式U＝k，电子达到平衡后，则有evB＝e，联立可得k＝.
答案：（1）低于 （2）evB （3） （4）
10.小明同学想用一只半导体热敏电阻制作一支能测量水温的温度计，通过查阅资料，他获得该热敏电阻的R－t特性曲线如图甲所示.他要求所制的温度计的测量范围是0～100 ℃，且在水温是100 ℃时，电压表指针偏转达到最大位置.根据特性曲线，他设计的水温温度计的电路如图乙所示，图中的定值电阻R0＝100 Ω，电压表的量程是0～3 V.电源内阻不计.
甲
乙
（1）根据特性曲线，该热敏电阻在0 ℃、50 ℃、100 ℃时，阻值分别为多大？
（2）通过计算说明，当水温是0 ℃时、100 ℃时，电压表的指针分别指示是多少？
解析：（1）由图甲所示特性曲线可知，该热敏电阻在0 ℃、50 ℃、100 ℃时，阻值分别为500 Ω、150 Ω和100 Ω.
（2）由图甲所示特性曲线可知，当水温是100 ℃时，阻值为100 Ω，此时电压表指针到最大刻度值3 V，则电路电流I＝＝ A＝0.03 A
电源电动势E＝I（R＋R0）＝0.03×（100＋100） V＝6 V
由图甲所示特性曲线可知，当水温是0 ℃时，R'＝500 Ω，此时电路电流I'＝＝ A＝0.01 A
电压表示数U'＝I'R0＝0.01×100 V＝1 V.
答案：（1）500 Ω 150 Ω 100 Ω （2）1 V
3 V
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
@研习任务一
教材 认知
1.实验目的
（1）会利用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置.
（2）会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关.
（3）通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯.
2.实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器 H、电源、小磁体、开关；滑动变阻器、定值电阻、光敏电阻、三极管、发光二极管.
3.实验原理与设计
实验1.利用干簧管在磁场中的特性制作控制开关.如图所示，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路.干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断.
实验2.利用光敏电阻将光线的明暗这个光学量变成电阻这个电学量，用三极管实现电流放大，用发光二极管模拟路灯.
4.实验步骤
实验1 门窗防盗报警装置
（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作.用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作.
（2）确定各元件可以正常工作后，按照如图所示连接电路.
（3）接通电源后，将磁体靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作.继电器的动触点c与常开触点a接通，观察此时的实验现象.
（4）将磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电.继电器的动触点 c 与常闭触点b 接通，观察此时的实验现象.
实验2 光控开关
（1）连接电路
光敏电阻完成光信号向电信号的转变.晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用.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）实验操作
①让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光.
②遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光.
③让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭.
研习 经典
[典例1] 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.
解析：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.
答案：见解析图
传感器类的题目往往会结合电路考查，传感器只是一个节点和解题入口，所以要想搞清楚实验原理必须熟知传感器的特性，知道是由哪个非电学量转化成电学量，以及非电学量和电学量之间的关系.
对应 训练
1.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120 ℃时，系统报警.提供的器材有：
热敏电阻（该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在120 ℃时阻值为700.0 Ω）；报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，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）；
电阻箱（最大阻值为999.9 Ω）；
直流电源（输出电压U约为18 V，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，调节的报警系统原理电路图如图所示.
（1）电路中应选用滑动变阻器 （填“R1”或“R2”）.
（2）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
.
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
.
（3）滑动变阻器滑片的位置 （填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”），将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用.
（4）若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统，要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650 Ω，则需将上述电路中的 换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到 Ω，然后重复上述操作即可.
解析：（1）报警时电路中的电流Ic＝10 mA，此时回路中总阻值R＝＝1 800 Ω，热敏电阻阻值700.0 Ω，则滑动变阻器阻值应为1 100 Ω.故选R2.
（2）①调节系统时用电阻箱阻值代替温度为120 ℃时热敏电阻的阻值，即700.0 Ω；为保护电路，滑动变阻器接入电路的阻值应最大，所以滑片应在b端，不能置于另一端原因为：接通电源后，流过报警器的电流超过20 mA，报警器会损坏；②因为用电阻箱代替热敏电阻的阻值，故开关向c端闭合，缓慢移动滑片，直至报警器开始报警.
（3）调节完成后电路中的电阻应保持不变，开关向d端闭合，将电阻箱换成热敏电阻，电路即可正常工作.即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.
（4）需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到650 Ω，然后重复上述操作即可.
答案：（1）R2 （2）①700.0 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 ②c 报警器开始报警 （3）不变 （4）热敏电阻 650
@研习任务二
教材 认知
1.实验数据处理
（1）实验1：干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关.
（2）实验2：光敏电阻可以将光学量转化为电学量，在电路中可以起到自动控制的作用.
2.注意事项
（1）在实验1中，注意发光二极管的单向导电性，最好选择绿色的发光二极管.
（2）检查电路连接正确后再接通电路.
（3）在实验2中，如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察.
研习 经典
[典例2] 某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示.该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等.压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示.当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品.已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计.请你解答下列问题：
甲
乙
丙
（1）用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整.
（2）当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下.若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为 Ω.
（3）硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，现将控制电路中的电源换成硅光电池，用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I曲线（如图丙所示）.不改变滑片的位置，当货架能承受的压力逐渐增加时，该硅光电池的内阻将 ，内电路上消耗的功率将 .（均填“增大”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”）
（4）若控制电路中的电源换成硅光电池，不改变滑片的位置，即如（2）中数值，现测得硅光电池两端电压为5.4 V，则货架上承受的压力为 N.
解析：（1）将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路，连接电路如图所示.
（2） R1与R2串联，则I1＝I2＝Imax＝15 mA＝0.015 A
根据闭合电路的欧姆定律，有R1＋R2＋r＝
由图乙可知，F＝800 N时，R1＝80 Ω，所以R2＝－r－R1＝318 Ω
即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω.
（3）由题图丙可知，随着外电路电阻减小，电路电流增大，硅光电池的U－I图线斜率的绝对值逐渐变大，即硅光电池的内阻随外电路电阻变小而变大.当不改变滑片的位置，货架能承受的压力逐渐增加时，R1的电阻变小，电路中电流增大，所以该硅光电池的内阻将增大.内电阻和电流都增大，由P内＝I2r可知内电路上消耗的功率将增大.
（4）硅光电池两端电压为5.4 V，由题图丙可知此时电流为10 mA，外电路的总电阻R1＋R2＝
所以R1＝－R2＝（－318） Ω＝222 Ω，
根据题图乙可知，此时对应的压力为90 N.
答案：（1）见解析图 （2）318 （3）增大 增大 （4）90
图像法处理数据是高考重点考查的内容，是一个重点也是一个难点，我们要学会从图像中挖掘信息，主要采用如下方法：一是找出横、纵坐标的物理关系，根据斜率和截距求解未知量，这种方法比较准确；二是利用特殊点，这种方法比较直接.
对应 训练
2.常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示.弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片.若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩.应变片采用半导体材料制成，其阻值与长度成正比.给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流，上应变片两端电压为U1，下应变片两端电压为U2，传感器把这两个电压的差值U（U＝U1－U2）输出，用来反映力F的大小.半导体应变片的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图乙所示.为消除气温变化对测量精度的影响，需分别给上、下应变片串联一合适的电阻，进行温度补偿.串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响.
甲
乙
（1）力F越大，弹簧钢的弯曲程度越 （填“大”或“小”），传感器输出的电压U越 （填“大”或“小”）.
（2）外力为F1时，上、下应变片的电阻分别是R1、R2；外力为F2时，上、下应变片的电阻分别是R1'、R2'.若F1＞F2，则R1、R2、R1'、R2'的从大到小的排列是 .
A.R1＞R2＞R1'＞R2'
B.R1＞R1'＞R2＞R2'
C.R1＞R2＞R2'＞R1'
D.R1＞R1'＞R2'＞R2
（3）如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力F作用，该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天 （填“大”或“小”）.
（4）进行温度补偿时，给下应变片串联的电阻最合适的是下列选项图中的 .
解析：（1）力F越大，弹簧钢的弯曲程度越大，上、下两应变片的长度差越大，则传感器输出的电压U越大.
（2）外力为F1时，上、下应变片的电阻分别是R1、R2，此时R1＞R2；外力为F2时，上、下应变片的电阻分别是R1'、R2'，此时R1'＞R2'.若F1＞F2，则R1、R2、R1'、R2'从大到小的排列是R1＞R1'＞R2'＞R2，故选D.
（3）施加相同的力时，冬天下应变片的阻值比夏天的大，又因为电流是不变的，所以该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天大.
（4）原半导体应变片的阻值随温度升高而减小，所以补偿电阻的阻值应随温度升高而增大，并且电阻之和保持不变，再结合图乙知，故选B.
答案：（1）大 大 （2）D （3）大 （4）B
@研习任务三
研习 经典
[典例3] 电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd 1 2 3 4 5
电阻值Rx/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉（cd）]
（1）当光照强度为4坎德拉（cd）时光敏电阻Rx的大小为 Ω.
（2）其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升.若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是 （填字母）.
A
B
C
D
解析：（1）由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值Rx＝＝4.5 Ω.
（2）由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小；反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合题意，玻璃并联在Rx两端时符合题意，A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，B、D项错误.故选C.
答案：（1）4.5 （2）C
创新型实验重在培养科学探究能力，我们要通过阅读和观察从题目中获取有价值的信息，然后结合所学知识处理问题，并得出结论作出解释.
对应 训练
3.一兴趣小组要组装一台酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化规律如图甲所示.目前我国交警常用酒精测试仪测量司机的酒精气体浓度，其中利用酒精测试仪测试认定的酒驾标准是“0.2 mg/mL≤酒精气体浓度＜0.8 mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8 mg/mL”.现能提供的器材有：
A.二氧化锡半导体型酒精传感器Rx
B.直流电源（电动势为5 V，内阻不计）
C.电压表（量程为3 V，内阻非常大，作为浓度表使用）
D.电阻箱（最大阻值为999.9 Ω）
E.定值电阻R1（阻值为20 Ω）
F.定值电阻R2（阻值为10 Ω）
G.单刀双掷开关一个，导线若干
（1）图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线.
（2）电路中R应选用定值电阻 （填“R1”或“R2”）.
（3）为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：
①电路接通前，先将电阻箱调为30.0 Ω，然后开关向 （填“a”或“b”）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.2 mg/mL.
②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大按照图甲数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精气体浓度”.当电阻箱调为 Ω时，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.8 mg/mL.
③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用.
解析：（1）根据题图乙电路图可将实物连接如图.
（2）由题图甲可知，当司机达到醉驾标准时，Rx＝10 Ω，为保证电压表安全（所测电压不超过3 V，电路中R不能超过15 Ω，故电路中R应选用定值电阻R2.
（3）①电压表指针对应的刻度线为0.2 mg/mL，由题图甲可知传感器阻值为30 Ω，故电路接通前，先将电阻箱调为30.0 Ω，然后开关向a端闭合.
②电压表指针对应的刻度线为0.8 mg/mL时，由题图甲可知传感器阻值为10 Ω，则电阻箱调为10 Ω.
答案：（1）见解析图 （2）R2 （3）①a ②10
@课后提素养
1.如图甲所示，光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的（ ）
解析：光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率地先减小后增大，但不会是0，选B.
答案：B
2.如图所示为一加速度传感器.质量为m的滑块可在光滑的框架中平移，滑块两侧用完全相同的轻弹簧连接，两轻弹簧的另一端固定在框架上，每个轻弹簧的劲度系数均为k.A、B是均匀平直的电阻丝的两端，AB长度为L，P为固定在滑块上并与电阻丝接触良好的滑动片.两个电池的电动势均为E，内阻不计.当滑块加速度为零时，两轻弹簧均为原长，滑动片P位于AB正中间.电压表指针的零点调在其刻度盘的中央，当M端电势高于N端时，指针向零点右侧偏转.将框架固定在水平运动的物体上，从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小.当物体具有图示方向的加速度a时：
（1）电压表的指针将 （填“向左”或“向右”）偏转.
（2）加速度a与电压表读数的绝对值U的关系是a＝ .
（3）若将电压表的表盘改装成直接表示加速度大小的刻度盘，则其刻度 （填“均匀”或“不均匀”）.
解析：（1）当物体具有图示方向的加速度a时，滑块偏向左端，滑动片P偏向左端，M端电势低于N端，指针向零点左侧偏转.
（2）设滑动片P向左移动的距离为x，根据牛顿第二定律得2kx＝ma，根据欧姆定律得U＝·2E，联立解得a＝U.
（3）由（2）说明a与U成正比，表盘刻度均匀.
答案：（1）向左 （2）U （3）均匀
3.某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路.
图（a）
图（b）
（1）光强（E）是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉（cd）.如图（a）所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是
；
（2）如图（b）为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.工作时，应将 （填“A、B”或“C、D”）接照明电路；
（3）请在图（c）中用笔画线代替导线，完成电路的连接；
图（c）
（4）已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20.0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁.如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图（c）中定值电阻R＝ Ω.
解析：（1）由图像可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓.
（2）由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁连接的是控制电路，衔铁连通的是工作电路，故工作时，应将“C、D”接照明电路.
（3）光敏电阻、定值电阻、电源、开关与L组成控制电路，C、D与灯泡组成工作电路，电路图如图所示.
（4）由图（a）所示图线可知，2 cd对应的光敏电阻阻值R光敏＝18 Ω，由闭合电路欧姆定律可知I＝，代入数据解得R＝22 Ω.
答案：（1）随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓 （2）C、D （3）图见解析 （4）22
4.某实验小组利用伏安法进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，部分实验器材如下：
A.电源E（电动势3 V，内阻不计）；
B.电流表A 1（量程0～500 mA，内阻约为5 Ω）；
C.电流表A 2（量程0～0.6 mA，内阻为100 Ω）；
D.开关、导线若干.
甲
乙
丙
（1）因为需要一个量程为3 V的电压表，上述器材中可以用来改装成电压表的电流表为 （填选项前的字母），还需要一个阻值为 Ω的定值电阻与所选电流表串联进行改装.
（2）改装好电压表后，采用如图甲所示电路，根据不同温度下电压表和电流表的读数比值，得到不同温度下热敏电阻R的阻值，描绘出如图乙中的R－t曲线，由于系统误差，图乙中由实验得到的数据描绘出的实验曲线与理论曲线相比有一定的差异，图乙中标记为Ⅰ的图线是 （填“实验曲线”或“理论曲线”）.
（3）兴趣小组利用该热敏电阻制作了一个检测油箱警戒液位的低油位报警装置，如图丙所示.给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，当液面高于热敏电阻的高度，热敏电阻上产生的热量会被液体带走，温度基本不变，当液体减少、热敏电阻露出液面时，热敏电阻的温度将 （填“升高”或“降低”），阻值会 （填“增加”或“减小”），指示灯会亮，就知道液面低于设定值.若根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，实际工作中指示灯亮的时间点将 （填“延迟”“不变”或“提前”）.
解析：（1）要将电流表改装成电压表，需要选择内阻已知且为确定值的电流表，故选C.根据I2Rg＝U，可得Rx＝4 900 Ω.
（2）图甲所示测量电路采用电流表外接法，由于系统误差，同一温度下热敏电阻阻值的测量值偏小，故图乙中标记为Ⅱ的图线是由实验得到的数据描绘出的实验曲线，标记为Ⅰ的图线是理论曲线.
（3）当液体减少、热敏电阻露出液面时，液体吸收热敏电阻的热减小，热敏电阻温度升高.
根据图乙所知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低.根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，热敏电阻阻值比真实值小，警戒液位值将被设定得比理论值大，因此指示灯亮的时间点将延迟.
答案：（1）C 4 900 （2）理论曲线 （3）升高 减小 延迟
@课时作业（十八）
[基础训练]
1.传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容器式传感器，将电容器、灵敏电流计（零刻度在中间）、电源串联成闭合回路.当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转.在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定之后，灵敏电流表指针的偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）（ ）
A.向右偏到某一刻度后回到零刻度
B.向左偏到某一刻度后回到零刻度
C.向右偏到某一刻度后不动
D.向左偏到某一刻度后不动
解析：当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式C＝得到，电容器的电容将增大，又根据电容的定义式C＝，电容器两极的电压U不变，故Q将增大，即电容器充电，所以电流将从电流表正接线柱流入，电流计指针向右偏.当充电完毕后，电路中没有电流，电流计的指针回到零刻度，故A正确，B、C、D错误.
答案：A
2.（多选）电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断.如图所示为电熨斗的结构示意图，下列关于电熨斗的控制电路的说法正确的是 （ ）
A.常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的
B.图中双金属片上层的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数
C.熨烫棉麻衣物时需要设定较高的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升
D.熨烫丝绸衣物时需要设定较低的温度，应旋转调温旋钮，使升螺钉上升
解析：常温时，电熨斗的上下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀得厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，故A错误，B正确.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使升降螺钉下降；熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使升降螺钉上升，故C错误，D正确.
答案：BD
3.（多选）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线时，A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
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
解析：R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，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项错误，B项正确；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.
答案：BC
4.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
解析：当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，并不报警；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.
答案：D
5.如图所示是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中电源电动势为E，内阻为r，R1、R2是定值电阻，RB是磁敏传感器，它的电阻阻值随磁体的出现而减小，c、d接报警器.电路闭合后，当传感器RB所在处出现磁体时，则通过电流表的电流I，c、d两端的电压U将（ ）
A.I变大，U变小 B.I变小，U变大
C.I变大，U变大 D.I变小，U变小
解析：由“串反并同”知当传感器处出现磁体，RB减小时，干路电流变大，U变小，电流表示数变大，即I变大，故A对，B、C、D错.
答案：A
6.磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成.某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为理想电压表.
甲
乙
（1）为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向 （填“c”或“d”）端移动.
（2）已知电磁铁线圈的直流电阻为30 Ω，滑动变阻器的最大阻值为170 Ω，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则电源E的内阻为 Ω（结果保留2位有效数字）.
（3）同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，然后将金属应变片R1、定值电阻R2和理想电压表V2连接成如图乙所示的电路.线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将 ，电压表V2的读数将 （填“增大”“减小”或“不变”）.
（4）在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则线圈两端电压至少为 V.
解析：（1）根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场强度越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应该滑向c端.
（2）当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，滑动变阻器提供的分压最大，由闭合电路欧姆定律E＝Um＋Ir，I＝，R＝ Ω＝25.5 Ω，联立解得：r≈0.21 Ω.
（3）线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，根据电阻定律，R1的阻值将增大.根据串联电路分压规律可知，电阻增大，电压增大，所以电压表V2的读数将增大.
（4）由图丙可知，F＝1 200 N时对应的电压为6.0 V，即要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则电压至少为6.0 V.
答案：（1）c （2）0.21 （3）增大 增大 （4）6.0
7.如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电.
（1）房卡的作用相当于一个 （填电路元件名称）接在干路上.
（2）如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器.当继电器工作时，cd相吸，ab便接通.请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路.
甲
乙
解析：（1）房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的开关.
（2）将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8－7，4－5，6－9，1－3，2－10连接起来，构成正常的电门卡电路，如图.
答案：（1）开关 （2）图见解析
[能力提升]
8.如图所示是某研究学习小组模拟街道路灯自动控制电路的电路图，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电.为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在 （填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接部分电路元件.
解析：该模拟电路原理是：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁中电流的大小，即可调节电磁铁的磁性强弱，吸引或者释放衔铁，从而断开或接通路灯，达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果.因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电路的电流较大，电磁铁的磁性强，可将衔铁吸下，接通BC，断开AB；又因为天亮需要断开路灯，所以路灯应接在AB之间.电路连线直接将DE两端口与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可.电路如图所示.
答案：AB 见解析图
9.传感器担负着信息采集的任务，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（电学量），例如热敏传感器.某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问：
（1）为了使温度过高时报警器响铃，c应接在 （填“a”或“b”）处.
（2）若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向 （填“左”或“右”）移动.
（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的滑片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，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是
.
解析：（1）由题图甲可知，热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处.
（2）若要使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片P向左移动.
（3）电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力不能使弹簧发生足够大的形变.
答案：（1）a （2）左 （3）电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力不能使弹簧发生足够大的形变
10.（2024·潍坊高二检测）为了比赛的公平公正，学校短跑比赛设计安装了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图：起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30 mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30 mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑.已知两电路电源电压均为6 V，保持不变，压力传感器R的阻值随所受压力变化的图像如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计.
（1）起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人（压力F＝0）时，左端电路消耗的电功率为多少？
（2）比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900 N时，左端电路电流表读数为多少？
（3）比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1 500 N时，要使得红灯不亮，电阻R0至少为多大？
解析：（1）当开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人时，由图像知，压力传感器的电阻为R＝300 Ω，所以左端电路消耗的电功率为P＝＝＝0.12 W.
（2）当有人踩在压板上时，对传感器的压力为900 N，由图像知，此时压力传感器的电阻为R'＝100 Ω，所以左端电路电流表读数为I'＝＝＝0.06 A.
（3）由题意知，红灯不亮时的电路最小电流为I最小＝30 mA＝0.03 A
此时电路的最大电阻为R总＝＝＝200 Ω
由图像知，当传感器受到的压力是1 500 N时，此时的电阻为R＝50 Ω，R0＝R总－R＝150 Ω.
答案：（1）0.12 W （2）0.06 A （3）150 Ω
阶段归纳整合
@知识整合构建
@关键能力重构
专题1 常见敏感元件的特点
1.光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强，电阻减小；光照减弱，电阻增大.
2.热敏电阻和金属热电阻
（1）金属热电阻的电阻率随温度升高而增大.
（2）热敏电阻有正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻两种，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.
3.电阻应变片：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量的元件.
4.霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件.
题组 训练
1.（多选）如图所示，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器（耦合电容器），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（ ）
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.如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕，照样能进行触控操作
解析：据题意知，人是导体，人的手指与内部导体层间形成电容器，故A正确；由平行板电容器电容C＝可知，接触面积增大时，电容增大，故B正确，C错误；如果带了绝缘手套或手持不导电的物体触摸屏幕，没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，故D错误.
答案：AB
2.小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制.经检查，恒温箱的控制器没有故障.如图所示，下列对故障判断正确的是（ ）
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
解析：恒温箱内温度持续升高，说明加热器没损坏， 而控制器也没问题，故热敏电阻或温度设定装置出现故障.故选C.
答案：C
专题2 传感器的应用
几种传感器及与其相联系的物理知识的比较
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 直流电路动态分析
力传感器 力敏元件 力与直流电路
电容传感器 电容器 力、运动与含电容器电路
题组 训练
3.图甲表示某压敏电阻的阻值R随所受压力变化的情况.把这个压敏电阻与秤台、电池、电流表组合起来（如图乙所示），用压敏电阻作为承重的载体，把电流表的刻度改为相应的质量刻度，就得到了一个简易电子秤.下列说法正确的是（ ）
甲
乙
A.FA对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
B.FB对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
C.FA对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
D.FB对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
解析：根据R－F关系可知R＝R0－kF，而I＝＝，可知，物体质量与电流是非线性关系，且F越大，I越大，即FB对应的物体质量应标在电流较大的刻度上.故选B.
答案：B
4.（多选）电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是（ ）
甲
乙
丙
丁
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量速度
解析：从甲图可以看出，θ变化，能引起动片与定片正对面积变化，由C＝可知引起电容变化，由C＝可知引起电信号变化，故甲图的传感器可以用来测量角度，故A正确；从乙图可以看出，液体深度h变化，能引起正对面积变化，由C＝可知引起电容变化，由C＝可知引起电信号变化，故乙图的传感器可以用来测量液面的高度，故B正确；从丙图可以看出，压力的变化，能引起两极间距离变化，由C＝可知引起电容变化，由C＝可知引起电信号变化，故丙图的传感器可以用来测量压力，故C正确；从丁图可以看出，s的变化，能引起介电常数的变化，由C＝可知引起电容变化，由C＝可知引起电信号变化，故丁图的传感器可以用来测量距离，故D错误.
答案：ABC
综合微评（五）
（时间：75分钟 分值：100分）
一、单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求）
1.下列说法中正确的是（ ）
A.电饭锅中的热敏元件是光敏电阻
B.温度传感器中测温元件是热敏电阻
C.电熨斗中的敏感元件是应变片
D.电子秤中的敏感元件是双金属片
解析：电饭锅中的敏感元件是温度传感器，温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻、金属热电阻，A错误；温度传感器中测温元件是热敏电阻，阻值一定随温度的变化而变化，B正确；电熨斗中的敏感元件是温度传感器，通常为双金属片，C错误；电子秤中的敏感元件是力传感器，通常为应变片，D错误.
答案：B
2.交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是（ ）
A.声音传感器 B.电化学传感器
C.压力传感器 D.温度传感器
解析：检测驾驶员酒精含量，与声音、压力、温度无关，因此选用的是电化学传感器，故B正确.
答案：B
3.关于“模块机器人”的组成部分中相当于“人脑”部分的是（ ）
A.执行器 B.传感器
C.控制器 D.敏感元件
解析：执行器相当于人的“肌肉”，故A错误；传感器相当于人的“感觉器官”，故B错误；控制器相当于人的“大脑”，故C正确；敏感元件不属于“模块机器人”的组成部分，故D错误.
答案：C
4.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
解析：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光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确.
答案：B
5.霍尔元件是一种磁传感器，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，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷.则下列说法正确的是（ ）
A.该元件能把电学量转换为磁学量
B.左表面的电势高于右表面
C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D.如果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
解析：霍尔元件把磁学量转换为电学量，A错误；由于霍尔元件中的载流子为负电荷，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上表面保持水平，则左、右表面间无电压产生，C错误；根据qvB＝得，U＝Bdv，又I＝nqSv，联立解得U＝，可知保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确.
答案：D
6.如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求.其工作方式是 （ ）
A.A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B.A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C.C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联
D.C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
解析：A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用.故选A.
答案：A
7.如图所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻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线如图乙所示，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，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）
甲
乙
A.10 ℃ B.20 ℃
C.35 ℃ D.45 ℃
解析：由题可知Uab＝0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降，由电路分析可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻Rt的阻值决定了Uab的正负，设电源负极的电势为零，则φa＝U，φb＝U，其中U为电源的路端电压，令φa＝φb，即Uab＝0，则可得 ＝，代入数据得Rt＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故选C.
答案：C
二、多选题（本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
8.如图所示，用光敏电阻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，光敏电阻是高电阻
B.轻度污染时，光敏电阻是高电阻
C.无论污染程度如何，光敏电阻的电阻不变，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
解析：严重污染时，透过污水照到光敏电阻上的光线较少，光敏电阻阻值较大，A项正确，B项错误；光敏电阻由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C项错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响光敏电阻的阻值，D项正确.
答案：AD
9.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动，这样既可以提高刹车效果，又不使车轮失去控制.为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置，这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如果该装置检测出车轮不再转动，它就会自动放松刹车机构，让车轮仍保持转动状态，这就是ABS防抱死系统.如图是电磁脉冲传感器示意图，B是一根永久磁体，外面绕有线圈，它们的左端靠近一个铁质齿轮A.齿轮与转动的车轮是同步的，则以下说法正确的是（ ）
A.车轮转动时，由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线，产生感应电流
B.车轮转动时，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流
C.车轮转速减慢时，输出电流的周期变小，电流也变少
D.车轮转速减慢时，输出电流的周期变大，电流变小
解析：此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的，当车轮转动时，带动齿轮转动，相当于将铁块插入和拔出线圈，从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流，故A项错误，B项正确；当车轮转速减慢时，线圈中磁通量的变化减慢，产生的感应电流的周期变大，由E＝n可知，电流变小，故C项错误，D项正确.故选BD.
答案：BD
10.如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，R1为定值电阻，R2为光敏电阻（阻值随光照强度的增大而减小），C为电容器，L为小灯泡，电表均为理想电表.闭合开关S稳定后，增大照射光强度，则（ ）
A.小灯泡变亮
B.电压表的示数减小
C.电容器上的电荷量减少
D.光敏电阻两端的电压减小
解析：由图可知，L和R2串联后和C并联，再与R1串联，电容器在电路稳定时相当于断路；当增大照射光强度时，光敏电阻R2减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，流过小灯泡的电流增大，则小灯泡的功率增大，故A正确；由欧姆定律知，定值电阻R1两端电压增大，电压表的示数增大，故B错误；电容器板间电压为UC＝E－I（R1＋r），I增大，则UC减小，电容器上的电荷量减少，故C正确；光敏电阻两端的电压为U＝E－I（R1＋r＋RL），由于总电流I增大，E、R1、r、RL不变，因此光敏电阻两端的电压减小，故D正确.
答案：ACD
三、实验题（本题共2小题，共15分）
11.（6分）光传感器是一种传感装置，在自动控制中发挥着重要作用，主要应用了半导体材料制成的光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照增加而减小.某实验小组用光敏电阻做实验：
甲 乙
（1）为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，用图甲所示电路进行实验，得出两种U－I图线如图乙所示.根据U－I图线可知正常光照射时光敏电阻阻值 Ω，强光源照射时电阻为 Ω.
（2）若图甲中所用电压表的内阻约为7 kΩ，毫安表的内阻约为300 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，下列说法中正确的是 .
A.该电路图中毫安表采用的是内接法，测量值（R测＝）将大于真实值
B.用正常光照射时测得的电阻误差较小
C.用强光照射时测得的电阻误差较小
解析：（1）因为光敏电阻的阻值随光照增加而减小，故由乙图可知b图线是强光源照射，a图线是正常光照射，故Ra＝6 000 Ω，Rb＝400 Ω.
（2）用图甲所示电路进行实验，毫安表采用的是内接法，强光照射时，光敏电阻与毫安表的内阻相差不大，这样两者电压相差不大，故造成误差大；而正常光照时，光敏电阻远大于毫安表的内阻，毫安表分得电压较小，误差较小，选项A、B正确.
答案：（1）6 000 400 （2）AB
12.（9分）某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表，设计的电路如图（a）所示.实验器材如下：待改装电压表（量程0～3 V，可视为理想电压表），定值电阻R0，压敏电阻Rx，电源（4 V，内阻不计），开关S，导线.选用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律如图（b）所示.
图（a）
图（b）
（1）实验中随着压力F的增大，电压表的示数 （填“变大”“不变”或“变小”）.
（2）为使改装后仪表的量程为0～160 N，且压力160 N对应电压表3 V刻度，则定值电阻阻值R0＝ Ω，压力为0时对应电压表 V刻度.
解析：（1）根据闭合电路欧姆定律可知，电压表的示数U＝E，由图（b）可知，压力越大Rx越小，U越大，故电压表的示数变大.
（2）由图（b）可知，当F1＝160 N时，Rx1＝80 Ω，此时电压表的示数U1＝3 V，由U1＝E，得R0＝Rx1＝ Ω＝240 Ω；由图（b）可知，当F2＝0 时，Rx2＝400 Ω，此时电压表的示数为U2＝E＝ V＝1.5 V，可见压力为0时对应电压表1.5 V刻度.
答案：（1）变大 （2）240 1.5
四、解答题（本题共3小题，共39分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位）
13.（8分）如图所示是一种运动传感器的原理图，这个系统由A、B两个小盒子组成，A盒装有红外线发射器和超声波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器，A盒固定在被测的运动物体上，测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲（即持续时间极短的一束红外线和一束超声波），B盒收到红外线脉冲时开始计时，收到超声波脉冲时计时停止.已知系统进行第一次测量的时间差为t1，经过短暂的时间Δt后，系统进行第二次测量的时间差为t2，若超声波在空气中的传播速度为v0，被测物体的运动是匀速运动，求被测物体的运动速度.
解析：由于红外线以光速传播，因此红外线的传播时间可以忽略；
第一次测量时A盒与B盒之间的距离x1＝v0t1
第二次测量时A盒与B盒之间的距离x2＝v0t2
两次测量的时间间隔为Δt，因此被测物体的速度：v＝＝v0.
答案：v0
14.（13分）有一种角速度计可以测量航天器的转动角速度，其结构如图所示，角速度计固定在待测装置上，元件A可在光滑杆上滑动，静止时，电压输出刚好为零.当装置绕竖直轴OO'转动时，元件A在光滑杆上发生位移并输出电压信号，成为航天器制导系统的信息源.已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，自然长度为l0，电源的电动势为E，内阻不计，滑动变阻器B的总长度为l，当系统以角速度ω转动时，求U与ω的函数关系.
解析：当系统以角速度ω转动时，设弹簧的伸长量为x.对元件A，弹簧弹力提供做圆周运动的向心力，有
kx＝mω2（l0＋x）
电压表的读数U＝E
解得U与ω的函数关系为U＝
当x＝l时，U＝E，ω＝
上式成立的条件是：ω≤.
答案：U＝［ω≤］
15.（18分）如图甲所示，电源的电动势E＝10 V，电源内电阻可忽略不计；G是内阻为Rg的灵敏电流表，定值电阻R上标有“1 V 2×10－3 W”的字样，RT为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S，当RT的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝ mA.
甲
乙
（1）由图乙可知，当RT的温度逐渐增加时，RT的阻值会如何变化？
（2）电流表内阻Rg为多大？（3）定值电阻R两端电压为额定电压时，热敏电阻RT的温度为多少？
解析：（1）由图乙可知，当RT的温度逐渐增加时，RT的阻值逐渐减小.
（2）由题意可知：定值电阻R＝＝500 Ω
由图乙可知，当RT的温度等于120 ℃时，RT＝1.5×103 Ω
由欧姆定律可知I1＝
解得Rg＝1 000 Ω.
（3）定值电阻R两端电压为额定电压时I＝＝2×10－3 A
RT＝＝3.5×103 Ω
由图乙可知，当RT＝3.5×103 Ω时，热敏电阻RT的温度为20 ℃.
答案：（1）逐渐减小 （2）1 000 Ω
（3）20 ℃
模块综合微评
（时间：75分钟 分值：100分）
一、单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求）
1.如图所示是交流发电机的示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；导体制成的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，线圈按逆时针方向匀速转动依次经过如图所示四个位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.经甲图所示位置时，穿过线圈的磁通量为零
B.经乙图所示位置时，通过线圈的电流改变方向
C.经丙图所示位置时，通过线圈的电流最大
D.经丁图所示位置时，穿过线圈的磁通量的变化率最大
解析：甲图与丙图中，线圈在中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，穿过线圈的磁通量的变化率为0，通过线圈的电流为0，故A、C错误；乙图与丁图中，AB和CD边运动方向与磁感线方向垂直，切割磁感线，产生的感应电流最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，通过线圈的电流不改变方向，故B错误，D正确.
答案：D
2.一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连，下列说法正确的是（ ）
A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大
B.质子被加速后的最大速度与B、R无关
C.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大
D.该回旋加速器也能用于加速α粒子
解析：由qvB＝m得v＝，当r＝R时，v最大，v＝，由此可知质子的最大速度只与粒子本身的比荷、加速器半径、磁场大小有关，与加速电压无关，故A正确，B、C错误；此加速器加速电场的周期T＝，加速α粒子时T'＝，两个周期不同，不能加速α粒子，故D错误.故选A.
答案：A
3.图中的LC振荡电路，先把开关S掷到1处给电容器C充电，充好电后再将开关S掷到2处（组成LC振荡电路），这时电容器开始放电，但电流不能立刻达到最大值，而是直到电容器C放电完毕时电流才达到最大值，造成此现象的原因是 （ ）
A.线圈的自感作用
B.电容器的本身特点
C.电子做定向移动需要一定的时间
D.以上答案都错误
解析：电容器放电的过程中电路中的电流增大，而线圈的电感会阻碍电流的变化，所以电路中的电流只能逐渐增大.所以这时电容器开始放电，但电流不能立刻达到最大值，而是直到电容器C放电完毕时电流才达到最大值，造成此现象的原因是线圈的自感作用.故选A.
答案：A
4.一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正，该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示.则Q方∶Q正等于（ ）
A.1∶ B.∶1
C.1∶2 D.2∶1
解析：由有效值概念知，一个周期内产生的热量Q方＝·＋·＝T，Q正＝T＝T＝·T，可得＝，故D正确，A、B、C错误.
答案：D
5.如图所示，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为60°，此时悬线的拉力为F.若圆环通电，使悬线的拉力刚好为，则环中电流大小和方向是（ ）
A.大小为，沿顺时针方向
B.大小为，沿逆时针方向
C.大小为，沿逆时针方向
D.大小为，沿顺时针方向
解析：由圆环不通电时悬线拉力为F，可知F＝mg.若圆环通电，悬线拉力为，由平衡条件可知，＋F安＝mg，安培力向上，电流沿顺时针方向，F安＝BIR＝mg，I＝＝，D选项正确.
答案：D
6.（2024·大同期中）如图所示，一质量为m、电荷量为q的带电粒子与磁场边界成θ＝60°射入宽度为d的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，粒子从右边界B点射出磁场，AB连线垂直于边界，不计粒子重力，以下说法正确的是（ ）
A.粒子带正电
B.粒子在磁场中运动时间为
C.粒子射入磁场的速度为
D.粒子射出速度方向与水平夹角为60°
解析：粒子向下偏转，则由左手定则判断出粒子带负电，故A错误；做出A点速度垂线及AB连线的中垂线得交点即为圆心，由几何关系可以求出粒子运动的半径r＝d，对应的圆心角为60°，所以运动时间为t＝＝，故B正确；由洛伦兹力充当向心力可得，r＝d＝，得v＝，故C错误；由几何关系可以知道射出速度与水平夹角为30°，故D错误.故选B.
答案：B
7.（2024·宁河区校级期末）如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面，先后两次将线框从同一位置匀速地拉出有界磁场，第一次速度v1＝v，第二次速度v2＝2v，在先、后两次过程中（ ）
A.线圈中感应电流之比为1∶4
B.线圈中产生热量之比为1∶8
C.沿运动方向作用在线框上的外力的功率之比为1∶4
D.流过任一横截面的电荷量之比为1∶2
解析：设线框的长度为a，宽为L，感应电动势E＝BLv，感应电流I＝，则线圈中感应电流之比为1∶2，故A错误；根据焦耳定律得Q＝I2Rt＝（）2×R×＝，则线圈中产生热量之比为1∶2，故B错误；线框匀速运动，则外力的功率等于克服安培力的功率，根据功率公式可知，P＝Fv＝BILv＝，沿运动方向作用在线框上的外力的功率之比为1∶4，故C正确；根据电荷量的定义可知，q＝It＝t＝＝，流过任一横截面的电荷量之比为1∶1，故D错误.故选C.
答案：C
二、多选题（本题共3小题，每小题6分，共18分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
8.如图所示，足够长的光滑平行导轨固定在水平面上，左侧导轨间距是右侧导轨间距的2倍.导轨处于方向竖直向下的匀强磁场中，质量均为m的金属棒ab和cd分别静止在左、右两侧导轨上.现给ab棒一向右的初速度v0，当ab棒滑上右侧导轨的瞬间，cd棒的速度大小为，最终两金属棒都在右侧导轨上运动并达到稳定状态，两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且与导轨接触良好，下列说法正确的是（ ）
A.ab棒滑上右侧导轨前，ab棒和cd棒所受安培力大小之比为1∶1
B.ab棒滑上右侧导轨前，ab棒和cd棒所受安培力大小之比为2∶1
C.ab棒滑上右侧导轨瞬间的速度大小为v0
D.ab棒滑上右侧导轨瞬间的速度大小为
解析：设右侧导轨间距为L，则左侧导轨间距为2L，两金属棒与导轨组成闭合电路，流过两金属棒的电流I大小相等，ab棒滑上右侧导轨前，ab棒和cd棒所受安培力大小之比为＝＝，A错误，B正确；以向右为正方向，从ab棒开始滑动到ab棒滑上右侧导轨瞬间的过程，由动量定理得：对ab棒有－BI·2Lt＝mvab－mv0，对cd棒有BILt＝m－0，联立解得vab＝，C错误，D正确.故选BD.
答案：BD
9.水平桌面上方区域内存在一垂直于桌面的磁感应强度为B的匀强磁场，科研人员将均匀涂抹荧光物质的半径为R的圆环放置于水平桌面上，如图1所示，A为圆环边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同的速率经过A点，在平面内沿不同的方向射入磁场，科研人员观测到整个圆环发出淡淡的荧光（高速微观粒子打在荧光物质上会发出荧光），且粒子在圆环内磁场中运动的最长时间为t.更换半径为R的圆环时如图2所示，只有相应的三分之一圆周上有荧光发出，不计重力及带电粒子之间的相互作用，则（ ）
图1 图2
A.粒子在磁场中做圆周运动的周期T＝3t
B.粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝2R
C.粒子在磁场中做圆周运动的速度v＝
D.该粒子的比荷＝
解析：更换半径为R的圆环时，只有相应的三分之一圆周上有荧光发出，则粒子在磁场中运动的半径为r＝×R·＝2R，B正确；半径为R时，粒子从过A的直径的另一端点射出时，时间最长，则有t＝T，解得T＝6t，A错误；根据公式得v＝＝，C错误；根据周期公式T＝得＝＝，D正确.故选BD.
答案：BD
10.如图所示，两足够长光滑平行金属导轨(共13张PPT)
第五章 传感器
阶段归纳整合
第*页
知识整合构建
第*页
关键能力重构
专题1 常见敏感元件的特点
1. 光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强，电阻减小；光照减 弱，电阻增大.
2. 热敏电阻和金属热电阻
（1）金属热电阻的电阻率随温度升高而增大.
（2）热敏电阻有正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻两种，正温度系数的热 敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.
3. 电阻应变片：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量的元件.
4. 霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件.
题组 训练
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. 如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕，照样能进行触控操作
AB
A. 只可能是热敏电阻出现故障
B. 只可能是温度设定装置出现故障
C. 热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D. 可能是加热器出现故障
解析：恒温箱内温度持续升高，说明加热器没损坏， 而控制器也没问题，故热敏电 阻或温度设定装置出现故障.故选C.
C
专题2 传感器的应用
几种传感器及与其相联系的物理知识的比较
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 直流电路动态分析
力传感器 力敏元件 力与直流电路
电容传感器 电容器 力、运动与含电容器电路
题组 训练
甲 乙
B
A. FA对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，
且物体质量与电流是线性关系
B. FB对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，
且物体质量与电流是非线性关系
C. FA对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，
且物体质量与电流是非线性关系
D. FB对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，
且物体质量与电流是线性关系
A. 甲图的传感器可以用来测量角度
B. 乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C. 丙图的传感器可以用来测量压力
D. 丁图的传感器可以用来测量速度
ABC
