章末复习 知识整合与能力提升
核心 目标 1. 认识简单的自动控制装置，能对一些电磁元件或部件的工作原理作出解释．
2. 会做“利用传感器设计并制作简单的自动控制装置”实验，能正确操作实验器材，分析数据、发现规律．
考点1 传感器的原理
(2024·江门期末)如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从电流表表盘上直接读出压力大小，其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(总电阻200 Ω)，电流表量程为10 mA(内阻10 Ω)，电源电动势E＝10 V(内阻10 Ω)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的关系如图乙所示．
甲 乙
(1) 压敏电阻所受压力越大，电流表示数__ __(填“越大”或“越小”).
(2) 有以下规格的定值电阻，保护电阻R1应选哪一个__ __．
A. 10 Ω B. 100 Ω
C. 200 Ω D. 800 Ω
(3) 选取、安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零．调零电阻R2应调为____Ω.
(4) 现对表盘进行重新赋值，原8 mA刻度线应标注____ N.
(5) 由于电源用久了，电源内阻变大，电动势可认为不变，如果某次使用时，先调零、后测量，则读出压力的测量值__ __(填“大于”、“等于”或“小于”)实际压力的真实值．
考点2 传感器实验
(2024·广州二中)半导体薄膜压力传感器阻值会随压力变化而改变．某小组设计实验测量一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RF，其阻值约几十千欧，现有以下器材：
甲
乙
电源：电动势3 V，内阻不计
电流表A1：量程250 μA，内阻约为50 Ω
电流表A2：量程250 mA，内阻约为10 Ω
电压表V：量程3 V，内阻约为20 kΩ
滑动变阻器R：阻值范围0～100 Ω
压力传感器RF，开关S，导线若干．
请回答下列问题：
(1) 为了提高测量的准确性，电流表应选__ __(填“A1”或“A2”).
(2) 通过多次实验测得其阻值RF随压力F变化的RF-F图像如图甲所示，由图甲可知压力越大，压力传感器的阻值__ __(填“越大”或“越小”).
(3) 完成前面的实验工作后，将该压力传感器接入如图乙所示电路中，制作成简易电子科，它主要构成有：压力传感器RF，定值电阻R0＝14 kΩ，理想电流表(量程250 μA)，电动势为6 V的电源，电源内阻不计．将该电子秤水平放置在竖直方向运动的电梯里，在托盘上放一砝码，托盘和砝码的总质量为600g，电流表示数为200 μA，取g＝9.8 m/s2.通过计算可知压力传感器的阻值为__ __ kΩ，可得电梯的加速度大小为_ _ m/s2，电梯的运动状态可能是___________________．
(2024·广州实验外语学校)由半导体材料制成的热敏电阻阻值会随温度的变化而变化．利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50 ℃.所用器材有：
A. 直流电源E(36 V，内阻不计)
B. 恒温箱加热器的电源
C. 电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)
D. 电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)
E. 热敏电阻RT
F. 继电器(电阻300 Ω)
G. 滑动变阻器R1(最大阻值4 000 Ω)
H. 单刀单掷开关S1
I. 导线若干．
(1) 用图(a)所示电路测量热敏电阻RT的阻值．当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA；当温度为50 ℃时，调节变阻器R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图(b)所示，此时热敏电阻的阻值为_____Ω，该电路测得的阻值比真实值______(填“偏大”或“偏小”).由以上实验数据可知，该热敏电阻RT的阻值随温度的升高而______(填“增大”或“减小”).
图(a) 图(b)
图(c)
(2) 现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图(c)所示，继电器的电阻为300 Ω.当线圈的电流大于或等于30 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：
①应该把恒温箱内的加热器接在_________(填“A、B端”或“C、D端”).
②如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R1的阻值应调节为________Ω.
1. (2021·天津卷)霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中．长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示．半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p.当半导体材料通有沿＋x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿＋y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿－z方向．
(1) 判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向．
(2) 若自由电子定向移动在沿＋x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz.
(3) 霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为vnz、vpz，求Δt时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件．
2. (2024·浙江1月)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/(102Ω) 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_________kΩ， 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
3. (2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图甲所示，选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图乙所示).自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T.
甲
乙
(1) 按照兴趣小组设计的电路，下列说法中正确的是______．
A. 按下S1，L1和L2均发光
B. 当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C. 保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D. 当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
(2) 简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是_________(填写各步骤前的字母).
A. 将选择开关旋转到“×100”位置
B. 将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C. 调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D. 测量指示灯L1两端的阻值
E. 将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图丙所示，可判断是_______断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是______断路损坏．(用电路中的元件符号表示)
丙 丁
4. (2021·广东卷)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＝________．章末复习 知识整合与能力提升
核心 目标 1. 认识简单的自动控制装置，能对一些电磁元件或部件的工作原理作出解释．
2. 会做“利用传感器设计并制作简单的自动控制装置”实验，能正确操作实验器材，分析数据、发现规律．
考点1 传感器的原理
(2024·江门期末)如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从电流表表盘上直接读出压力大小，其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(总电阻200 Ω)，电流表量程为10 mA(内阻10 Ω)，电源电动势E＝10 V(内阻10 Ω)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的关系如图乙所示．
甲 乙
(1) 压敏电阻所受压力越大，电流表示数__越小__(填“越大”或“越小”).
解析：由图乙可知压力越大，压敏电阻阻值越大；根据闭合电路欧姆定律可得电流越小．
(2) 有以下规格的定值电阻，保护电阻R1应选哪一个__D__．
A. 10 Ω B. 100 Ω
C. 200 Ω D. 800 Ω
解析：电流表满偏时，电路的总电阻R总＝＝1 000 Ω，由图乙可知，当F＝0时，压敏电阻的阻值为100 Ω，由调零电阻R2最大为200 Ω，故R1只要不小于700 Ω即可．故选D.
(3) 选取、安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零．调零电阻R2应调为__80__Ω.
解析：选取、安装保护电阻后，对压力传感器进行调零，电路的总电阻R总＝＝1 000 Ω，当F＝0时，电阻为100 Ω，R1＝800 Ω，故R2只要调整为R2＝1 000 Ω－800 Ω－100 Ω－ 10 Ω－10 Ω＝80 Ω.
(4) 现对表盘进行重新赋值，原8 mA刻度线应标注__250__ N.
解析：电流为8 mA时，电路的总电阻R′总＝＝1 250 Ω，因为R1＝800 Ω，R2＝80 Ω，压敏电阻为1 250 Ω－800 Ω－80 Ω－20 Ω＝350 Ω
由图像可得压敏电阻R与压力F的关系，可有R＝100＋kF
又k＝＝1
可得F＝250 N
(5) 由于电源用久了，电源内阻变大，电动势可认为不变，如果某次使用时，先调零、后测量，则读出压力的测量值__不变__(填“大于”、“等于”或“小于”)实际压力的真实值．
解析：由于电源用久了，电源内阻变大，电动势可认为不变，只要能够调零，则初始电流为10 mA的总电阻不变，压力不变．
考点2 传感器实验
(2024·广州二中)半导体薄膜压力传感器阻值会随压力变化而改变．某小组设计实验测量一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RF，其阻值约几十千欧，现有以下器材：
甲
乙
电源：电动势3 V，内阻不计
电流表A1：量程250 μA，内阻约为50 Ω
电流表A2：量程250 mA，内阻约为10 Ω
电压表V：量程3 V，内阻约为20 kΩ
滑动变阻器R：阻值范围0～100 Ω
压力传感器RF，开关S，导线若干．
请回答下列问题：
(1) 为了提高测量的准确性，电流表应选__A1__(填“A1”或“A2”).
解析：电路中最大电流为Imax＝＝ A＝0.3 mA＝300 μA，故为了提高测量的准确性，电流表应选A1.
(2) 通过多次实验测得其阻值RF随压力F变化的RF-F图像如图甲所示，由图甲可知压力越大，压力传感器的阻值__越小__(填“越大”或“越小”).
解析：由图可知，压力越大，压力传感器的阻值越小．
(3) 完成前面的实验工作后，将该压力传感器接入如图乙所示电路中，制作成简易电子科，它主要构成有：压力传感器RF，定值电阻R0＝14 kΩ，理想电流表(量程250 μA)，电动势为6 V的电源，电源内阻不计．将该电子秤水平放置在竖直方向运动的电梯里，在托盘上放一砝码，托盘和砝码的总质量为600g，电流表示数为200 μA，取g＝9.8 m/s2.通过计算可知压力传感器的阻值为__16__ kΩ，可得电梯的加速度大小为__0.2__ m/s2，电梯的运动状态可能是__向上加速运动或向下减速运动__．
解析：由闭合电路的欧姆定律I＝，代入数据解得RF＝16 kΩ.由图可知，当RF＝16 kΩ时，压力传感器的示数为F＝6.0 N，由牛顿第二定律F－mg＝ma，解得a＝0.2 m/s2.因为加速度方向竖直向上，且不知道电梯的运动方向，故电梯的运动状态可能是向上加速运动或向下减速运动．
(2024·广州实验外语学校)由半导体材料制成的热敏电阻阻值会随温度的变化而变化．利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50 ℃.所用器材有：
A. 直流电源E(36 V，内阻不计)
B. 恒温箱加热器的电源
C. 电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)
D. 电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)
E. 热敏电阻RT
F. 继电器(电阻300 Ω)
G. 滑动变阻器R1(最大阻值4 000 Ω)
H. 单刀单掷开关S1
I. 导线若干．
(1) 用图(a)所示电路测量热敏电阻RT的阻值．当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA；当温度为50 ℃时，调节变阻器R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图(b)所示，此时热敏电阻的阻值为__600__Ω，该电路测得的阻值比真实值__偏大__(填“偏大”或“偏小”).由以上实验数据可知，该热敏电阻RT的阻值随温度的升高而__减小__(填“增大”或“减小”).
图(a) 图(b)
图(c)
解析：当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA.此时热敏电阻阻值R，由欧姆定律得R＝＝2 000 Ω，当温度为50 ℃时，调节变阻器R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图(b)所示为50.0 mA，由欧姆定律得R′＝＝600 Ω，所以热敏电阻RT的阻值随温度的升高而减小．
由于实验采用的是电流表内接法，所以电压表读数大于热敏电阻两端的电压，则在相同的温度下，热敏电阻的测量值总比理论值偏大．
(2) 现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图(c)所示，继电器的电阻为300 Ω.当线圈的电流大于或等于30 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：
①应该把恒温箱内的加热器接在__A、B端__(填“A、B端”或“C、D端”).
②如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R1的阻值应调节为__300__Ω.
解析：①随着恒温箱内温度降低，热敏电阻RT的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于30 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．所以应该把恒温箱内的加热器接在A、B端．
②要使恒温箱内的温度保持50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为30 mA.由(1)分析可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为600 Ω，由闭合电路欧姆定律I＝，r＝300 Ω，解得R1＝300 Ω
1. (2021·天津卷)霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中．长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示．半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p.当半导体材料通有沿＋x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿＋y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿－z方向．
(1) 判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向．
答案：沿＋z方向
解析：由左手定则可判断出自由电子受到的洛伦兹力沿＋z方向．
(2) 若自由电子定向移动在沿＋x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz.
答案：e
解析：设t时间内流过半导体垂直于x轴某一横截面自由电子的电荷量为q，由电流定义式得In＝
设自由电子在x方向上定向移动速率为vnx，可导出自由电子的电流微观表达式为In＝neabvnx
单个自由电子所受洛伦兹力大小为F洛＝evnxB
霍尔电场力大小为F电＝eE
自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力方向相同，其合力大小为Fnz＝e
(3) 霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为vnz、vpz，求Δt时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件．
答案：见解析
解析：设Δt时间内在z方向上运动到半导体上表面的自由电子数为Nn、空穴数为Np，则Nn＝nacvnzΔt
Np＝pacvpzΔt
霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面的电荷量就不再发生变化，则应Nn＝Np，即在任何相等时间内运动到上表面的自由电子数与空穴数相等，这样两种载流子在z方向形成的电流应大小相等、方向相反．
2. (2024·浙江1月)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/(102Ω) 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__C__，定值电阻R的阻值应选__3__kΩ， 1、2两端的电压小于__1.8__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
解析：电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，A错误；定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得电压越小，无法实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，B错误；定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得电压越大，可以实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，C正确．故选C.
由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20.0 ℃的阻值为60×100 Ω＝6 kΩ，由题意可知U12＝E＝×3 V＝2 V，解得R＝3 kΩ
28 ℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ，此时1、2两点间的电压为×4.5 V＝1.8 V，则1、2两端的电压小于1.8 V时，自动关闭加热系统．
3. (2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图甲所示，选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图乙所示).自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T.
甲
乙
(1) 按照兴趣小组设计的电路，下列说法中正确的是__CD__．
A. 按下S1，L1和L2均发光
B. 当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C. 保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D. 当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
解析：按下S1后L2支路被短路，则L2不会发光，A错误；当锅内温度高于103 ℃时，S1断开，而要温度降到70 ℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则回路中并联的整体电阻RL＝10.42 Ω，R并＝56.64 Ω，则回路总电阻R总＝1 067.06 Ω，则回路总电流I总＝＝0.21 A，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并＝I总R并＝11.89 V，则流过L1的电流为IL1＝＝ A＝0.012 A，则流过L1的电流小于30 mA，则L1熄灭，B错误；由题知，S2在锅内温度高于80 ℃时自动断开，锅内温度降到70 ℃以下时S2自动闭合，C正确；当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，则此时流过L1的电流为I′L1＝＝ A＝0.218 A，此时流过L1的电流大于 30 mA，则L1发光，D正确.
(2) 简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是__CABDE__(填写各步骤前的字母).
A. 将选择开关旋转到“×100”位置
B. 将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C. 调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D. 测量指示灯L1两端的阻值
E. 将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
解析：多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表．故正确顺序为CABDE.
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图丙所示，可判断是__L1__断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是__R1__断路损坏．(用电路中的元件符号表示)
丙 丁
解析：由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，由图丙可看出L1两端有1 090 Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏；由图丁可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL＝10.42 Ω，此时选用的是“×100”挡，则说明灯泡L1正常，则L1始终不亮的原因是R1断路损坏．
4. (2021·广东卷)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__短接__，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__减小__．
解析：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) 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__b__(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__大于__(填“大于”、“小于”或“等于”)R02.此时热敏电阻阻值RT＝__R01－R02__．
解析： 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，因为R01＝R02＋RT，即 RT＝R01－R02，可知R01大于R02.(共40张PPT)
第五章
章末复习 知识整合与能力提升
传感器
核心 目标 1. 认识简单的自动控制装置，能对一些电磁元件或部件的工作原理作出解释．
2. 会做“利用传感器设计并制作简单的自动控制装置”实验，能正确操作实验器材，分析数据、发现规律．
核心知识 整合建构
素养生成 综合应用
传感器的原理
考点
1
(2024·江门期末)如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从电流表表盘上直接读出压力大小，其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(总电阻200 Ω)，电流表量程为10 mA(内阻10 Ω)，电源电动势E＝10 V(内阻10 Ω)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的关系如图乙所示．
1
甲
乙
(1) 压敏电阻所受压力越大，电流表示数________(填“越大”或“越小”).
解析：由图乙可知压力越大，压敏电阻阻值越大；根据闭合电路欧姆定律可得电流越小．
越小
(2) 有以下规格的定值电阻，保护电阻R1应选哪一个_____．
A. 10 Ω B. 100 Ω
C. 200 Ω D. 800 Ω
D
甲
乙
(3) 选取、安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零．调零电阻R2应调为______Ω.
甲
乙
80
(4) 现对表盘进行重新赋值，原8 mA刻度线应标注_______ N.
甲
乙
250
(5) 由于电源用久了，电源内阻变大，电动势可认为不变，如果某次使用时，先调零、后测量，则读出压力的测量值________(填“大于”、“等于”或“小于”)实际压力的真实值．
甲
乙
不变
解析：由于电源用久了，电源内阻变大，电动势可认为不变，只要能够调零，则初始电流为10 mA的总电阻不变，压力不变．
传感器实验
考点
2
(2024·广州二中)半导体薄膜压力传感器阻值会随压力变化而改变．某小组设计实验测量一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RF，其阻值约几十千欧，现有以下器材：
2
电源：电动势3 V，内阻不计
电流表A1：量程250 μA，内阻约为50 Ω
电流表A2：量程250 mA，内阻约为10 Ω
电压表V：量程3 V，内阻约为20 kΩ
滑动变阻器R：阻值范围0～100 Ω
压力传感器RF，开关S，导线若干．
请回答下列问题：
(1) 为了提高测量的准确性，电流表应选______(填“A1”或“A2”).
A1
甲
乙
(2) 通过多次实验测得其阻值RF随压力F变化的RF-F图像如图甲所示，由图甲可知压力越大，压力传感器的阻值________(填“越大”或“越小”).
甲
解析：由图可知，压力越大，压力传感器的阻值越小．
越小
(3) 完成前面的实验工作后，将该压力传感器接入如图乙所示电路中，制作成简易电子科，它主要构成有：压力传感器RF，定值电阻R0＝14 kΩ，理想电流表(量程250 μA)，电动势为6 V的电源，电源内阻不计．将该电子秤水平放置在竖直方向运动的电梯里，在托盘上放一砝码，托盘和砝码的总质量为600g，电流表示数为200 μA，取g＝9.8 m/s2.通过计算可知压力传感器的阻值为______ kΩ，可得电梯的加速度大小为_______ m/s2，电梯的运动状态可能是______________________________.
乙
16
0.2
向上加速运动或向下减速运动
(2024·广州实验外语学校)由半导体材料制成的热敏电阻阻值会随温度的变化而变化．利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50 ℃.所用器材有：
A. 直流电源E(36 V，内阻不计)
B. 恒温箱加热器的电源
C. 电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)
D. 电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)
E. 热敏电阻RT
F. 继电器(电阻300 Ω)
G. 滑动变阻器R1(最大阻值4 000 Ω)
H. 单刀单掷开关S1
I. 导线若干．
3
(1) 用图(a)所示电路测量热敏电阻RT的阻值．当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA；当温度为50 ℃时，调节变阻器R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图(b)所示，此时热敏电阻的阻值为_______Ω，该电路测得的阻值比真实值________(填“偏大”或“偏小”).由以上实验数据可知，该热敏电阻RT的阻值随温度的升高而________(填“增大”或“减小”).
600
偏大
减小
图(a)
图(b)
(2) 现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图(c)所示，继电器的电阻为300 Ω.当线圈的电流大于或等于30 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：
①应该把恒温箱内的加热器接在__________(填
“A、B端”或“C、D端”).
②如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电
阻R1的阻值应调节为_______Ω.
图(c)
A、B端
300
链接高考 真题体验
1. (2021·天津卷)霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中．长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示．半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p.当半导体材料通有沿＋x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿＋y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿－z方向．
(1) 判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向．
答案：沿＋z方向
解析：由左手定则可判断出自由电子受到的洛伦兹力沿＋z方向．
(2) 若自由电子定向移动在沿＋x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz.
(3) 霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为vnz、vpz，求Δt时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件．
答案：见解析
解析：设Δt时间内在z方向上运动到半导体上表面的自由电子数为Nn、空穴数为Np，则Nn＝nacvnzΔt
Np＝pacvpzΔt
霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面的电荷量就不再发生变化，则应Nn＝Np，即在任何相等时间内运动到上表面的自由电子数与空穴数相等，这样两种载流子在z方向形成的电流应大小相等、方向相反．
2. (2024·浙江1月)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右表：
温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/ (102Ω) 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_____kΩ，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
C
3
1.8
解析：电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，A错误；定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得电压越小，无法实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，B错误；定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得电压越大，可以实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，C正确．故选C.
3. (2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图甲所示，选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结
甲
乙
(1) 按照兴趣小组设计的电路，下列说法中正
确的是______．
A. 按下S1，L1和L2均发光
B. 当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C. 保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D. 当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
构如图乙所示).自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T.
CD
(2) 简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是_________(填写各步骤前的字母).
A. 将选择开关旋转到“×100”位置
B. 将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C. 调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D. 测量指示灯L1两端的阻值
E. 将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
CABDE
解析：多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表．故正确顺序为CABDE.
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图丙所示，可判断是______断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是______断路损坏．(用电路中的元件符号表示)
L1
R1
解析：由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，由图丙可看出L1两端有1 090 Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏；由图丁可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL＝10.42 Ω，此时选用的是“×100”挡，则说明灯泡L1正常，则L1始终不亮的原因是R1断路损坏．
4. (2021·广东卷)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________．
解析：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．
短接
减小
(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＝____________．
b
大于
R01－R02
解析： 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，因为R01＝R02＋RT，即 RT＝R01－R02，可知R01大于R02.
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