人教版高中物理选修3-2知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题6.2 传感器的应用

第六章 传感器
第2节 传感器的应用
知识
一、力传感器的应用——电子秤
1．组成
常用的力传感器是由_______和_______组成的，应变片是一种敏感元件，现多用半导体制成。
2．工作原理
（1）电子秤用的测力装置是_______，由金属梁和应变片组成；
（2）应变片能够把_______这个力学量转换为_______这个电学量。常温下两触点_______，温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点_______。
二、力传感器的应用——电熨斗
1．电熨斗的结构
2．电熨斗的自动控温原理
电熨斗内部装有双金属片温度传感器，常温下，上、下触点应是_______，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀_______，下部金属膨胀_______，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。温度降低后，双金属片_______，重新接通电路加热。这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
三、温度传感器的应用——电饭锅
1．磁性限温元件——感温铁氧体
（1）材料结构：是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的，是一种特殊的_______，在电饭锅中与一块_______组合构成磁钢限温器，实现限温控制。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约_______时，就失去铁磁性，不能被磁体吸引。这个温度在物理学中称为该材料的_______或“居里点”。感温铁氧体具有限温准确，动作迅速等优点。
2．电饭锅工作原理
电饭锅具有自动断电和保温功能，是因为它内部装有磁钢限温器和双金属片恒温器两个自动装置。 如图所示。
（1）限温原理（自动断电）
煮饭时，用手按下开关按钮，通过传动杠杆推动永磁体向上与感温磁体（铁氧体）相互吸合，其吸力大于限温器中弹簧的弹力和永磁体的自身重力，所以永磁体不会落下，杠杆支架释放弹性金属片，使触点_______，电路接通，电热板开始发热工作。
在饭煮熟前，锅内有水，所以电饭锅的内胆温度不会超过100℃，感温磁体仍然具有磁性。继续加热，直到饭熟后，水份被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至_______时感温磁体失去磁性，永磁体在自身重力及弹簧的弹力作用下被弹开，通过传动杆使触点分离，切断电源，从而停止加热。这样就起到限温作用。
（2）保温原理
当电饭锅的温度升高时，双金属片受热，使它向_______的一面弯曲。弯曲时，它把两个触点_______，于是电饭锅断电，温度下降。而当温度下降到一定程度时，双金属片逐渐冷却_______，两个触点重新闭合通电，如此反复，使电饭锅达到_______效果，温度能够自动维持在70±5℃的范围。
四、光传感器的应用——火灾报警器
1．结构：烟雾式火灾报警器的实物如图甲所示，烟雾做上升运动，到达天花板底下，烟感报警器通过烟雾发现火灾，所以烟雾式火灾报警器安装在_______上。如图乙所示，带孔的罩子内装有_______、光电三极管和不透明的_______。
2．原理：灾报警器是利用烟雾对光的_______来工作的，平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现_______状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光照射到光电三极管上，其电阻_______，与传感器连接的电路检测出这种变化后，就会发出警报。
自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。
五、传感器的应用
金属梁 应变片 力传感器 物体形变 电压 分离 接触
接触的 大 小 恢复原状
软磁性材料 永久磁铁 103 ℃ “居里温度” 闭合 “居里点103 0C” 膨胀系数小 回复原状 闭合 保温
天花板 发光二极管LED 挡板 散射 高电阻 变小
重点
传感器问题的三个分析
1．感受量分析
明确传感器的敏感元件，分析输入信号及输出信号，以及输入、输出信号之间的关系。
2．电路结构分析
分析传感器的电路结构，熟悉常见电子元件的工作特点，分析输入输出信号之间的关系。
3．执行机构工作分析
传感器的应用包含非电学量向电学量转化的过程，还包含根据信息控制执行机构的过程。
【例题】如图所示是一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用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。传感器R2所在处出现火情时，通过显示器的电流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
参考答案：D
试题解析：R2处出现火情，温度升高，R2减小，路端电压减小，U减小，导致R2两端电压减小，通过R3的电流减小，I减小。
基础训练
1．（2019·甘肃省天水市第一中学高二开学测试）许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。有关电磁铁，下列说法中正确的是
A．电磁铁的铁芯，可以用铜棒代替
B．电磁继电器中的磁体，可以使用永磁铁
C．电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关
D．电磁铁是根据电流的磁效应制成的
2．关于电饭锅的说法正确的是
A．电饭锅中的温度传感器是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有磁性，温度升至居里点时失去铁磁性
C．温度越过103 ℃时，感温体磁性较强
D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位
3．（2019·湖北省武汉市第六中学高二月考）下列关于生活中的物理现象，说法正确的是
A．电磁炉对于锅具材质要求不高，铁锅、铝锅或者陶瓷锅均可正常使用
B．灵敏电流表在运输时总要用导体把正负接线柱连起来是为了避免指针因剧烈摆动而损坏
C．利用霍尔元件能够把电压这个电学量转换为磁感应强度这个磁学量的特性，可以制出测磁感应强度大小的仪器
D．用家用电饭煲烧水，水沸腾后也可以自动进入保温状态
4．如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系
A．UM>UN
B．UM＝UN
C．UMD．无法判断
5．（2019·上海市虹口区高三上学期期末质量抽查）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升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路，其上放置物块；合上电键后，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定在匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．升降机一定在匀加速上升
6．如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的
A．距离变化
B．正对面积变化
C．介质变化
D．电压变化
能力提升
7．（2019·北京市密云区高三期末）如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为
A．，
B．，
C．，
D．，
8．动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图可知
A．话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流
B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
C．录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D．录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
9．（2019·河南省实验中学高二期中）电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时
A．车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照
10．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能。对此，以下判断正确的是
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
A．①③
B．②③
C．②④
D．①④
11．（2019·江苏省启东中学、前黄中学、淮阴中学等七校高三阶段测试）压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0，如图甲所示。当升降机在其它不同的运动过程中，电流表的示数分别如图乙、丙、丁所示，则下列判断中正确的是
A．压敏电阻所受压力越大，电流表示数就越大
B．如图乙所示，升降机可能做加速度增大的变加速上升运动
C．如图丙所示，升降机内的物体处于超重状态
D．如图丁所示，升降机内的物体处于失重状态
12．如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件。这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是
A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少
C．电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的
D．电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
13．（2019·四川省广安市邻水第二中学高二期中）有一种测量人体重量的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表）。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力F变化的函数式为R=28﹣0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）。下列说法正确的是
A．该秤能测量的最大体重是1 300 N
B．该秤能测量的最大体重是1 400 N
C．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.400 A处
14．如图所示是某一电饭煲的电路图。S1是一个手动限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点103 °C时，开关会自动断开。S2是一个自动保温开关，当温度低于70 °C时，会自动闭合；温度高于80 °C时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1=R2=500 Ω，加热电阻R3=50 Ω，两灯电阻不计。
（1）分析电饭煲的工作原理；
（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；
（3）简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
15．如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50 Ω，当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。左侧电源电动势为6 V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？
16．（2019·广东省佛山市髙中教学质量检测）国家有关酒驾的裁量标准如下：
酒精检测仪是交警执法时通过呼气来检测司机饮酒多少的检测工具。现有一个酒精检测仪的主要原件“酒精气体传感器”，其阻值随气体酒精浓度变化的情况如下表。
（1）请根据上表数据在右上图中描绘出“R—气体酒精浓度”的关系曲线。
（2）已知人体血液酒精浓度是所呼出气体酒精浓度的2 200倍。若测得某司机小明，经过气体酒精浓度测试，显示呼气酒精浓度为120 mg/m3，则司机小明应该是属于_________驾驶，此时R的阻值为_________Ω。
（3）现有一个电源，电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω；电压表V，量程为3 V，内阻约为2 000 Ω；电流表A，量程为3 A，内阻约为5 Ω；滑动变阻器R1，阻值0~50 Ω；滑动变阻器R2，阻值0~500 Ω；开关、导线若干
若要用以上器材和上述“酒精气体传感器”组成一个测定气体酒精浓度的电路。该电路只使用一个电表，且正常工作时，被测气体酒精浓度若为0，则电表指针满偏。且该电路可以在电源老化，内阻变大的情况下，通过调节变阻器，保证被测气体酒精浓度为0时，电表指针仍能满偏。则，该电路应选用的电表是_________（填字母代号，下同），应选用的滑动变阻器是_________。请在虚线框中完成设计电路图_________。
17．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示。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变化而改变，其关系如下表所示。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
（1）利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式。
（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？
18．（2019·中国人民大学附属中学高三月考）有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表）。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为0~3 A，电源电动势为E=15 V，内阻为r=1Ω，电阻R随踏板变化的函数为R=29–0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）。
（1）求该秤零刻度线 （即踏板空载时的刻度线）对应的流强度大小；
（2）求该秤能测量的最大体重；
（3）该秤的刻度（体重刻度）是否均匀?
19．（2019·福建省厦门外国语学校高二期中）有一种测量压力的电子秤，其原理如下图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为400 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是压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计。
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
．．．．．．
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
．．．．．．
（1）在坐标系中画出电阻R随压力F变化的图线，并归纳出电值R随压力F变化的函数关系式；
（2）写出压力随电流变化的关系式，说明该测力显示器的刻度是否均匀；
（3）若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的量程是多少牛顿。
参考答案
1．D【解析】电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，铜不是磁性材料，故不可以用铜棒代替，故A错误；电磁铁不是永久磁铁，它的磁性的有无跟电流的通断有关，所以电磁继电器中的磁体，不能使用永磁铁，故B错误；电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关，故C错误；电磁铁是利用电流的磁效应制成的，故D正确。故应选D。
【名师点睛】了解电磁铁的构造与应用，同时知道电流的通断可以控制磁性的有无，电流的大小和线圈的匝数可控制电磁铁磁性的大小。
2．BD【解析】电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体。铁氧体的特点：在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引。这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体；如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故AC错误，B正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点”103℃时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，故D正确。
3．B【解析】根据电磁工作原理，变化的电磁场中，炉陶瓷锅不能正常使用，故A错误；将两个接线柱连接起来，从而形成闭合电路，当因晃动，导致线圈切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培阻力，进而阻碍其运动，是利用电磁阻尼原理减弱表针的摆动，进而保护表针不被损坏，所以B选项是正确的；霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故C错误；家用电饭煲烧水，水沸腾后，不会自动进入保温状态，只有当温度达到103℃时，才会进入保温状态，故D错误。
4．A【解析】电流向右，电子向左运动，根据左手定则可得到，电子受到的洛伦兹力的方向是向下的，所以N板上聚集了电子，M板就出现正电荷，所以M点的电势高于N点的电势，故A正确，BCD错误。故选A。
5．C【解析】在升降机运动过程中发现I大于升降机静止时电流表的示数，则说明不可能匀速运动，故A错误；在升降机运动过程中发现电流表不变，则说明是匀变速运动，且I大于升降机静止时电流表的示数，则可知外电压变大，内电压变小，说明电流变小，所以是电阻变大，由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，则压力变小，因此加速度方向向下，可能向下匀加速，也可能向上匀减速，故BD错误C正确。
【名师点睛】电流表的示数I不变，说明压力不变，而I大于升降机静止时电流表的示数I0，则说明压力不等于重力，结合压敏电阻的性质来分析。
6．A【解析】振动膜前后振动，金属层和金属板之间的距离发生变化，导致电容变化，故A正确。振动膜前后振动，金属层和金属板正对面积没有变化，不会导致电容变化，故B错误。金属层和金属板之间电介质是空气，没有变化，不会导致电容变化，故C错误。电容与电压无关，电压的变化不会导致电容变化，故D错误。
【名师点睛】人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，根据电容的决定因素分析导致电容变化的原因。
7．A【解析】高度：h=v×t0?v×t=v（t0?t）；输出电压与作用在其上的压力成正比知：U0=KM0g，又U=K（M0+M）g；由以上两式可得：M=（U–U0），则A正确，BCD错误。
8．ABD【解析】（1）录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生了弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同地磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息；（2）放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生变化的感应电流，电流经放大后使扬声器发声，这便“读”出了录音带中记录的信息。话筒工作时，通过线圈切割磁感线，产生感应电动势，从而形成感应电流，A正确，录音时是电生磁，即利用了电流的磁效应原理；放音时是磁生电，即利用了电磁感应现象原理，BD正确，C错误。
9．BD【解析】车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大减小；因电压是在受压时产生的；故说明电容器先充电后放电；故B正确，C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D正确。
【名师点睛】本题考查传感器的应用及电容器的使用，要注意对于未知事物能有效建立物理模型，应用所学过的物理规律求解。
10．D【解析】当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t=t1时，P=P1达到最大。当温度由t1升高到t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P=P3=P'，即当热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当tP'，使温度自动升高到t3；当t>t3，P11．ABC【解析】压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，则由欧姆定律可知，压力越大，电流表示数就越大，故A正确；由图可知，电流均匀增大，故说明压力是增大的，则可知，物体的加速度是向上且增大的，故物体可能做加速度增大的变加速上升运动，故B正确；由图，电流为静止时的两倍，而且不变，由欧姆定律知，其电阻减小，且不变，则压力增大且不变，加速度向上，故物体处于超重状态，故C正确；由图可知，电流大于静止时的电流，则说明压力增大，物体加速度向上，故处于超重状态，故D错误。故选：ABC。
【名师点睛】本题关键根据电流变化情况判断压力变化情况，根据牛顿第二定律判断加速度变化情况，从而判断电梯的可能运动情况。
12．BD【解析】由于PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，当电动机转起来正常工作以后，PTC元件温度较高，启动绕组电流很小，由和P=UI可知电路中电流是先增大后减小，电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少，A错误，B正确；由于启动绕组是与PTC元件串联，而运行绕组是直接接在电源上，且PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，因而电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变，所以C错误，D正确。
13．AD【解析】当电路中电流I=3 A时，电子秤测量的体重最大。由欧姆定律 I=得：R=﹣r= Ω﹣2 Ω=2 Ω，代入R=28﹣0.02F得：F=1 300 N，故A正确，B错误；踏板空载时F=0，代入R=28﹣0.02F得电阻为：R=28 Ω，由欧姆定律得：I==0.400 A，所以该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.400 A处，故D正确，C错误。
14．（1）见解析 （2）12:1 （3）见解析
【解析】（1）电饭煲装上食物后，接上电源，双金属片保温开关S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时R1与黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80 °C时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103 °C时，开关S1自动跳起断开，这时饭已经煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度降至70 °C时，S2又自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 °C时，S2又自动断开，再次处于保温状态。
（2）加热时电饭煲消耗的电功率P1=
保温时电饭煲消耗的功率P2=
两式中R并= Ω，
从而有。
（3）如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1与黄灯被短路，功率为P1，当温度上升到80 °C时，S2自动断开，功率降为P2，温度降到70 °C，S2又自动闭合……温度只能在70～80 °C之间变化，不能把水烧开，故不能将饭煮熟。
【名师点睛】分析电饭煲的工作原理，关键在于理解两个开关的工作原理。一是手动温控开关S1，即感温铁氧体限温元件，超过居里点会自动断开，二是自动温控开关S2，即双金属片保温元件，低于70 °C时会自动闭合，高于80 °C时会自动断开。掌握了两个开关的特点，也就会分析电饭煲的工作原理了。
15．温度不小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光
【解析】根据题意，当继电器线圈中的电流大于或等于时，由闭合电路欧姆定律求出Rt的值，从图线a中读出对应的温度，再得到温度的条件。
根据闭合电路欧姆定律得：，得：，从图线可知对应的温度是50 ℃，所以温度小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光。
16．（1）如图：
（2）饮酒 24 （3）V R1 电路如图

【解析】（1）根据数据描绘出“R—气体酒精浓度”的关系曲线如图；
（2）司机小明，经过气体酒精浓度测试，显示呼气酒精浓度为：120 mg/m3=120 mg/1000 ml=12 mg/100ml，司机小明应该是属于饮酒驾驶；由图线可知，此时R的阻值为24 Ω。
（3）根据电路要求的特征，则该电路应选用的电表是V，因R=24 Ω，则应选用的滑动变阻器是R1。电路如图；
【名师点睛】本题考查了电路的动态分析和电流的计算、是否饮酒或醉酒驾车的界定标准以及欧姆定律的应用，关键明白电路的连接和能从图象上找到有用的数据。
17．（1） （2）F=600 N （3）不均匀
【解析】（1）由表中数据可知
所以电阻R随压力F变化的函数表达式为
（2）R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5V，
所以，解得R=60 Ω
又，得出 F=600 N
（3）电流表中的电流，电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀
18．（1）0.5 A （2）1 250 N （3）刻度不均匀
【解析】（1）由题意，零刻度线（即踏板空载时的刻度线）对应的压力F=0，由电阻R随踏板变化的函数关系R=29–0.02F，此时R=29 Ω，由闭合电路欧姆定律I=，代入E=15 V，内阻为r=1 Ω得：该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）对应的电流强度大小I=0.5 A
（2）由题意可知，F越大，R越小，由闭合电路欧姆定律知电流强度I越大，所以当电流表达到满量程I=3 A时F最大
根据I=，把R=29–0.02F，E=15 V，r=1 Ω，I=3 A代入得：
该秤能测量的最大体重F=1 250 N
（3）由I=知，电流I与F不成正比，刻度不均匀
19．（1）R=300–0.4F （2） ，电流刻度均匀，F的刻度不均匀，但满足电流越大，力越大 （3）F=550 N
【解析】（1）把压力大小作为横坐标，把电阻大小作为纵坐标，在坐标系中描点连线即可得压敏电阻R的阻值随压力F的大小变化的图象，如图：
根据R的阻值随压力F的大小变化的图象可知压敏电阻R的阻值与压力F成一次函数关系，设它们的关系式为R=KF+b
把F=50 N，R=280 Ω和F=100N，R=260 Ω代入得：
280=50K+b①
260=100K+b②
解得K=–0.4，b=300
所以它们的关系式为R=300–0.4F
（2） 根据欧姆定律得
把R=–0.4F+300，U=6 V，R0=400 Ω代入上式
化简得：F=1750–
所以压力和电流不成一次函数关系，故该测力显示器的刻度是不均匀的
（3）从上式可知，压力增大时，压敏电阻值减小
当电阻两端的电压为5 V时，压敏电阻两端的电压为
U1=U–U0=6 V–5 V=1 V
根据串联电路特点可得
即
得 R=80 Ω
把R=80 Ω代入R=300–0.4F
即80=–0.4F+300
解得F=550 N