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2021届高考物理通用一轮练习：考点38 传感器的简单使用
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考点38 传感器的简单使用
题组一 基础小题
1．(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
答案 ABC
解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件。故A、B、C正确，D错误。
2．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR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
答案 AD
解析 严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR的电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。
3．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱
答案 C
解析 R2与灯泡L并联后再与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，电流表示数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确。
4．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，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，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
答案 A
解析 由题意，对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距离改变，导致电容变化，A正确。
5．(多选)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，如图甲所示，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。某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
答案 BD
解析 因为压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，由题图乙知，此过程中电路中的电流大于静止时的电流且稳定，故压敏电阻受到的压力大于静止时受到的压力，物体处于超重状态，B、D正确。
6．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灯亮报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮报警
答案 D
解析 由图可知，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，电磁铁吸引衔铁，灯L2所在电路被接通，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。
7．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
答案 AD
解析 当有光照射R1时，电阻减小，处理系统获得高电压，故A正确，B错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故D正确，C错误。
8．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。当测重台上没有站人时，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．v(t0－t)，U
B.v(t0－t)，U
C．v(t0－t)，(U－U0)
D.v(t0－t)，(U－U0)
答案 D
解析 设测量仪高度和人的身高分别为H和h，根据题意，该同学没有站上测重台时有H＝v，站上测重台时有H－h＝v，得h＝v；传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，则该同学没有站上测重台时U0＝kM0g，站上测重台时U＝k(M0＋m)g，得m＝(U－U0)，故D正确。
9．(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(耦合电容)，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，下列说法中正确的是( )
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．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小不影响电容的大小
答案 AB
解析 电容式触摸屏在原理上把人的手指当作电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故A正确；由平行板电容器电容的决定式可知，手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故B正确，C、D错误。
题组二 模拟小题
10.(2019·宁夏银川一中高三第六次月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，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随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(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1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 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
答案 AC
解析 当电路中电流最大，即I＝3 A时，电子秤测量的体重最大。由闭合电路欧姆定律I＝得到R＝－r＝2 Ω，代入R＝30－0.02F得F＝1400 N，故A正确，B错误。踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 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0.375 A处，故C正确，D错误。
11．(2019·河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图象数据。根据文中信息，下列说法正确的是( )
A．在峪处形成的电容器电容较小
B．充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大
C．在峪处形成的电容器放电较慢
D．湿的手指头对指纹识别绝对没有影响
答案 AB
解析 根据平行板电容器的电容决定式C＝可得，极板与指纹峪处(凹下部分)的距离d较大，形成的电容器电容较小，放电较快，故A正确，C错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据Q＝CU＝可知，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B正确；湿的手指头与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹识别，故D错误。
12．(2019·广东汕头高三一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，质量块左、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，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是( )
A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等
B．当电路中没有电流时，传感器一定处于平衡状态
C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大
D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动
答案 CD
解析 当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据电容器的电容公式C＝，当电介质插入极板间深度不同时，即相对介电常数εr大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知电容器的电容在增大，故C正确；当电路中有顺时针方向电流时，由C项的分析可知，电容器的电容在增大，电介质插入极板间深度变大，但传感器可能向左运动，也可能向右运动，故D正确。
13．(2019·济南五校联考)(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
答案 ACD
解析 煮饭前温度较低，按下“开关按钮”，“感温磁体”有较强的磁性，可以克服弹簧的弹力，与永磁体紧紧相吸，触点接触，接通电路，开始加热煮饭；当饭熟了之后，水分被吸收，锅底温度逐渐上升，超过103 ℃时，“感温磁体”失去磁性，弹簧把永磁体弹开，断开触点，切断电源。故A、C、D正确，B错误。
题组一 基础大题
14．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)。
(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
答案 (1)小 (2)右 (3)图见解析
解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小。
(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。
(3)如图所示。
15．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。
(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0 N对应电压表________ V刻度。
(3)他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀，想进一步把(2)中的压力刻度改成均匀分布，应选用另一压敏电阻，其阻值Rx随压力F变化的关系式为____________。
答案 (1)变大 (2)240 1.5 (3)Rx＝－240
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F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，此时电压表的示数为U1＝3 V，由U1＝E，得R0＝Rx1＝ Ω＝240 Ω；由图b可知，当F2＝0 N时，Rx2＝400 Ω，此时电压表的示数为U2＝E＝ V＝1.5 V，可见压力0 N对应电压表1.5 V刻度。
(3)若选用图b的压敏电阻，则Rx与压力F的关系式为Rx＝400－2F，代入U＝E，可得U与F的关系式为U＝，这样改装后的仪表压力刻度分布是不均匀的。为了使压力刻度分布均匀，应选用另一压敏电阻，且仍要满足量程为0～160 N，F＝0 N标在1.5 V刻度，F＝160 N标在3 V刻度。由于电压表的电压刻度是均匀分布的，所以电压和压力一定要满足线性关系，设U＝kF＋b，由F1＝0 N时U1＝1.5 V，F2＝160 N时U2＝3 V，可得b＝1.5，k＝，又U＝E＝，解得Rx＝－240。
16．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。______________________________。
(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。
(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见图表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
答案 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图1所示 光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小
图1 图2
(2)电路原理图见图2
解析 (1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到光敏电阻阻值随照度变化的曲线，如答案图1所示。
阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。
(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图见答案图2。
17．如图所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理。(已知温度升高时热敏电阻阻值减小)
答案 见解析
解析 当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮。
题组二 高考大题
18．(2016·北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。
答案 增强 敏感
解析 由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感。
19．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管Ut关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
解析 (1)、是理想电压表，R0与硅二极管串联，电流相等，当电路中电流为50.0 μA时，
R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100 V＝5.00×10－3 V＝5.00 mV。
由Ut图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又因为电路中电流I＝50.0 μA不变，故硅二极管正向电阻减小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即应将R的滑片向B端移动。
(2)由Ut图象可知：＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
20．(2018·全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
答案 (1)b (2)图见解析 (3)450 (4)620.0 33.0
解析 (1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2t 图象，如图所示。
(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2t图象可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω。
(4)由画出的R2t图象可知，RT＝620.0 Ω，则手心温度t＝33.0 ℃。
21．(2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当通过继电器的电流超过15 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20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，若将多用电表接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转
(4)⑤④②③①
解析 (1)若实现对30 ℃温度的控制
继电器和Rt两端的电压之和
U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V
因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制
对全电路有U＝I(R继＋Rt＋R)
即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)
解得R＝330.9 Ω。
因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)若b、c间断路，a、b间电压为0，指针不偏转；
若将多用电表接入a、c时，多用电表与电源等元器件构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
22．(2016·全国卷Ⅰ)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1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 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。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“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______________________。
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。
答案 (1)连线如图所示 (2)R2
(3)①650.0 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
解析 (1)见答案。
(2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
题组三 模拟大题
23．(2019·广东汕尾高三四月质检)如图所示，某同学设计了一个加速度传感器。质量为m的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着，加速度为零时，两弹簧恰好处于原长，两弹簧的劲度系数均为k；R为粗细均匀的电阻丝，电阻丝长度为l,4是滑动片，它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比。两个电池电动势均为E，内阻忽略不计。按图连接电路后，电压表指针的零点调在中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定汽车上，当汽车以加速度a向右匀加速时，此时两弹簧的形变量均为________，电压表指针向________(选“左侧”或“右侧”)偏转，此时电压表示数应为________。
答案 左侧
解析 设加速度为a时，弹簧的形变量为x，由牛顿第二定律得：2kx＝ma，得：x＝，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。根据顺着电流方向电势降低，可知P端的电势低于Q端的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转。设加速度为a时，电压表的读数为U，则有：2kx＝ma，又U＝×2E，联立解得：U＝。
24．(2019·北京东城模拟)对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的定值电阻R1、R2连成如图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大。实验中的部分实验数据测量结果如表所示。
温度t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
RL阻值/Ω
54.3
51.0
47.5
44.3
41.0
37.9
34.7
I/mA
93.3
97.6
102.9
109.7
116.7
125.2
134.2
U/V
5.07
5.02
4.97
4.90
4.83
4.75
4.66
回答下列问题：
(1)根据图1所示的电路，在如图2所示的实物图上连线。
(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出RLt关系图线。
(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3所示，电流表的读数为________，电压表的读数为________。此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________。
答案 (1)连线如图所示
(2)RLt关系图线如图所示
(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 62.5 ℃
解析 (3)因为电流表的最小刻度为5 mA，故读数时只需要精确到1 mA，所以电流表的读数为115 mA，而电压表的最小刻度为0.1 V，故读数时要估读到0.01 V，所以电压表的读数为5.00 V。等效电阻RL＝≈43.5 Ω，结合RLt图象可知热敏电阻所处环境的温度约为62.5 ℃。
25．(2019·河南郑州二模)导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生相应变化，这种现象称为应变电阻效应。如图甲所示，用来称重的电子吊秤，就是利用了这个应变效应。电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)，拉力敏感电阻丝的电阻也随之发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而将所称物体重量变换为电信号。
物理小组找到一根拉力敏感电阻丝R，其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示，小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω；毫安表量程为10 mA，内阻Rg＝50 Ω；R1是滑动变阻器，A、B两接线柱等高且固定。现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环，将其两端接在A、B两接线柱之间固定不动。通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，不计敏感电阻丝重力，现完成下列操作步骤：
步骤a.滑环下不吊重物时，闭合开关调节滑动变阻器R1使毫安表指针满偏；
步骤b.滑环下吊上已知重力的重物G，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；
步骤c.保持滑动变阻器R1接入电路电阻不变，读出此时毫安表示数I；
步骤d.换用不同已知重力的重物，挂在滑环上记录每一个重力值及对应的电流值；
步骤e.将电流表刻度盘改装为重力刻度盘。
(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F＝________；
(2)设RF图象斜率为k，试写出毫安表示数I与待测重物重力G的表达式：I＝____________________(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)；
(3)若RF图象中R0＝100 Ω，k＝0.5 Ω/N，测得θ＝60°，毫安表指针半偏，则待测重物重力G＝________ N；
(4)关于改装后的重力刻度盘，下列说法正确的是________。
A．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线均匀
B．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线均匀
C．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线不均匀
D．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线不均匀
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台“简易吊秤”称重前，进行了步骤a操作，则测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1) (2)
(3)600 (4)C (5)不变
解析 (1)对滑环受力分析，由平衡知识可知：2Fcosθ＝G，解得F＝。
(2)由图乙可知：R＝kF＋R0；由图丙及闭合电路欧姆定律可知：
I＝＝。
(3)由实验步骤可知，当没有挂重物时，毫安表满偏，即E＝Ig(r＋R1＋Rg＋R0)，当挂重物毫安表半偏时，E＝(r＋R1＋Rg＋R0＋k)，代入数据，得G＝600 N。
(4)当不挂重物时，毫安表满偏，则重力零刻度线在毫安表满刻度处，因G与I不是正比关系，则刻度线不均匀，故选C。
(5)当其他条件不变，电源内阻变大时，在实验前进行了a操作，则Ig＝，则当挂重物G时：
I＝＝
＝，可见I不变，所以测量结果不变。
26．(2019·湖北武汉二模)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。
(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，完成实物电路的连接。
(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定＝________ Ω。(结果保留两位小数)
答案 (1)随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢 (2)C、D (3)图见解析 (4)18.95
解析 (1)由题图a可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。
(2)由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁上的线圈连接的是控制电路，触头S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。
(3)要想使照明电路正常工作，需要在光照弱时，使电磁铁线圈中电流足够大，而此时光敏电阻阻值较大，因此必须使用并联电路，且定值电阻位于干路，起到保护电路的作用。实物电路的连接如图。
(4)由于电源内阻极小，故U控≈E电＝3 V，电磁铁两端电压U0＝I0R0＝50×10－3×20.0＝1 V，故定值电阻两端电压U定＝U控－U0＝2 V；当光强E＝2cd时，光敏电阻的阻值R＝18.0 Ω，通过光敏电阻的电流I＝＝ A，故通过定值电阻的电流I＝I0＋I，则R定＝＝ Ω≈18.95 Ω。
考点38 传感器的简单使用
题组一 基础小题
1．(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
答案 ABC
解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件。故A、B、C正确，D错误。
2．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR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
答案 AD
解析 严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR的电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。
3．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱
答案 C
解析 R2与灯泡L并联后再与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，电流表示数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确。
4．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，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，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
答案 A
解析 由题意，对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距离改变，导致电容变化，A正确。
5．(多选)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，如图甲所示，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。某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
答案 BD
解析 因为压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，由题图乙知，此过程中电路中的电流大于静止时的电流且稳定，故压敏电阻受到的压力大于静止时受到的压力，物体处于超重状态，B、D正确。
6．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灯亮报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮报警
答案 D
解析 由图可知，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，电磁铁吸引衔铁，灯L2所在电路被接通，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。
7．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
答案 AD
解析 当有光照射R1时，电阻减小，处理系统获得高电压，故A正确，B错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故D正确，C错误。
8．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。当测重台上没有站人时，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．v(t0－t)，U
B.v(t0－t)，U
C．v(t0－t)，(U－U0)
D.v(t0－t)，(U－U0)
答案 D
解析 设测量仪高度和人的身高分别为H和h，根据题意，该同学没有站上测重台时有H＝v，站上测重台时有H－h＝v，得h＝v；传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，则该同学没有站上测重台时U0＝kM0g，站上测重台时U＝k(M0＋m)g，得m＝(U－U0)，故D正确。
9．(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(耦合电容)，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，下列说法中正确的是( )
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．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小不影响电容的大小
答案 AB
解析 电容式触摸屏在原理上把人的手指当作电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故A正确；由平行板电容器电容的决定式可知，手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故B正确，C、D错误。
题组二 模拟小题
10.(2019·宁夏银川一中高三第六次月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，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随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(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1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 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
答案 AC
解析 当电路中电流最大，即I＝3 A时，电子秤测量的体重最大。由闭合电路欧姆定律I＝得到R＝－r＝2 Ω，代入R＝30－0.02F得F＝1400 N，故A正确，B错误。踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 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0.375 A处，故C正确，D错误。
11．(2019·河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图象数据。根据文中信息，下列说法正确的是( )
A．在峪处形成的电容器电容较小
B．充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大
C．在峪处形成的电容器放电较慢
D．湿的手指头对指纹识别绝对没有影响
答案 AB
解析 根据平行板电容器的电容决定式C＝可得，极板与指纹峪处(凹下部分)的距离d较大，形成的电容器电容较小，放电较快，故A正确，C错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据Q＝CU＝可知，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B正确；湿的手指头与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹识别，故D错误。
12．(2019·广东汕头高三一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，质量块左、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，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是( )
A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等
B．当电路中没有电流时，传感器一定处于平衡状态
C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大
D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动
答案 CD
解析 当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据电容器的电容公式C＝，当电介质插入极板间深度不同时，即相对介电常数εr大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知电容器的电容在增大，故C正确；当电路中有顺时针方向电流时，由C项的分析可知，电容器的电容在增大，电介质插入极板间深度变大，但传感器可能向左运动，也可能向右运动，故D正确。
13．(2019·济南五校联考)(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
答案 ACD
解析 煮饭前温度较低，按下“开关按钮”，“感温磁体”有较强的磁性，可以克服弹簧的弹力，与永磁体紧紧相吸，触点接触，接通电路，开始加热煮饭；当饭熟了之后，水分被吸收，锅底温度逐渐上升，超过103 ℃时，“感温磁体”失去磁性，弹簧把永磁体弹开，断开触点，切断电源。故A、C、D正确，B错误。
题组一 基础大题
14．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)。
(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
答案 (1)小 (2)右 (3)图见解析
解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小。
(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。
(3)如图所示。
15．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。
(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0 N对应电压表________ V刻度。
(3)他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀，想进一步把(2)中的压力刻度改成均匀分布，应选用另一压敏电阻，其阻值Rx随压力F变化的关系式为____________。
答案 (1)变大 (2)240 1.5 (3)Rx＝－240
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F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，此时电压表的示数为U1＝3 V，由U1＝E，得R0＝Rx1＝ Ω＝240 Ω；由图b可知，当F2＝0 N时，Rx2＝400 Ω，此时电压表的示数为U2＝E＝ V＝1.5 V，可见压力0 N对应电压表1.5 V刻度。
(3)若选用图b的压敏电阻，则Rx与压力F的关系式为Rx＝400－2F，代入U＝E，可得U与F的关系式为U＝，这样改装后的仪表压力刻度分布是不均匀的。为了使压力刻度分布均匀，应选用另一压敏电阻，且仍要满足量程为0～160 N，F＝0 N标在1.5 V刻度，F＝160 N标在3 V刻度。由于电压表的电压刻度是均匀分布的，所以电压和压力一定要满足线性关系，设U＝kF＋b，由F1＝0 N时U1＝1.5 V，F2＝160 N时U2＝3 V，可得b＝1.5，k＝，又U＝E＝，解得Rx＝－240。
16．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。______________________________。
(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。
(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见图表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
答案 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图1所示 光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小
图1 图2
(2)电路原理图见图2
解析 (1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到光敏电阻阻值随照度变化的曲线，如答案图1所示。
阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。
(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图见答案图2。
17．如图所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理。(已知温度升高时热敏电阻阻值减小)
答案 见解析
解析 当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮。
题组二 高考大题
18．(2016·北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。
答案 增强 敏感
解析 由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感。
19．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管Ut关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
解析 (1)、是理想电压表，R0与硅二极管串联，电流相等，当电路中电流为50.0 μA时，
R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100 V＝5.00×10－3 V＝5.00 mV。
由Ut图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又因为电路中电流I＝50.0 μA不变，故硅二极管正向电阻减小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即应将R的滑片向B端移动。
(2)由Ut图象可知：＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
20．(2018·全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
答案 (1)b (2)图见解析 (3)450 (4)620.0 33.0
解析 (1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2t 图象，如图所示。
(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2t图象可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω。
(4)由画出的R2t图象可知，RT＝620.0 Ω，则手心温度t＝33.0 ℃。
21．(2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当通过继电器的电流超过15 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20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，若将多用电表接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转
(4)⑤④②③①
解析 (1)若实现对30 ℃温度的控制
继电器和Rt两端的电压之和
U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V
因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制
对全电路有U＝I(R继＋Rt＋R)
即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)
解得R＝330.9 Ω。
因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)若b、c间断路，a、b间电压为0，指针不偏转；
若将多用电表接入a、c时，多用电表与电源等元器件构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
22．(2016·全国卷Ⅰ)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1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 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。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“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______________________。
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。
答案 (1)连线如图所示 (2)R2
(3)①650.0 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
解析 (1)见答案。
(2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
题组三 模拟大题
23．(2019·广东汕尾高三四月质检)如图所示，某同学设计了一个加速度传感器。质量为m的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着，加速度为零时，两弹簧恰好处于原长，两弹簧的劲度系数均为k；R为粗细均匀的电阻丝，电阻丝长度为l,4是滑动片，它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比。两个电池电动势均为E，内阻忽略不计。按图连接电路后，电压表指针的零点调在中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定汽车上，当汽车以加速度a向右匀加速时，此时两弹簧的形变量均为________，电压表指针向________(选“左侧”或“右侧”)偏转，此时电压表示数应为________。
答案 左侧
解析 设加速度为a时，弹簧的形变量为x，由牛顿第二定律得：2kx＝ma，得：x＝，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。根据顺着电流方向电势降低，可知P端的电势低于Q端的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转。设加速度为a时，电压表的读数为U，则有：2kx＝ma，又U＝×2E，联立解得：U＝。
24．(2019·北京东城模拟)对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的定值电阻R1、R2连成如图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大。实验中的部分实验数据测量结果如表所示。
温度t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
RL阻值/Ω
54.3
51.0
47.5
44.3
41.0
37.9
34.7
I/mA
93.3
97.6
102.9
109.7
116.7
125.2
134.2
U/V
5.07
5.02
4.97
4.90
4.83
4.75
4.66
回答下列问题：
(1)根据图1所示的电路，在如图2所示的实物图上连线。
(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出RLt关系图线。
(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3所示，电流表的读数为________，电压表的读数为________。此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________。
答案 (1)连线如图所示
(2)RLt关系图线如图所示
(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 62.5 ℃
解析 (3)因为电流表的最小刻度为5 mA，故读数时只需要精确到1 mA，所以电流表的读数为115 mA，而电压表的最小刻度为0.1 V，故读数时要估读到0.01 V，所以电压表的读数为5.00 V。等效电阻RL＝≈43.5 Ω，结合RLt图象可知热敏电阻所处环境的温度约为62.5 ℃。
25．(2019·河南郑州二模)导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生相应变化，这种现象称为应变电阻效应。如图甲所示，用来称重的电子吊秤，就是利用了这个应变效应。电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)，拉力敏感电阻丝的电阻也随之发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而将所称物体重量变换为电信号。
物理小组找到一根拉力敏感电阻丝R，其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示，小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω；毫安表量程为10 mA，内阻Rg＝50 Ω；R1是滑动变阻器，A、B两接线柱等高且固定。现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环，将其两端接在A、B两接线柱之间固定不动。通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，不计敏感电阻丝重力，现完成下列操作步骤：
步骤a.滑环下不吊重物时，闭合开关调节滑动变阻器R1使毫安表指针满偏；
步骤b.滑环下吊上已知重力的重物G，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；
步骤c.保持滑动变阻器R1接入电路电阻不变，读出此时毫安表示数I；
步骤d.换用不同已知重力的重物，挂在滑环上记录每一个重力值及对应的电流值；
步骤e.将电流表刻度盘改装为重力刻度盘。
(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F＝________；
(2)设RF图象斜率为k，试写出毫安表示数I与待测重物重力G的表达式：I＝____________________(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)；
(3)若RF图象中R0＝100 Ω，k＝0.5 Ω/N，测得θ＝60°，毫安表指针半偏，则待测重物重力G＝________ N；
(4)关于改装后的重力刻度盘，下列说法正确的是________。
A．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线均匀
B．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线均匀
C．重力零刻度线在毫安表满刻度处，刻度线不均匀
D．重力零刻度线在毫安表零刻度处，刻度线不均匀
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台“简易吊秤”称重前，进行了步骤a操作，则测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1) (2)
(3)600 (4)C (5)不变
解析 (1)对滑环受力分析，由平衡知识可知：2Fcosθ＝G，解得F＝。
(2)由图乙可知：R＝kF＋R0；由图丙及闭合电路欧姆定律可知：
I＝＝。
(3)由实验步骤可知，当没有挂重物时，毫安表满偏，即E＝Ig(r＋R1＋Rg＋R0)，当挂重物毫安表半偏时，E＝(r＋R1＋Rg＋R0＋k)，代入数据，得G＝600 N。
(4)当不挂重物时，毫安表满偏，则重力零刻度线在毫安表满刻度处，因G与I不是正比关系，则刻度线不均匀，故选C。
(5)当其他条件不变，电源内阻变大时，在实验前进行了a操作，则Ig＝，则当挂重物G时：
I＝＝
＝，可见I不变，所以测量结果不变。
26．(2019·湖北武汉二模)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。
(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，完成实物电路的连接。
(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定＝________ Ω。(结果保留两位小数)
答案 (1)随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢 (2)C、D (3)图见解析 (4)18.95
解析 (1)由题图a可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。
(2)由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁上的线圈连接的是控制电路，触头S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。
(3)要想使照明电路正常工作，需要在光照弱时，使电磁铁线圈中电流足够大，而此时光敏电阻阻值较大，因此必须使用并联电路，且定值电阻位于干路，起到保护电路的作用。实物电路的连接如图。
(4)由于电源内阻极小，故U控≈E电＝3 V，电磁铁两端电压U0＝I0R0＝50×10－3×20.0＝1 V，故定值电阻两端电压U定＝U控－U0＝2 V；当光强E＝2cd时，光敏电阻的阻值R＝18.0 Ω，通过光敏电阻的电流I＝＝ A，故通过定值电阻的电流I＝I0＋I，则R定＝＝ Ω≈18.95 Ω。
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