实验19：探究传感器元件的性能 讲义-2026届高考物理一轮复习实验解读与针对性训练

高考实验解读与针对性训练 实验19　探究传感器元件的性能 【实验解读】 一、五种敏感元件的作用和特点 敏感元件 作用 特点 热敏电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大 金属热电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，随温度的降低而减小 光敏电阻 将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，随光照强度的减弱而增大 霍尔元件 将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 对于某个确定的霍尔元件，它的厚度d、霍尔系数k为定值，如果保持电流I恒定，则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH＝k) 压敏电阻 将压力这个力学量转换为电阻这个电学量 压敏电阻的阻值随压力的变化而变化 二、实验过程 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图1甲所示)。 图1 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 　次数 待测量　 　 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 电阻/Ω (3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R－t图中，得图像如图乙所示。 2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图2所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。 图2 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。 (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。 (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。 三、误差分析 1.温度计读数带来误差。 2.多用电表读数带来误差。 3.作R－t图像时的不规范易造成误差。 四、注意事项 1.在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 2.光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。 【高考典例】 【典例1】 （2025年1月浙江选考题）某同学研究半导体热敏电阻（其室温电阻约为几百欧姆）的阻值随温度规律，设计了如图所示电路。器材有：电源E（），电压表（），滑动变阻器R（A：“”或B：“”），电阻箱（），开关、导线若干。 （1）要使cd两端电压在实验过程中基本不变，滑动变阻器选_____（选填“A”或“B”）； （2）正确连线，实验操作如下： ①滑动变阻器滑片P移到最左端，电阻箱调至合适阻值，合上开关； ②开关切换到a，调节滑片P使电压表示数为；再将开关切换到b，电阻箱调至，记录电压表示数、调温箱温度。则温度下_____（保留三位有效数字）： ③保持、滑片P位置和开关状态不变，升高调温箱温度，记录调温箱温度和相应电压表示数，得到不同温度下的阻值。 （3）请根据题中给定的电路且滑片P位置保持不变，给出另一种测量电阻的简要方案。 【典例2】．（2025年高考湖南卷）（9分）车辆运输中若存在超载现象，将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥，可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。 （1）选择一块均匀的长方体导电水泥块样品，用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“”挡，正确操作后，指针位置如图1所示，则读数为 。 （2）进一步提高实验精度，使用伏安法测量水泥块电阻，电源E电动势，内阻可忽略，电压表量程，内阻约，电流表程，内阻约。实验中要求滑动变阻器采用分压接法，在图2中完成余下导线的连接 。 （3）如图2，测量水泥块的长为a，宽为b，高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R，则电阻率 （用R、a、b、c表示）。 （4）测得不同压力F下的电阻R，算出对应的电阻率，作出图像如图3所示。 （5）基于以上结论，设计压力报警系统，电路如图4所示。报警器在两端电压大于或等于时启动，为水泥块，为滑动变阻器，当的滑片处于某位置，上压力大于或等于时，报警器启动。报警器应并联在 两端（填“”或“”）。 （6）若电源E使用时间过长，电动势变小，上压力大于或等于时，报警器启动，则 （填“大于”“小于”或“等于”）。 【典例3】[2021广东]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“0Ω”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）再按下图连接好电路进行测量. ①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到端（选填“a”或“b”）. 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R01R02（选填“大于”“小于”或“等于”）.此时热敏电阻阻值RT＝. （3）改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律. 【针对性训练】 1.（2025年包头二模）人们对室内空气质量和环境健康问题十分重视，已知国家室内甲醛浓度标准是η≤0.1mg/m3。某探究小组准备利用一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rx，制作一个甲醛检测仪，用于检测室内甲醛是否超标。正常情况下该气敏电阻阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到几千欧。供选择的器材如下： A. 蓄电池（电动势E=6V，内阻不计） B. 电流表（量程，内阻RA1为） C. 电流表（量程，内阻RA2约为）。 D. 滑动变阻器R1（最大阻值） E. 滑动变阻器R2（最大阻值） F. 电阻箱R3（最大阻值） G. 红色发光二极管 H. 开关、导线若干 (1)该组同学设计了如图甲所示的电路图研究气敏电阻阻值随甲醛浓度变化的规律，为了更方便测量气敏电阻的阻值，则图中滑动变阻器应选择__________（填“R1”或“R2”）。 (2)按图甲连接好电路，将电流表连接到恰当位置后，把气敏电阻放置于不同浓度甲醛中测量其电阻的阻值，某次测量时读出两电流表、的示数分别为、，则此次电阻阻值Rx=___________（用题目所给字母表示）。最终得到如图乙所示图像。 (3)利用该气敏电阻，探究小组设计的甲醛检测仪的测试电路如图所示。当报警器两端的电压大于2V时将报警，报警器对电路电阻的影响不计，实验要求当室内甲醛浓度超过标准时，报警器报警。按电路图连接好电路，按照下列步骤调节甲醛检测仪，使其能正常使用。 ①电路接通前需将电阻箱R3调到某一恰当数值，这一恰当数值为_____，将滑动变阻器滑片置于右端； ②将开关向1端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警；③保持滑动变阻器滑片位置不动，将开关向2端闭合，甲醛检测仪即可正常使用。 (4)某些环境对甲醛浓度标准有更高要求，按（3）调节好甲醛检测仪后，为了使甲醛检测仪能够在η≥0.08mg/m3时就能报警，应将滑动变阻器的滑片向_____（填“左”或“右”）移动。 2.[ 2024山东青岛调研检测]液位报警器是一种用于监测、维护和测量液面位置的传感器，它会将感知到的液位数据转换为电信号.某实验小组通过研究热敏电阻的特性制作了一个汽车低油位报警装置，过程如下. 　　 图甲　　　　　　　　图乙 （1）已知常温下某热敏电阻的阻值约为1.4kΩ，若用图甲所示的多用电表测量该电阻的阻值，需将选择开关旋转到欧姆挡（选填“×10”“×100”或“×1k”）位置. （2）设计图乙电路探究该热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的关系，开关闭合前，滑片P应位于滑动变阻器最端（选填“左”或“右”），已知定值电阻R0＝1.5kΩ，某次测量中电流表A1的示数为3.20mA，A2的示数为2.40mA，两电流表均可视为理想电表，则此时热敏电阻的阻值Rt＝kΩ. 图丙　　　　　　　图丁 （3）该实验小组经过多次测量，绘出了Rt－t图像如图丙所示，图丁是他们根据此热敏电阻设计的汽车低油位报警器.其中电源的电动势E＝6.6V，定值电阻R＝1.5kΩ，长为l＝60cm的热敏电阻下端紧靠油箱底部，不计报警器和电源内阻.已知流过报警器的电流I＞3.0mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液（油液内热敏电阻）的温度为15℃，油液外热敏电阻温度为50℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为cm（结果保留1位小数）. （4）若保持油液的温度为15℃，油液外热敏电阻的温度为50℃，随着油箱中液面逐渐降低，按照（3）中测量方法，实验小组根据图丙将电流表上“电流”刻度改为“液面距油箱底部的距离”刻度，改装后表盘上的刻度是（选填“均匀”或“非均匀”）的. 3.磁敏电阻是一种对磁敏感，具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁场中阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值（几千欧）随磁感应强度的变化关系.所用器材：电源E，滑动变阻器R（最大阻值为20Ω），电压表（内阻约为3000Ω），毫安表（可视为理想电表），开关S及导线若干. （1）在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图. 　　 图甲　　　　　　　　图乙 （2）实验时，将磁敏电阻置于待测磁场中，记录不同磁感应强度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为6.2V和2.8mA，则此时磁敏电阻的阻值为 kΩ（保留两位有效数字）. （3）实验中得到的该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图乙所示.某次测量中，测得磁敏电阻的阻值为10.0kΩ，此时磁感应强度为 T（保留两位有效数字）. （4）太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流，当太阳风激烈爆发时，可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难.某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的探测磁感应强度的报警器，其电路的一部分如图丙所示.图中E为直流电源（电动势为9.0V，内阻可忽略），当图中的输出电压达到或超过3.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警.若要求开始报警时磁感应强度为10－4T，则图中 （选填“R1”或“R2”）应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为kΩ（保留两位有效数字）；如果要提高此装置的灵敏度（即在磁感应强度更小时就能触发报警），应该 （选填“增大”或“减小”）R1. 4. 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小.若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的阻值RF.请按要求完成下列实验. （1）设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图（压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102N，不考虑压力对电路其他部分的影响），要求误差较小，提供的器材如下： A.压敏电阻，无压力时阻值R0＝6000Ω B.滑动变阻器R，最大阻值为200Ω C.电流表A，量程2.5mA，内阻约30Ω D.电压表V，量程3V，内阻约3kΩ E.直流电源E，电动势3V，内阻很小 F.开关S，导线若干 （2）正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为 V. （3）此时压敏电阻的阻值为Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝ N.（计算结果均保留两位有效数字） 5.(2024·湖南常德高三月考)某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻Rx的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻Rx的阻值变化范围为50～250 Ω。供选择的实验器材如下： A.电源E：电动势为3 V，内阻不计 B.电流表A1：量程为3 mA，内阻r1＝10 Ω C.电流表A2：量程为30 mA，内阻r2约为1 Ω D.电阻箱R1：阻值范围0～9 999.9 Ω E.定值电阻R0：R0＝50 Ω F.开关S、导线若干 图8 (1)为了较准确地测量电阻Rx，某同学设计了图8甲的实验电路图，根据所设计的电路图，设电流表、的示数分别为I1、I2，电阻箱的电阻为R1，则Rx的测量值为Rx＝________。 (2)该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻Rx随所加外力F的Rx－F图像，如图乙所示，则由此图像可知，随压力F的增大，压敏电阻Rx的阻值________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)该同学将这种压敏电阻Rx与一个量程为3 V的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源E＝4 V，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为0～100 N，压力为100 N时对应电压表3 V的刻度，则定值电阻R应取R＝________Ω，电压表2 V刻度对应压力表________N的刻度。 6.（2025年山西模拟）某同学用如图甲所示电路探测某压敏电阻R1的特性，同时测电源的电动势E和内阻r，量程为3V的电压表内阻很大，定值电阻R0=1Ω，用多用电表粗测电源的电动势大约为3V，不加压力时压敏电阻的阻值约24欧，电阻箱R2（0~99.99Ω）。 (1)闭合S，单刀双掷开关打到1，记录压力F下电压表的读数U，再将K打到2，调整电阻箱R2的阻值，使电压表的读数又为刚才的数值，则此压力为F时，R1与R2阻值关系是R1______R2（选填“大于”“等于”或“小于”）。 (2)改变压力，重复以上步骤，测得多组F、R、U的值，得到如图乙和图丙的图线，说明这个压敏电阻的电阻随压力的增大而______（选填“减小”或“增大”）；由图可知电源电动势为______V，电源内阻为______Ω（计算结果保留到小数点后两位）。 (3)考虑电压表的内阻影响，电源电动势的测量值比真实值______（选填“偏大”“偏小”或“相等”），内阻的测量值比真实值______（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。 7 .(9分)（2024年5月重庆六校联考）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。 (1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________端移动(选填“c”或“d”)。 (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(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1200 N的外力，则工作电压至少为________V。 8．（9分（2024广东名校联盟4月二轮复习联考））李华同学查阅资料：某金属在内电阻值与摄氏温度的关系为，其中为该金属在0℃时的阻值，为温度系数（为正值）。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻和值。可提供的实验器材有： A．干电池（电动势约为，内阻不计） B．定值电阻（阻值为） C．定值电阻阻值为） D．滑动变阻器（阻值范围） E．滑动变阻器（阻值范围） F．电流计（量程，内阻约） G．电阻箱（最大阻值为） H．摄氏温度计 I．沸水和冷水各一杯 J．开关两个及导线若干 请回答下列问题： （1）滑动变阻器应选用__________（选填“”或“”），开关闭合前，滑动变阻器的滑片移到__________（选填“”或“”）端。 （2）将电阻箱的阻值调为，闭合开关，读出电流计的示数，再闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合前、后电流计的示数没有变化，此时电阻箱的示数为，则电流计的内阻为__________。 （3）利用上述电流计及电路测量该金属的电阻和值的步骤如下： ①断开开关、，将取下换成该金属电阻，并置于沸水中； ②闭合开关，读出电流计的示数；闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合开关前、后电流计的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数和温度； ③多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤②，可获得电阻箱的示数和温度的多组数据． （4）以电阻箱的示数为纵轴，温度为横轴，作出图像如图乙所示，则该金属电阻在0℃时的阻值为__________，温度系数为__________。（结果用表示） 学科网（北京）股份有限公司 $ 高考实验解读与针对性训练 实验19　探究传感器元件的性能 【实验解读】 一、五种敏感元件的作用和特点 敏感元件 作用 特点 热敏电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大 金属热电阻 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，随温度的降低而减小 光敏电阻 将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量 一般情况下，光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，随光照强度的减弱而增大 霍尔元件 将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 对于某个确定的霍尔元件，它的厚度d、霍尔系数k为定值，如果保持电流I恒定，则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH＝k) 压敏电阻 将压力这个力学量转换为电阻这个电学量 压敏电阻的阻值随压力的变化而变化 二、实验过程 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图1甲所示)。 图1 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 　次数 待测量　 　 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 电阻/Ω (3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R－t图中，得图像如图乙所示。 2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图2所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。 图2 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。 (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。 (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。 三、误差分析 1.温度计读数带来误差。 2.多用电表读数带来误差。 3.作R－t图像时的不规范易造成误差。 四、注意事项 1.在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 2.光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。 【高考典例】 【典例1】 （2025年1月浙江选考题）某同学研究半导体热敏电阻（其室温电阻约为几百欧姆）的阻值随温度规律，设计了如图所示电路。器材有：电源E（），电压表（），滑动变阻器R（A：“”或B：“”），电阻箱（），开关、导线若干。 （1）要使cd两端电压在实验过程中基本不变，滑动变阻器选_____（选填“A”或“B”）； （2）正确连线，实验操作如下： ①滑动变阻器滑片P移到最左端，电阻箱调至合适阻值，合上开关； ②开关切换到a，调节滑片P使电压表示数为；再将开关切换到b，电阻箱调至，记录电压表示数、调温箱温度。则温度下_____（保留三位有效数字）： ③保持、滑片P位置和开关状态不变，升高调温箱温度，记录调温箱温度和相应电压表示数，得到不同温度下的阻值。 （3）请根据题中给定的电路且滑片P位置保持不变，给出另一种测量电阻的简要方案。 【答案】（1）A （2）157 （3）见解析 【解析】（1）要使得cd两端电压U0在实验中基本不变，则滑动变阻器应该选择阻值较小的A； （2）由电路可知 （3）题中滑片P位置保持不变，则电阻箱R1与热敏电阻Rt两端电压之和保持不变，先让S2接a，此时电压表读数为U，然后接b，读出电阻箱R1的读数和电压表读数U＇，可得 则以后保持S2接a，改变电阻箱的阻值R1，根据，可得热敏电阻Rt的值。 【典例2】．（2025年高考湖南卷）（9分）车辆运输中若存在超载现象，将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥，可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。 （1）选择一块均匀的长方体导电水泥块样品，用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“”挡，正确操作后，指针位置如图1所示，则读数为 。 （2）进一步提高实验精度，使用伏安法测量水泥块电阻，电源E电动势，内阻可忽略，电压表量程，内阻约，电流表程，内阻约。实验中要求滑动变阻器采用分压接法，在图2中完成余下导线的连接 。 （3）如图2，测量水泥块的长为a，宽为b，高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R，则电阻率 （用R、a、b、c表示）。 （4）测得不同压力F下的电阻R，算出对应的电阻率，作出图像如图3所示。 （5）基于以上结论，设计压力报警系统，电路如图4所示。报警器在两端电压大于或等于时启动，为水泥块，为滑动变阻器，当的滑片处于某位置，上压力大于或等于时，报警器启动。报警器应并联在 两端（填“”或“”）。 （6）若电源E使用时间过长，电动势变小，上压力大于或等于时，报警器启动，则 （填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】 （1） 8000 （2分） （2） （2分） （3） （2分） （5） （2分） （6） 大于（1分） 【解析】（1）多用电表选择开关旋转到“”挡，故根据图1可知读数为； （2）长方体导电水泥块样品的电阻，故采用电流表内接法；实验中要求滑动变阻器采用分压接法，故连接实物图如图 （3）根据电阻定律 可知 （5）根据图3可知压力越大电阻率越小，即电阻越小；回路中电流增加，电压增加，电压减小，而报警器在两端电压大于或等于时启动，故应将报警器并联在两端； （6）[5]电源电动势E减小，要使报警器启动，即两端电压要仍为3V，根据串联分压有 可知E减小需要R1更小，又因为F越大R1越小，可知F1需要大于F0。 【典例3】[2021广东]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“0Ω”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　. （2）再按下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　端（选填“a”或“b”）. 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　R02（选填“大于”“小于”或“等于”）.此时热敏电阻阻值RT＝　R01－R02　. （3）改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律. 【答案】（1）短接 减小 （2）①b ②大于 R01－R02 解析　（1）用多用电表欧姆挡测量电阻时，在选择适当倍率后，需要先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮进行调零.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，说明热敏电阻阻值随温度的升高而减小. （2）①闭合开关S前，为保护电路，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，因此应将滑动变阻器R1的滑片滑动到b端.②温度为T时，R01＝R02＋RT，显然R01大于R02，此时热敏电阻阻值RT＝R01－R02. 【针对性训练】 1.（2025年包头二模）人们对室内空气质量和环境健康问题十分重视，已知国家室内甲醛浓度标准是η≤0.1mg/m3。某探究小组准备利用一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rx，制作一个甲醛检测仪，用于检测室内甲醛是否超标。正常情况下该气敏电阻阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到几千欧。供选择的器材如下： A. 蓄电池（电动势E=6V，内阻不计） B. 电流表（量程，内阻RA1为） C. 电流表（量程，内阻RA2约为）。 D. 滑动变阻器R1（最大阻值） E. 滑动变阻器R2（最大阻值） F. 电阻箱R3（最大阻值） G. 红色发光二极管 H. 开关、导线若干 (1)该组同学设计了如图甲所示的电路图研究气敏电阻阻值随甲醛浓度变化的规律，为了更方便测量气敏电阻的阻值，则图中滑动变阻器应选择__________（填“R1”或“R2”）。 (2)按图甲连接好电路，将电流表连接到恰当位置后，把气敏电阻放置于不同浓度甲醛中测量其电阻的阻值，某次测量时读出两电流表、的示数分别为、，则此次电阻阻值Rx=___________（用题目所给字母表示）。最终得到如图乙所示图像。 (3)利用该气敏电阻，探究小组设计的甲醛检测仪的测试电路如图所示。当报警器两端的电压大于2V时将报警，报警器对电路电阻的影响不计，实验要求当室内甲醛浓度超过标准时，报警器报警。按电路图连接好电路，按照下列步骤调节甲醛检测仪，使其能正常使用。 ①电路接通前需将电阻箱R3调到某一恰当数值，这一恰当数值为_____，将滑动变阻器滑片置于右端； ②将开关向1端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警；③保持滑动变阻器滑片位置不动，将开关向2端闭合，甲醛检测仪即可正常使用。 (4)某些环境对甲醛浓度标准有更高要求，按（3）调节好甲醛检测仪后，为了使甲醛检测仪能够在η≥0.08mg/m3时就能报警，应将滑动变阻器的滑片向_____（填“左”或“右”）移动。 【答案】（1）R1 （2） (3) 2600 (4) 左 【解析】（1）该组同学设计的研究气敏电阻阻值随甲醛浓度变化的规律电路为滑动变阻器分压接法，为了方便调节，滑动变阻器采用阻值较小的R1。 （2）电路图中a应该选择电流表A1，b应选择电流表A2,；由I1RA1=（I2- I1）Rx，解得：Rx = （3）已知国家室内甲醛浓度标准是η≤0.1mg/m3，由图乙可知，当甲醛浓度为η=0.1mg/m3=10×10-8kg/m3，气敏电阻阻值为Rx=2.6kΩ=2600Ω，所以电路接通前需将电阻箱R3调到恰当数值2600Ω。 （4）为了使甲醛检测仪能够在η≥0.08mg/m3时就能报警，即当甲醛浓度为η=0.08mg/m3=8×10-8kg/m3，此时气敏电阻阻值为Rx=2.5kΩ=2500Ω，报警器两端电压达到2V，根据串联电路规律，电压与电阻成正比，滑动变阻器接入电路中电阻应减小，应将滑动变阻器的滑片向左移动。 2.[ 2024山东青岛调研检测]液位报警器是一种用于监测、维护和测量液面位置的传感器，它会将感知到的液位数据转换为电信号.某实验小组通过研究热敏电阻的特性制作了一个汽车低油位报警装置，过程如下. 　　 图甲　　　　　　　　图乙 （1）已知常温下某热敏电阻的阻值约为1.4kΩ，若用图甲所示的多用电表测量该电阻的阻值，需将选择开关旋转到欧姆挡　×100　（选填“×10”“×100”或“×1k”）位置. （2）设计图乙电路探究该热敏电阻的阻值Rt随温度t变化的关系，开关闭合前，滑片P应位于滑动变阻器最　左　端（选填“左”或“右”），已知定值电阻R0＝1.5kΩ，某次测量中电流表A1的示数为3.20mA，A2的示数为2.40mA，两电流表均可视为理想电表，则此时热敏电阻的阻值Rt＝　2　kΩ. 图丙　　　　　　　图丁 （3）该实验小组经过多次测量，绘出了Rt－t图像如图丙所示，图丁是他们根据此热敏电阻设计的汽车低油位报警器.其中电源的电动势E＝6.6V，定值电阻R＝1.5kΩ，长为l＝60cm的热敏电阻下端紧靠油箱底部，不计报警器和电源内阻.已知流过报警器的电流I＞3.0mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液（油液内热敏电阻）的温度为15℃，油液外热敏电阻温度为50℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为　10.0（9.2～10.8均可）　cm（结果保留1位小数）. （4）若保持油液的温度为15℃，油液外热敏电阻的温度为50℃，随着油箱中液面逐渐降低，按照（3）中测量方法，实验小组根据图丙将电流表上“电流”刻度改为“液面距油箱底部的距离”刻度，改装后表盘上的刻度是　非均匀　（选填“均匀”或“非均匀”）的. 【答案】（1）×100 （2）左 2 （3）10.0 （4）非均匀 解析　（1）多用电表在测电阻时，指针越接近中间位置，读数越准确，又读数＝刻度×倍率，待测电阻约为1.4kΩ，则应选×100倍率的挡位. （2）滑动变阻器以分压式接入电路，则测量电路的电压和电流应从零开始变化，即开关闭合前，滑片P应置于最左端；根据并联分流规律可得Rt＝R0＝2kΩ. （3）设警戒液面到油箱底部的距离为h，根据题图丙可知，温度为15℃时，热敏电阻的阻值约为Rt1＝1.7kΩ，温度为50℃时，热敏电阻的阻值约为Rt2＝0.5kΩ，根据闭合电路欧姆定律结合电阻定律可得h＋（l－h）＋R＝，代入数据解得h＝10.0cm. （4）根据（3）问分析可知，改装后表盘上的刻度是非均匀的. 3.磁敏电阻是一种对磁敏感，具有磁阻效应的电阻元件.磁敏电阻在磁场中阻值发生变化的现象称为磁阻效应.某同学利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值（几千欧）随磁感应强度的变化关系.所用器材：电源E，滑动变阻器R（最大阻值为20Ω），电压表（内阻约为3000Ω），毫安表（可视为理想电表），开关S及导线若干. （1）在图甲所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图. 　　 图甲　　　　　　　　图乙 （2）实验时，将磁敏电阻置于待测磁场中，记录不同磁感应强度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的磁敏电阻阻值.若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为6.2V和2.8mA，则此时磁敏电阻的阻值为　2.2　kΩ（保留两位有效数字）. （3）实验中得到的该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图乙所示.某次测量中，测得磁敏电阻的阻值为10.0kΩ，此时磁感应强度为　1.4×10－4　T（保留两位有效数字）. （4）太阳风是指从太阳上层大气射出的超声速带电粒子流，当太阳风激烈爆发时，可能会给地球带来无法预计的磁暴灾难.某同学利用实验中的磁敏电阻制作了一种搭载在人造卫星上的探测磁感应强度的报警器，其电路的一部分如图丙所示.图中E为直流电源（电动势为9.0V，内阻可忽略），当图中的输出电压达到或超过3.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警.若要求开始报警时磁感应强度为10－4T，则图中　R2　（选填“R1”或“R2”）应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为　10　kΩ（保留两位有效数字）；如果要提高此装置的灵敏度（即在磁感应强度更小时就能触发报警），应该　减小　（选填“增大”或“减小”）R1. 【答案】（1） （2）2.2 （3）1.4×10－4（4）R2 10 减小 解析　（1）因毫安表可视为理想电表，则可以采用电流表内接法；滑动变阻器的总阻值为20Ω，待测磁敏电阻为几千欧，属于小电阻控制大电阻，则用滑动变阻器的分压式接法便于操作和多测数据.电路图如图所示. （2）根据部分电路的欧姆定律可得磁敏电阻的阻值为R＝＝Ω≈2.2kΩ. （3）根据R－B图像可知，当R＝10.0kΩ时，磁感应强度B＝1.4×10－4T. （4）根据闭合电路欧姆定律可得输出电压为U＝，要求输出电压达到或超过3.0V时报警，即要求磁感应强度增大时（电阻的阻值增大），输出电压增大，故需要R2的阻值增大才能实现此功能，故R2为磁敏电阻；已知报警电压为U＝3V，而B＝10－4T时，R2＝5kΩ，解得R1＝－R2＝10kΩ，在磁感应强度更小时R2的阻值较小，根据串联分压原理可知应将R1减小，从而让R2分得更多的电压，达到3V就可以报警，即如果要提高此装置的灵敏度，应该减小R1. 4. 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小.若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的阻值RF.请按要求完成下列实验. （1）设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图（压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102N，不考虑压力对电路其他部分的影响），要求误差较小，提供的器材如下： A.压敏电阻，无压力时阻值R0＝6000Ω B.滑动变阻器R，最大阻值为200Ω C.电流表A，量程2.5mA，内阻约30Ω D.电压表V，量程3V，内阻约3kΩ E.直流电源E，电动势3V，内阻很小 F.开关S，导线若干 （2）正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为　2.00　V. （3）此时压敏电阻的阻值为　1.5×103　Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝　60　N.（计算结果均保留两位有效数字） 【答案】（1） （2） 2.00 （3）1.5×103 60 解析　（1）根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，如图所示. （2）根据电压表读数规则知，电压表读数为2.00V. （3）由欧姆定律知，此时压敏电阻的阻值为RF＝－RA≈1.5×103Ω，＝＝4，由题图甲可知，对应的待测压力F＝60N. 5.(2024·湖南常德高三月考)某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻Rx的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻Rx的阻值变化范围为50～250 Ω。供选择的实验器材如下： A.电源E：电动势为3 V，内阻不计 B.电流表A1：量程为3 mA，内阻r1＝10 Ω C.电流表A2：量程为30 mA，内阻r2约为1 Ω D.电阻箱R1：阻值范围0～9 999.9 Ω E.定值电阻R0：R0＝50 Ω F.开关S、导线若干 图8 (1)为了较准确地测量电阻Rx，某同学设计了图8甲的实验电路图，根据所设计的电路图，设电流表、的示数分别为I1、I2，电阻箱的电阻为R1，则Rx的测量值为Rx＝________。 (2)该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻Rx随所加外力F的Rx－F图像，如图乙所示，则由此图像可知，随压力F的增大，压敏电阻Rx的阻值________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)该同学将这种压敏电阻Rx与一个量程为3 V的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源E＝4 V，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为0～100 N，压力为100 N时对应电压表3 V的刻度，则定值电阻R应取R＝________Ω，电压表2 V刻度对应压力表________N的刻度。 答案　(1)　(2)减小　(3)150　50 解析　(1)Rx的测量值为Rx＝。 (2)由题图可知，随压力F的增大，压敏电阻Rx的阻值减小。 (3)由题图乙得Rx＝250－F＝250－2F 根据欧姆定律得E＝U＋Rx＝U＋(250－2F) 当F＝100 N时，Rx＝50 Ω，此时电压表电压为3 V，定值电阻的阻值为R＝150 Ω 将U＝2 V代入得F＝50 N。 6.（2025年山西模拟）某同学用如图甲所示电路探测某压敏电阻R1的特性，同时测电源的电动势E和内阻r，量程为3V的电压表内阻很大，定值电阻R0=1Ω，用多用电表粗测电源的电动势大约为3V，不加压力时压敏电阻的阻值约24欧，电阻箱R2（0~99.99Ω）。 (1)闭合S，单刀双掷开关打到1，记录压力F下电压表的读数U，再将K打到2，调整电阻箱R2的阻值，使电压表的读数又为刚才的数值，则此压力为F时，R1与R2阻值关系是R1______R2（选填“大于”“等于”或“小于”）。 (2)改变压力，重复以上步骤，测得多组F、R、U的值，得到如图乙和图丙的图线，说明这个压敏电阻的电阻随压力的增大而______（选填“减小”或“增大”）；由图可知电源电动势为______V，电源内阻为______Ω（计算结果保留到小数点后两位）。 (3)考虑电压表的内阻影响，电源电动势的测量值比真实值______（选填“偏大”“偏小”或“相等”），内阻的测量值比真实值______（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。 【答案】 （1）等于（2 分） （2）减小（1 分） 2.98（2 分） 0.92（2 分） （3）偏小（1 分） 偏小（1 分） 【解析】 （1）据闭合电路欧姆定律，R2等效替代 R1。 （2）由图看出 R 随 F 增大而减小；忽略电压表内阻的影响，根据闭合电路欧姆定律，U=E- （R0+r） 对照图丙的U—图像可得 纵截距为 E=2.98V，斜率为 R0+r 1.92Ω ,得 r=0.92Ω。 （3）电压表分流，导致 不是通过电源的电流，由等效电源法可知，E、r 的测量值都比真实值小。 7 .(9分)（2024年5月重庆六校联考）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。 (1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________端移动(选填“c”或“d”)。 (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(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1200 N的外力，则工作电压至少为________V。 【参考答案】（1）C （2）0.21 （3）增大 增大 （4）6.0 【名师解析】（1）根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场越强，所以为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向c端移动。 （2）当变阻器的滑片P滑向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=Um/R，R=Ω=24.5Ω，联立解得r=0.21Ω （3）线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，根据电阻定律，R1的阻值增大，根据串联电路规律可知，R1的阻值将增大，电压表V2的读数将增大。 （4）由图丙可知，F=1200N时对应的工作电压为6.0V，即要求该锁能抵抗1200 N的外力，则工作电压至少为6.0V。 8．（9分（2024广东名校联盟4月二轮复习联考））李华同学查阅资料：某金属在内电阻值与摄氏温度的关系为，其中为该金属在0℃时的阻值，为温度系数（为正值）。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻和值。可提供的实验器材有： A．干电池（电动势约为，内阻不计） B．定值电阻（阻值为） C．定值电阻阻值为） D．滑动变阻器（阻值范围） E．滑动变阻器（阻值范围） F．电流计（量程，内阻约） G．电阻箱（最大阻值为） H．摄氏温度计 I．沸水和冷水各一杯 J．开关两个及导线若干 请回答下列问题： （1）滑动变阻器应选用__________（选填“”或“”），开关闭合前，滑动变阻器的滑片移到__________（选填“”或“”）端。 （2）将电阻箱的阻值调为，闭合开关，读出电流计的示数，再闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合前、后电流计的示数没有变化，此时电阻箱的示数为，则电流计的内阻为__________。 （3）利用上述电流计及电路测量该金属的电阻和值的步骤如下： ①断开开关、，将取下换成该金属电阻，并置于沸水中； ②闭合开关，读出电流计的示数；闭合开关，调节电阻箱的阻值，直至闭合开关前、后电流计的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数和温度； ③多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤②，可获得电阻箱的示数和温度的多组数据． （4）以电阻箱的示数为纵轴，温度为横轴，作出图像如图乙所示，则该金属电阻在0℃时的阻值为__________，温度系数为__________。（结果用表示） 【参考答案】．（1） （2）450 （4） 【名师解析】（1）闭合、断开时，干路中的最大电流约， 滑动变阻器两端的电压最小值约为， 滑动变阻器的最小电阻约为，滑动变阻器应选用。 为了保护电流计不被损坏，开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片向下移动到端。 （2）闭合前、后电流计的示数没有变化，则电流计中的电流与的电流相等， 中的电流与中的电流相等，与两端的电压相等，电流计与两端的电压相等， 可得电流计的内阻。 （4）将取下换成该金属电阻的情况下，同理可得， 由图乙得，即， 又，则，，解得。 学科网（北京）股份有限公司 $