2. 常见传感器的工作原理（分层作业）物理沪科版选择性必修第二册

2．常见传感器的工作原理 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、磁传感器测磁感应强度的原理 1 二、温度传感器的测温原理 2 三、力传感器的测力原理 3 四、气敏传感器测气体浓度的原理 5 五、用压电陶瓷片制作传感器的原理 7 【拓思维·重难突破】 7 【链高考·精准破局】 10 一、磁传感器测磁感应强度的原理 1．2020年12月2号22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多的压力传感器。有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向如图的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，在元件的前、后表面间出现电压U，以此感知压力的变化。则元件的(　　) A．前表面的电势比后表面的高 B．前、后表面间的电压U与h成正比 C．工作稳定后，自由电子受到的洛伦兹力大小为 D．工作稳定后，霍尔元件中的电子受到的洛伦兹力和电场力是等大反向的，所以电子不再定向移动 答案　C 解析　A．根据左手定则可知，电子受洛伦兹力方向指向前表面，可知电子集聚到前表面，则前表面的电势比后表面的低，选项A错误；B．稳定时满足，可得前、后表面间的电压U=Bav，可知U与h无关，选项B错误；C．工作稳定后，自由电子受到的洛伦兹力大小等于电场力，即，选项C正确； D．工作稳定后，霍尔元件中的电子受到的洛伦兹力和电场力是等大反向的，但电子仍做定向移动，选项D错误。故选C。 2．(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，下列说法中正确的是(　　) A．电势差的大小仅与磁感应强度有关 B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φD C．仅增大电流I时，电势差变大 D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 答案　BC 解析　AC．根据CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有又I=nqvS=nqvbc可得n由材料决定，故U不仅与材料有关还与厚度c成反比，同时还与磁场B与电流I有关，A错误、C正确。B．根据左手定则，电子向D侧面偏转，D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，则UCD>0，即有φC>φD，B正确。D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。故选BC。 二、温度传感器的测温原理 3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示，电源的电动势，它和灵敏电流表G的内阻均不可忽略，热敏电阻的阻值随温度变化的关系如图乙所示。闭合开关，当热敏电阻的温度等于时，电流表的示数。当电流表的示数时，热敏电阻的温度为(　　) A．80℃ B．100℃ C．120℃ D．140℃ 答案　A 解析　已知电源的电动势，=0.002A，=0.003A，由图象知，当R的温度等于20℃时，热敏电阻的阻值R=4000，由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得即9.0V=0.002A×(4000+)，解得=500，当电流=0.003A时，由串联电路特点及欧姆定律得，解得，由图象知，此时热敏电阻的温度为80℃。故选A。 4．(多选)图甲是某型号的热敏电阻的阻值随温度变化的图像（已做近似处理），图乙是用做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在之间调节，为的定值电阻。该电路工作原理是：将放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使电路中电流保持3mA不变，可直接从温度计表盘上得出待测温度。下列说法正确的是(　　) A．温度计表盘上显示时，电源电压为1.5V B．温度计表盘上显示时，电源电压为1.4V C．该热敏电阻温度计的测温范围为 D．该热敏电阻温度计的测温范围为 答案　AD 解析　AB．温度计表盘上显示时，根据数学方法可知，的阻值为330，根据欧姆定律有，解得V，故A正确，B错误；CD．当电源电压为1.8V时，电阻最大，有，当电源电压为0.6V时，电阻最小，有，根据数学方法可知热敏电阻的阻值随温度变化的关系式为，代入数据可知该热敏电阻温度计的测温范围为，故D正确，C错误；故选AD。 三、力传感器的测力原理 5．如图所示为一种自动测量压力的电路图，其中为滑动变阻器，为定值电阻，A为电流表，为压敏电阻，其阻值会随着压力的增大而减小。下列说法正确的是(　　) A．受到的压力减小时，电流表的示数减小 B．受到的压力增大时，两端的电压减小 C．若将电流表标度为压力表，则表示压力的“0”刻度在右侧 D．若从不受压力到压力增加至某一值，阻值越大，电流表的示数变化越大 答案　C 解析　A．因压敏电阻其阻值会随着压力的增大而减小，故压力减小时，R的电阻增大，外电路电阻增大，回路总电流减小，电源内阻r分得的电压减小，路端电压增大，因此上的电流满足 电流表的示数增大，故A错误；B．压力增大时，R的电阻减小，因此回路总电流增大，两端的电压增大，故B错误；C．若将电流表标度为压力表，当压力为0时，R的电阻最大，电流表的示数为最大值，因此表示压力的“0”刻度在右侧，故C正确；D．路端并联电阻的总阻值为，若选用阻值大的，则R在减小相同阻值的情况下，并联电阻的总阻值减小量就越小，并联电阻的总电压变化就越小，电流表的示数变化越小，故D错误。故选C。 6．有一种测定压力变化的传感器，其结构原理如图所示。A为固定电极板，B为可动电极板，可动电极板与固定电极板相距较近且两端固定，当待测压力施加在可动电极板上时，使可动电极板发生形变，从而改变其与固定电极板间的距离。两电极板通过灵敏电流计和保护电阻与电源相连，电源两端的电压恒定，已知电流计电流从哪个接线柱流入指针就偏向哪个接线柱，对于这个压力变化传感器的工作情况，下列说法中错误的是(　　) A．当待测压力减小时，电流计的指针向正向偏转 B．当待测压力增大时，电流计的指针向正向偏转 C．当待测压力不变时，电流计的示数为零 D．当待测压力增大时，电极板间电场强度增大 答案　A 解析　A．当待测压力减小时，B板远离A板，两极间距离d增大，根据,可知电容减小；由于连接电源可知电压不变，根据,可知电荷量减小，则电容器“放电”，电容器上极板带正电，故放电电流方向为顺时针，从电流计的“-”接线柱流入，故电流计的指针向负向偏转，故A错误，符合题意；B．当待测压力增大时，B板向A板靠近，两极间距离d减小，根据,可知电容增大；由于连接电源可知电压不变，根据,可知电荷量增大，则电容器“充电”，电容器上极板带正电，故电流方向为逆时针，从电流计的“+”接线柱流入，故电流计的指针向正向偏转，故B正确，不符合题意；C．当待测压力不变时，电容不变，不存在充放电过程，没有电流流过电流计，则电流计的示数为零，故C正确，不符合题意； D．当待测压力增大时，B板向A板靠近，两极间距离d减小，由于连接电源可知电压不变，根据 可知电极板间电场强度增大，故D正确，不符合题意。本题选错误的，故选A。 四、气敏传感器测气体浓度的原理 7．利用图示电路可以检测司机是否酒驾。图中R0为定值电阻，R是一个“气敏传感器”，它的电阻值会随着其周围酒精气体浓度的增大而减小。若检测时司机喝了酒(　　) A．电路的总电阻减小，电压表的示数减小 B．电路的总电阻增大，电流表的示数减小 C．电压表和电流表示数的比值不变 D．电路消耗的总功率变小 答案　C 解析　若检测时司机喝了酒，则R减小，电路总电阻减小，电流变大，即电流表示数变大，R0两端的电压变大，电压表的示数变大；电路消耗的总功率P=IE变大；根据可知电压表和电流表示数的比值不变。故选C。 8．我国于2011年5月1日起，醉酒驾驶由交通违法行为升级为犯罪行为．“陶瓷气敏传感器”可以用于分析气体中酒精蒸汽的含量．如果司机饮酒，血液中的酒精成分扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷在传感器上，传感器的电阻将随酒精蒸汽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）与气体中酒精蒸汽浓度C的关系如图甲所示．现用其组成如图乙所示的检测电路（电池内阻为r，电流表内阻不计）．以下判断正确的是(　　) A．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度C成正比 B．气体中酒精蒸汽的浓度C越大，则电流表指针偏转的角度越小 C．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，则电池路端电压越小，传感器上电压也越小 D．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，则传感器电阻越小，电源的总功率越小 答案　C 解析　A．传感器的电导与酒精蒸汽的浓度成正比，而电导和电阻互为倒数．故A错。B．气体中酒精蒸汽的浓度C越大，电导越大，电阻越小，闭合电路的总电阻越小，总电流越大，电流表指针偏转的角度越大．故B错。C．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，电阻越小，闭合电路的总电阻越小，总电流越大，内电压越大，外电压越小．电阻R0上的电压越大，所以传感器上电压也越小．故C正确。D．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，传感器电阻越小，总电流越大，电源总功率P=EI，可知电源的总功率越大，故D错。故选C。 9．图甲为天然气泄漏检测电路原理图。电源电压恒定，R0为定值电阻，气敏传感器两端电压UQ随天然气浓度C变化的关系如图乙。则下列描述R0的功率P0，电路的总功率P随天然气浓度C变化的关系图线中，可能正确的是(　　) A． B． C． D． 答案　C 解析　由题图可知，R0与气敏传感器串联，电压表测气敏传感器两端的电压，由图乙可得，气敏传感器两端的电压与天然气浓度C成正比，即根据串联电路的电阻分压特点可知：气敏传感器的阻值变大，所以，气敏传感器的阻值(R气)与天然气浓度C也成正比。AB．R0的功率可表示为气敏传感器两端电压与天然气浓度为线性关系，而R0的功率与气敏传感器两端电压不是线性关系，所以R0的功率与天然气浓度为非线性关系，故AB错误；CD．随浓度的增大时，气敏传感器的电阻随之增大，电路中电流减小，总功率减小，故C正确，D错误。故选C。 10．如图甲所示是家用燃气报警器的部分电路示意图，其中控制电路中的是由气敏电阻（制成的传感器，的阻值与燃气浓度的关系如图乙所示。出厂预设当燃气浓度达到6%时报警。闭合开关、，下列说法正确的是(　　) A．电磁铁的上端是S极 B．燃气浓度升高时，电磁铁磁性减弱 C．按出厂预设，当燃气浓度达到6%时报警，此时工作电路的灯亮 D．将的滑片下移，可以使工作电路在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警 答案　D 解析　A．由图可知电流从电磁铁的下端流入，根据右手螺旋定则可知电磁铁的上端是N极，选项A错误； B．由图乙可知燃气浓度升高时，的阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强，选项B错误； C．报警器报警时，电磁铁恰好能将衔铁吸下，由电路图可知，L2灯亮，选项C错误；D．将的滑片下移，的电阻降低，而工作电路不变，报警时需要的电流不变，则报警时气敏电阻的阻值需增大，由图乙可知燃气浓度将降低，即工作电路会在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警，选项D正确。故选D。 五、用压电陶瓷片制作传感器的原理 11．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　) A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能 C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能 答案　D 解析　压电陶瓷片能量转化前要消耗机械能（大拇指压一下打火机上的按钮），转化后得到了电能（产生10kV~20kV的高压，形成火花放电），故ABC错误，D正确。故选D。 12．半导体热电偶是一种将热能直接转化为电能的装置，其结构如图所示。它是由一对型半导体和型半导体串联而成。其中，型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，型半导体的载流子是空穴，空穴带正电且电荷量为。若两种半导体相连的一端和高温热源接触，而另一端、与低温热源接触，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，最终在、两端形成稳定的电势差。电势差的大小与高温热源和低温热源间的温度差满足，其中称为塞贝克系数，是衡量材料热电转换能力的关键参数。下列说法正确的是（    ） A．A端是半导体热电偶的正极 B．若只交换高、低温热源的位置，则A、B两端不能形成稳定的电势差 C．塞贝克系数越大，说明材料热电转换能力越弱 D．半导体热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相同 答案　D 解析　A．n型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，A端聚集电子，所以A端是温差发电装置的负极，A错误；B．只交换高、低热源的位置，二者之间存在温差，载流子依然可以定向移动，从而可以在A、B两端形成电势差，B错误；C．根据可知，温差一定时，塞贝克系数越大，A、B端的电势差就越大，说明材料热电转换能力越强，C错误；D．载流子从高温端向低温端扩散的“驱动力”是非静电力，其方向与载流子扩散方向相同，D正确。故选D。 13．某同学利用传感器来制作简单的光控开关，模拟实现“天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明是自动熄灭”的功能。 (1)实验中需要利用到光敏电阻来完成这一任务，下列元件中_______是光敏电阻。 A． B． C． D． (2)关于甲、乙两个电路设计，下列说法正确的是_______（多选） A．电路甲可以实现“天暗自动开启，天明自动熄灭”的功能 B．电路乙可以实现“天暗自动开启，天明自动熄灭”的功能 C．电路甲中减小的电阻，可以使在光线更暗时自动开启 D．电路乙中光线变暗，三极管基极b处的电势将降低 答案　(1)C (2)AD 解析　（1）A．实物图为二极管，故A不符合题意；B．实物图为固定电阻，故B不符合题意；C．实物图为光敏电阻，故C符合题意；D．实物图为发光二极管，故D不符合题意。故选C。（2）A．电路甲，天暗时，光敏电阻阻值增大，光敏电阻分压增大，三极管基极b处输入高电平，三极管导通，LED发光，天亮时，光敏电阻阻值减小，光敏电阻分压减小，三极管基极b处输入低电平，三极管截止，LED不发光，故A正确；B．电路乙，天暗时，光敏电阻阻值增大，光敏电阻分压增大，三极管基极b处输入低电平，三极管截止，LED不发光，天亮时，光敏电阻阻值减小，光敏电阻分压减小，三极管基极b处输入高电平，三极管导通，LED发光，故B错误；C．电路甲中减小的电阻，由于LED在自动开启时三极管基极b处的电势不变，则LED在自动开启时光敏电阻阻值将减小，即LED在光线更亮时自动开启，故C错误；D．电路乙中光线变暗，光敏电阻阻值增大，光敏电阻分压增大，三极管基极b处的电势将降低，故D正确。故选AD。 14．某同学自制电子秤的原理如图所示：为滑动变阻器，其滑片P和托盘均与金属弹簧上端相连接，为限流电阻，用电压表的示数指示物体的质量。闭合开关S，托盘空载时，滑片P恰好位于变阻器的最上端，此时电压表示数为0。托盘质量、弹簧质量及其电阻均不计，不考虑滑片P移动时所受摩擦和电压表内阻的影响，电源电动势和内阻均不变。下列说法中正确的是(　　) A．电压表示数越小，说明所称物体质量越大 B．称量物体的质量越大，电路消耗的总功率越大 C．将电压表表盘改写为等质量间隔的电子秤表盘后，表盘右端刻度线更密 D．更换不同劲度系数的弹簧后，电子秤的量程不变 答案　C 解析　A．弹簧电阻不计，电压表测量滑动变阻器上半部分电阻电压，所称物体质量越大，滑动变阻器上半部分电阻越大，电路总电阻越大，电流越小，和电源内阻分到的电压越小，故滑动变阻器上电压越大，即电压表示数越大，故A错误；B．称量物体的质量越大，接入电路的滑动变阻器阻值越大，由闭合电路欧姆定律得电路消耗的总功率,可知越大，I越小，P越小，故B错误；C．当托盘中没有放物体时，电压表示数为零，当物体质量为m时，设物体下降x，平衡条件有,根据欧姆定律得,故电压表读数为,设变阻器总电阻为R，总长度为l，则有 联立解得,变式可得 ,令，可得 可知该式为曲线，对该函数式进行求导，得,可知随着m的增大，在减小，即在减小，故当m越大时，对于相同的值越小，所以若将电压表表盘改写为等质量间隔的电子秤表盘后，当m越大时指针越靠右，此时等质量间隔时的越小，即刻度线越密，故C正确；D．因为滑动变阻器可滑动的最大长度不变，当更换不同劲度系数的弹簧后，根据,可知对应的最大可称重的质量改变，由于滑动变阻器的最大阻值不变，指示出的电压表的最大示数不变，所以更换不同劲度系数的弹簧后，只需将该劲度系数下的最大可称重质量标记在电压表最大示数处即可，此时最大示数处所指示的质量就是电子秤的量程，所以电子秤的量程会改变，且劲度系数越大，对应的量程越大，劲度系数越小，对应的量程越小，故D错误。故选C。 15．(2025·河北·高考真题)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中，利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。 ①闭合开关S，观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时，将欧姆表两表笔分别接到热敏电阻两端测量其阻值，这时开关S应 （填“断开”或“闭合”）。 ②按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻与温度t的关系分别对应图2中曲线。设计电路时，为防止用电器发生故障引起电流异常增大，导致个别电子元件温度过高而损坏，可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大，起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻 （填“”或“”）具有相同温度特性。 答案　 断开 解析　（1）①[1]用欧姆表测量热敏电阻的阻值时应该让热敏电阻与电源断开，即开关S应该断开； ②[2]由题意可知要串联的热敏电阻的阻值应该随温度的增加而快速增加，从而抑制电路中电流的增加，由图可知热敏电阻R1在温度65℃左右电阻异常变化较大，则为防止用电器用电器故障引起电流异常增加，可串联一个热敏电阻与R1具有相同温度特性的热敏电阻。 16．(2025·江西·高考真题)热敏电阻的阻值随温度的变化而改变，通过建立温度与热敏电阻两端电压的关系，可制作一简易的温度传感器，进而实现温度测量。如图（a）所示，为热敏电阻，为匹配电阻，电源电动势为E（内阻不计），数字电压表（内阻视为无穷大）用于测量热敏电阻两端的电压。 （1）由图（a）可得的表达式为 。 （2）已知某热敏电阻从升温到时，其阻值从单调减小到。为了合理配置的阻值，用电阻箱代替该热敏电阻进行实验。经数据处理得到不同值对应的关系图线，如图（b）所示，分析可知应选图线 对应的作为匹配电阻，可使在更宽范围内对变化的响应更灵敏。 （3）选定匹配电阻后，按图（a）连接电路，改变热敏电阻的温度T，测量其两端的电压，并尝试用二次多项式进行数据拟合，得到温度与的关系。 （4）用已标定的温度传感器进行实验，记录数据，如下表所示，其中T为测量温度，为标准温度，。表中绝对误差最大和最小的测量温度值T分别为 和 。除涉及元器件的精度和稳定性之外，分析该温度传感器测量误差的主要来源： 。 答案　 乙 38.0 70.2 匹配电阻的阻值不太合适或选用二次多项式进行数据拟合不够精确 解析　（1）[1]由闭合电路的欧姆定律可得电路中电流 可得 （2）[2]由图（b）可知，图线乙在相同的变化区间，变化范围更大，即图线乙对应的作为匹配电阻，可使在更宽范围内对变化的响应更灵敏。 （4）[3][4]结合表格数据分析，可知测量的绝对误差最大和最小对应的测量温度分别为和。 [5]误差的主要来源除去涉及元器件的精度和稳定性之外，可能是匹配电阻的阻值不太合适或选用二次多项式进行数据拟合不够精确。 17．(2025·云南·高考真题)基于铂电阻阻值随温度变化的特性，某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下：型号铂电阻、电源E（电动势，内阻不计）、电流表（量程，内阻）、电流表（量程，内阻约）、定值电阻（阻值）、定值电阻（阻值）、开关S和导线若干。 查阅技术手册可知，型号铂电阻测温时的工作电流在之间，在范围内，铂电阻的阻值随温度t的变化视为线性关系，如图（a）所示。 完成下列填空： (1)由图（a）可知，在范围内，温度每升高，该铂电阻的阻值增加 ； (2)兴趣小组设计了如图（b）所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图，能准确测出铂电阻阻值的是 （填“甲”或“乙”），保护电阻R应选 （填“”或“”）； (3)用（2）问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时，某次测量读得示数为，示数如图（c）所示，该示数为 ，则所测温度为 （计算结果保留2位有效数字）。 答案　(1)3.85 (2) 乙 (3) 62.0 51 解析　（1）温度每升高，该铂电阻的阻值增加 （2）[1]由于内阻确定，所以用测量电阻的电压，用与之差来测量经过电阻的电流，故能准确测出铂电阻阻值的是乙； [2]电路中的最大电流为0.3mA，可得电路中的最小阻值 可知保护电阻R应选。 （3）[1]由图可知的分度值为，则其读数为； [2]根据欧姆定律可得 根据题图可得 代入数据可得 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2．常见传感器的工作原理 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、磁传感器测磁感应强度的原理 1 二、温度传感器的测温原理 2 三、力传感器的测力原理 3 四、气敏传感器测气体浓度的原理 3 五、用压电陶瓷片制作传感器的原理 5 【拓思维·重难突破】 5 【链高考·精准破局】 7 一、磁传感器测磁感应强度的原理 1．2020年12月2号22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多的压力传感器。有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向如图的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，在元件的前、后表面间出现电压U，以此感知压力的变化。则元件的(　　) A．前表面的电势比后表面的高 B．前、后表面间的电压U与h成正比 C．工作稳定后，自由电子受到的洛伦兹力大小为 D．工作稳定后，霍尔元件中的电子受到的洛伦兹力和电场力是等大反向的，所以电子不再定向移动 2．(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，下列说法中正确的是(　　) A．电势差的大小仅与磁感应强度有关 B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φD C．仅增大电流I时，电势差变大 D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 二、温度传感器的测温原理 3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示，电源的电动势，它和灵敏电流表G的内阻均不可忽略，热敏电阻的阻值随温度变化的关系如图乙所示。闭合开关，当热敏电阻的温度等于时，电流表的示数。当电流表的示数时，热敏电阻的温度为(　　) A．80℃ B．100℃ C．120℃ D．140℃ 4．(多选)图甲是某型号的热敏电阻的阻值随温度变化的图像（已做近似处理），图乙是用做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在之间调节，为的定值电阻。该电路工作原理是：将放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使电路中电流保持3mA不变，可直接从温度计表盘上得出待测温度。下列说法正确的是(　　) A．温度计表盘上显示时，电源电压为1.5V B．温度计表盘上显示时，电源电压为1.4V C．该热敏电阻温度计的测温范围为 D．该热敏电阻温度计的测温范围为 三、力传感器的测力原理 5．如图所示为一种自动测量压力的电路图，其中为滑动变阻器，为定值电阻，A为电流表，为压敏电阻，其阻值会随着压力的增大而减小。下列说法正确的是(　　) A．受到的压力减小时，电流表的示数减小 B．受到的压力增大时，两端的电压减小 C．若将电流表标度为压力表，则表示压力的“0”刻度在右侧 D．若从不受压力到压力增加至某一值，阻值越大，电流表的示数变化越大 6．有一种测定压力变化的传感器，其结构原理如图所示。A为固定电极板，B为可动电极板，可动电极板与固定电极板相距较近且两端固定，当待测压力施加在可动电极板上时，使可动电极板发生形变，从而改变其与固定电极板间的距离。两电极板通过灵敏电流计和保护电阻与电源相连，电源两端的电压恒定，已知电流计电流从哪个接线柱流入指针就偏向哪个接线柱，对于这个压力变化传感器的工作情况，下列说法中错误的是(　　) A．当待测压力减小时，电流计的指针向正向偏转 B．当待测压力增大时，电流计的指针向正向偏转 C．当待测压力不变时，电流计的示数为零 D．当待测压力增大时，电极板间电场强度增大 四、气敏传感器测气体浓度的原理 7．利用图示电路可以检测司机是否酒驾。图中R0为定值电阻，R是一个“气敏传感器”，它的电阻值会随着其周围酒精气体浓度的增大而减小。若检测时司机喝了酒(　　) A．电路的总电阻减小，电压表的示数减小 B．电路的总电阻增大，电流表的示数减小 C．电压表和电流表示数的比值不变 D．电路消耗的总功率变小 8．我国于2011年5月1日起，醉酒驾驶由交通违法行为升级为犯罪行为．“陶瓷气敏传感器”可以用于分析气体中酒精蒸汽的含量．如果司机饮酒，血液中的酒精成分扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷在传感器上，传感器的电阻将随酒精蒸汽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）与气体中酒精蒸汽浓度C的关系如图甲所示．现用其组成如图乙所示的检测电路（电池内阻为r，电流表内阻不计）．以下判断正确的是(　　) A．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度C成正比 B．气体中酒精蒸汽的浓度C越大，则电流表指针偏转的角度越小 C．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，则电池路端电压越小，传感器上电压也越小 D．气体中酒精的蒸汽浓度C越大，则传感器电阻越小，电源的总功率越小 9．图甲为天然气泄漏检测电路原理图。电源电压恒定，R0为定值电阻，气敏传感器两端电压UQ随天然气浓度C变化的关系如图乙。则下列描述R0的功率P0，电路的总功率P随天然气浓度C变化的关系图线中，可能正确的是(　　) A． B． C． D． 10．如图甲所示是家用燃气报警器的部分电路示意图，其中控制电路中的是由气敏电阻（制成的传感器，的阻值与燃气浓度的关系如图乙所示。出厂预设当燃气浓度达到6%时报警。闭合开关、，下列说法正确的是(　　) A．电磁铁的上端是S极 B．燃气浓度升高时，电磁铁磁性减弱 C．按出厂预设，当燃气浓度达到6%时报警，此时工作电路的灯亮 D．将的滑片下移，可以使工作电路在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警 五、用压电陶瓷片制作传感器的原理 11．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　) A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能 C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能 12．半导体热电偶是一种将热能直接转化为电能的装置，其结构如图所示。它是由一对型半导体和型半导体串联而成。其中，型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，型半导体的载流子是空穴，空穴带正电且电荷量为。若两种半导体相连的一端和高温热源接触，而另一端、与低温热源接触，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，最终在、两端形成稳定的电势差。电势差的大小与高温热源和低温热源间的温度差满足，其中称为塞贝克系数，是衡量材料热电转换能力的关键参数。下列说法正确的是（    ） A．A端是半导体热电偶的正极 B．若只交换高、低温热源的位置，则A、B两端不能形成稳定的电势差 C．塞贝克系数越大，说明材料热电转换能力越弱 D．半导体热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相同 13．某同学利用传感器来制作简单的光控开关，模拟实现“天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明是自动熄灭”的功能。 (1)实验中需要利用到光敏电阻来完成这一任务，下列元件中_______是光敏电阻。 A． B． C． D． (2)关于甲、乙两个电路设计，下列说法正确的是_______（多选） A．电路甲可以实现“天暗自动开启，天明自动熄灭”的功能 B．电路乙可以实现“天暗自动开启，天明自动熄灭”的功能 C．电路甲中减小的电阻，可以使在光线更暗时自动开启 D．电路乙中光线变暗，三极管基极b处的电势将降低 14．某同学自制电子秤的原理如图所示：为滑动变阻器，其滑片P和托盘均与金属弹簧上端相连接，为限流电阻，用电压表的示数指示物体的质量。闭合开关S，托盘空载时，滑片P恰好位于变阻器的最上端，此时电压表示数为0。托盘质量、弹簧质量及其电阻均不计，不考虑滑片P移动时所受摩擦和电压表内阻的影响，电源电动势和内阻均不变。下列说法中正确的是(　　) A．电压表示数越小，说明所称物体质量越大 B．称量物体的质量越大，电路消耗的总功率越大 C．将电压表表盘改写为等质量间隔的电子秤表盘后，表盘右端刻度线更密 D．更换不同劲度系数的弹簧后，电子秤的量程不变 15．(2025·河北·高考真题)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中，利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。 ①闭合开关S，观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时，将欧姆表两表笔分别接到热敏电阻两端测量其阻值，这时开关S应 （填“断开”或“闭合”）。 ②按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻与温度t的关系分别对应图2中曲线。设计电路时，为防止用电器发生故障引起电流异常增大，导致个别电子元件温度过高而损坏，可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大，起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻 （填“”或“”）具有相同温度特性。 16．(2025·江西·高考真题)热敏电阻的阻值随温度的变化而改变，通过建立温度与热敏电阻两端电压的关系，可制作一简易的温度传感器，进而实现温度测量。如图（a）所示，为热敏电阻，为匹配电阻，电源电动势为E（内阻不计），数字电压表（内阻视为无穷大）用于测量热敏电阻两端的电压。 （1）由图（a）可得的表达式为 。 （2）已知某热敏电阻从升温到时，其阻值从单调减小到。为了合理配置的阻值，用电阻箱代替该热敏电阻进行实验。经数据处理得到不同值对应的关系图线，如图（b）所示，分析可知应选图线 对应的作为匹配电阻，可使在更宽范围内对变化的响应更灵敏。 （3）选定匹配电阻后，按图（a）连接电路，改变热敏电阻的温度T，测量其两端的电压，并尝试用二次多项式进行数据拟合，得到温度与的关系。 （4）用已标定的温度传感器进行实验，记录数据，如下表所示，其中T为测量温度，为标准温度，。表中绝对误差最大和最小的测量温度值T分别为 和 。除涉及元器件的精度和稳定性之外，分析该温度传感器测量误差的主要来源： 。 17．(2025·云南·高考真题)基于铂电阻阻值随温度变化的特性，某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下：型号铂电阻、电源E（电动势，内阻不计）、电流表（量程，内阻）、电流表（量程，内阻约）、定值电阻（阻值）、定值电阻（阻值）、开关S和导线若干。 查阅技术手册可知，型号铂电阻测温时的工作电流在之间，在范围内，铂电阻的阻值随温度t的变化视为线性关系，如图（a）所示。 完成下列填空： (1)由图（a）可知，在范围内，温度每升高，该铂电阻的阻值增加 ； (2)兴趣小组设计了如图（b）所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图，能准确测出铂电阻阻值的是 （填“甲”或“乙”），保护电阻R应选 （填“”或“”）； (3)用（2）问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时，某次测量读得示数为，示数如图（c）所示，该示数为 ，则所测温度为 （计算结果保留2位有效数字）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $