第十讲 传感器 讲义 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

粤教版（2019）选择性必修第二册复习讲义 第十讲 传感器 一．传感器 1.组成． →→ (1)敏感元件：直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量． (2)转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出． (3)转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量 二、传感器的种类 1.物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。 2.化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等化学传感器。 3.生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。 三、温度、光电传感器的原理 1.温度传感器的原理． (1)作用：将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量． (2)热敏电阻特性：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增加，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而下降． (3)应用：电饭煲、空调机、电热水器、微波炉等． 2.光电传感器的原理． (1)作用：利用敏感元件——光敏电阻，将光照强弱转换为电阻这一电学量． (2)光敏电阻特性：光敏电阻的阻值随光照的增强而减小． (3)应用：路灯光电自动开关电路和红外楼道照明开关电路 2、 传感器的应用 1.电熨斗． (1)构造(如图所示). (2)敏感元件：双金属片． (3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的受热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断． 2.电饭锅． (1)构造(如图所示). (2)敏感元件：感温铁氧体． (3)工作原理． ①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”． ②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开． 3.力传感器的应用——电子秤． (1)组成：由金属梁和应变片组成． (2)工作原理： ①如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大． ②如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小． 4.光传感器的应用——火灾报警器． (1)组成及敏感元件：由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，敏感元件为光电三极管． (2)工作原理： ⇨⇨⇨ 考点一：传感器定义及原理 例1.下列关于传感器元件说法正确的是（　　） A．如图甲、当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关作用 B．如图乙、是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变大 C．如图丙是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻变小 D．如图丁，当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越小 例2.为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其简化电路如图所示。其中为定值电阻，为烟感传感器（可等效为可变电阻），当环境中的烟雾浓度变化时，烟感传感器的电阻值会发生变化。a、b间为报警装置，当a、b两端的电压大于某一电压值时，报警装置将启动。下列说法正确的是（　　） A．当环境中的烟雾浓度升高时，a、b间的电压将减小 B．当环境中的烟雾浓度升高时，定值电阻两端电压将减小 C．当环境中的烟雾浓度升高时，电源的总功率增大 D．当环境中的烟雾浓度升高时，电源的效率减小 例3.光控继电器是一种利用光信号控制电路通断的半导体器件，其工作原理如图所示。它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当光照强度达到一定值时，形成的光电流被放大器放大后，电磁铁产生足够强的磁场吸引衔铁，从而达到控制电路通断的目的。已知“硬磁材料”一经磁化即能保持恒定磁性，而“软磁材料”则易于磁化，也易于退磁。对于这一控制电路，下列说法正确的是（　　） A．放大器左边的电路电流方向沿顺时针 B．光控继电器的电磁铁的铁芯应采用“硬磁材料” C．如果蓝光能使该继电器工作，那么黄光也一定能使其工作 D．用该光控继电器控制路灯工作时，白天电磁铁吸住衔铁接通电路 考点二：传感器的应用 例1.光电式火灾报警器的原理如图所示，红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上，光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比，其阻值随光强的增大而减小。闭合开关，当烟雾浓度达到一定值时，干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警，下列调节正确的是（　　） A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值 C．增大电源的电动势 D．减小干簧管上线圈的匝数 例2.某高速列车内部安装有多种类型的传感器，其中电容式加速度传感器原理如图所示，质量块套在光滑且平行于弹簧轴线的固定直杆上，质量块左、右侧分别连接电介质板和轻质弹簧，弹簧与电容器固定在列车内部，质量块可带动电介质板移动。列车静止时，电介质板的一部分位于电容器极板之间，运动过程中不完全移出电容器极板。已知电源的电动势不变，内阻忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．若电路中有电流，说明列车的加速度一定在发生变化 B．若电路中无电流，说明列车一定静止或做匀速直线运动 C．若电路中有顺时针方向电流，说明列车一定向右做匀加速直线运动 D．若电路中有逆时针方向电流，说明列车一定向右做匀加速直线运动 例3.图为分拣苹果的装置示意图。该装置按照一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果，托盘秤压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器上，已知压力越大，阻值越小。若两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上的弹力作用下处于水平状态，小苹果进入通道1；当两端的电压超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时大于一定标准质量的大苹果进入通道2。已知电源的电动势、内阻不计。下列说法正确的是（    ） A．托盘秤上的苹果质量越小，两端的电压越大 B．若只增大的阻值，则能进入通道2的苹果的标准质量变小 C．分拣苹果的质量标准与电动势大小无关 D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，则分拣苹果的质量标准将发生改变 巩固练习 一、单选题 1．某同学设计了一款调光装置，可调节窗户的透光率。设计原理图如图所示，其结构包括控制部分、自动控制模块P、光敏电阻Rc、偏振片M和N，驱动部分。用户可以通过调节电阻箱R的阻值来实现对室内照度（照度是描述光的强弱的物理量，单位为lx，光越强照度越大）的控制。当室内照度不满足用户需求时，自动控制模块P发出指令给驱动部分，驱动部分的电动机带动驱动轮转动，驱动轮带动偏振片N缓慢转动，从而实现对室内照度的控制。控制部分的电源电动势为E=12V，内阻不计，不同照度下光敏电阻Rc阻值如下表。现设定当自动控制模块P输入电压U≠4V时，系统会调节透光率，U=4V时不再调节。假设室外照度足够，则下列说法正确的是（　　） 照度lx 2196 1370 948 690 535 420 340 300 253 215 Rc/kΩ 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 A．两偏振片透振方向夹角为0°时透光性最差 B．若将室内照度由948lx调至690lx，需要增大电阻箱接入电路的阻值 C．当电阻箱阻值R=600Ω时，可实现室内照度控制为253lx D．电阻箱接入电路的阻值不变时，照度越大，光敏电阻两端的电压越大 2．图甲为某感温式火灾报警器，其简化电路如图乙所示。理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为定值电阻，滑动变阻器用于设定报警温度。当流过的电流大于设定临界值时就会触发报警。那么出现火情时（　　） A．副线圈两端电压会随着副线圈电路端温度的变化而变化 B．热敏电阻两端电压升高 C．原线圈输入功率变小 D．滑片下移一点可以降低报警温度 3．某种热敏电阻在环境温度升高时，电阻会迅速减小，将该热敏电阻接入如图所示的恒压电路中，闭合开关后，经过一段时间会观察到（　　） A．电压表V示数增大 B．电压表V示数减小 C．电流表A示数减小 D．电流表A示数不变 4．如图所示为某环境监控电路简图，R1、R2均为可变电阻，M、N两元件中有一个是光敏电阻，另一个是热敏电阻。已知热敏电阻阻值随温度升高而减小，光敏电阻阻值随光照增强而减小。忽略光照对环境温度的影响。报警器1两端电压大于某值时报警，报警器2上通过的电流大于某值时报警。闭合开关后，两报警器1、2均未报警。不计报警器对电路的影响。下列说法正确的是（　　） A．仅温度升高，若只有报警器1报警，则M为热敏电阻 B．仅光照增强，若只有报警器2报警，则N为光敏电阻 C．仅增大R1的阻值，报警器1、2可能都报警 D．仅增大R2的阻值，报警器1、2可能都报警 5．关于下列仪器的原理说法正确的是（　　） A．当电熨斗温度升高到设定温度时，双金属片下层的膨胀大于上层，从而断开触点，停止发热 B．电熨斗熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降 C．红外体温计是利用热敏电阻来测量体温的 D．当有烟雾进入火灾报警器时，由于烟雾颗粒对光的散射，光传感器将接收到光信号，从而触发火灾警报 6．如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95°C刻度线对齐，温度超过95°C，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．控制电路电源的正、负极对调后不会影响自动报警器工作 C．该液体温度计使用水银的主要原因是水银的密度很大 D．如果要降低报警温度，需要将金属丝往上提 二、多选题 7．智能洗衣机能根据衣物的重量自动投放洗衣液，如图为简化的部分工作电路图。已知电源A电动势为12V，内阻为1Ω，，电阻阻值随所受压力变化的关系式为（的单位为Ω，的单位为N）。当两端电压超过临界值3.6V时，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通对应的投放洗衣液工作电路。下列说法正确的是（　　） A．当衣物重量减小时，两端的电压增大 B．当衣物重量大于临界值时会接通工作电路2 C．当两端电压达到临界值时，压力为10N D．为了提高电压临界值，只需要增大的阻值 8．学校的劳动基地设计一个蔬菜冬季温室，其温控系统原理如图甲，控制电路的电源电压为6V，内阻不计。电阻箱的阻值调为，热敏电阻的阻值随温度的变化图像如图乙，导线电阻不计。当控制电路中的理想电流表示数达到30mA时，衔铁被吸下；当示数降低到25mA时，衔铁被弹回。已知工作电路中和为电热丝，室内温度变化平缓，下列说法正确的是（　　） A．环境温度升高，通过的电流变大，两端的电压变小 B．的发热功率比的发热功率大 C．该温控系统能控制的温度范围是 D．增大阻值，可降低温控的最小值 三、填空题 9．小明同学设计了如图甲所示的自动储水装置，当储水罐中水的质量少于设定值时通电打开水阀，向储水罐中补水。装置主要由控制电路和工作电路组成，控制电路中电源的电动势，内阻，继电器线圈电阻，此时电阻箱的阻值，控制电路的电流增大至时，继电器衔铁被吸下与接触，控制电路的电流小于时，继电器衔铁弹起与接触，压敏电阻的阻值随压力的变化如图乙所示，储水罐的质量，，则 (1)工作电路的端应与______接触（填“”或“”）； (2)该储水罐水量的设定值为______； (3)若需增大储水量的设定值，则需调______（填“大”或“小”）电阻箱的阻值。 四、实验题 10．光照强度简称照度，反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为勒克斯（）。为了控制蔬菜大棚内的照度，农技人员对大棚设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于某阈值时，启动照明系统进行补光。 (1)为了设定控制电路具体参数，需要获得不同照度下光敏电阻的阻值，现用如图乙所示的多用电表进行测量。步骤如下： ①机械调零后，选择开关拨至“”位置，红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的部件________（填“S”或“T”），直到指针停在表盘右端0刻度处。 ②用可调照度的灯照射光敏电阻。某次测量中，指针指示如图丙所示，则光敏电阻的阻值________，并用照度传感器记录此时的照度值。 ③改变照度多次重复步骤②，得到光敏电阻阻值与照度的对应关系，如表1所示。 表1  光敏电阻阻值与照度对应表 照度/ 65890 41570 30840 20760 16040 12070 10530 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 (2)图甲电路中，电源电动势，内阻不计。定值电阻，电阻箱的阻值调节范围是，光敏电阻的电压增加到时，照明系统开始工作。现大棚内拟种植叶菜类蔬菜，农技人员设置照度阈值，当照度降低到时开始补光，电阻箱的阻值应调为________。 (3)当大棚内种植果菜类蔬菜时，需提高照度阈值，需要________（填“增大”或“减小”）电阻箱的阻值。 11．随着人们生活水平的不断提高，大家开始注重健康管理，体重计走进千家万户。某科技小组同学利用所学知识做了一台简易体重计，其电路图如图甲所示。已知电源两端电压恒为12V，定值电阻R0=10Ω，RS为压敏电阻，其阻值与所受到的压力关系如图乙所示，理想电流表量程为0~0.6A，不计导线的电阻，不计踏板重力，g取10N/kg。 (1)测量的体重越大，电流表示数越___________（填“大”或“小”）。 (2)该体重计所能测量的最大质量为___________kg。 (3)若想通过仅改变R0使体重计的量程增大，应选用阻值适当___________ （填“大”或“小”）的定值电阻。 12．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 粤教版（2019）选择性必修第二册复习讲义 第十讲 传感器 一．传感器 1.组成． →→ (1)敏感元件：直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量． (2)转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出． (3)转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量 二、传感器的种类 1.物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。 2.化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等化学传感器。 3.生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。 三、温度、光电传感器的原理 1.温度传感器的原理． (1)作用：将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量． (2)热敏电阻特性：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增加，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而下降． (3)应用：电饭煲、空调机、电热水器、微波炉等． 2.光电传感器的原理． (1)作用：利用敏感元件——光敏电阻，将光照强弱转换为电阻这一电学量． (2)光敏电阻特性：光敏电阻的阻值随光照的增强而减小． (3)应用：路灯光电自动开关电路和红外楼道照明开关电路 2、 传感器的应用 1.电熨斗． (1)构造(如图所示). (2)敏感元件：双金属片． (3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的受热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断． 2.电饭锅． (1)构造(如图所示). (2)敏感元件：感温铁氧体． (3)工作原理． ①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”． ②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开． 3.力传感器的应用——电子秤． (1)组成：由金属梁和应变片组成． (2)工作原理： ①如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大． ②如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小． 4.光传感器的应用——火灾报警器． (1)组成及敏感元件：由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，敏感元件为光电三极管． (2)工作原理： ⇨⇨⇨ 考点一：传感器定义及原理 例1.下列关于传感器元件说法正确的是（　　） A．如图甲、当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关作用 B．如图乙、是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变大 C．如图丙是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻变小 D．如图丁，当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越小 【答案】AC 【详解】A．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化接通，当磁体远离干簧管时，两个簧片因失去磁性而分开，起到开关的作用，A正确； B．当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入的长度变小，线圈自感系数变小，B错误； C．光敏电阻当光照变强时，电阻变小，C正确； D．当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，D错误。 故选AC。 例2.为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其简化电路如图所示。其中为定值电阻，为烟感传感器（可等效为可变电阻），当环境中的烟雾浓度变化时，烟感传感器的电阻值会发生变化。a、b间为报警装置，当a、b两端的电压大于某一电压值时，报警装置将启动。下列说法正确的是（　　） A．当环境中的烟雾浓度升高时，a、b间的电压将减小 B．当环境中的烟雾浓度升高时，定值电阻两端电压将减小 C．当环境中的烟雾浓度升高时，电源的总功率增大 D．当环境中的烟雾浓度升高时，电源的效率减小 【答案】B 【详解】A．、间为报警装置，当、两端的电压大于某一电压值时，报警装置将启动，所以当环境中的烟雾浓度升高时，、间的电压将增大，故A错误。 B．当环境中的烟雾浓度升高时，、间的电压将增大，电源电动势不变，根据串联电路分压规律可知，定值电阻两端电压将减小，故B正确。 C．当环境中的烟雾浓度升高时，、间的电压将增大，即、间的电阻增大，即干路总电阻增大，根据功率，可知电源总功率减小，故C错误。 D．由题意可得电源的效率 即，由于增大，所以电源的效率增大，故D错误。 故选B。 例3.光控继电器是一种利用光信号控制电路通断的半导体器件，其工作原理如图所示。它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当光照强度达到一定值时，形成的光电流被放大器放大后，电磁铁产生足够强的磁场吸引衔铁，从而达到控制电路通断的目的。已知“硬磁材料”一经磁化即能保持恒定磁性，而“软磁材料”则易于磁化，也易于退磁。对于这一控制电路，下列说法正确的是（　　） A．放大器左边的电路电流方向沿顺时针 B．光控继电器的电磁铁的铁芯应采用“硬磁材料” C．如果蓝光能使该继电器工作，那么黄光也一定能使其工作 D．用该光控继电器控制路灯工作时，白天电磁铁吸住衔铁接通电路 【答案】A 【详解】A．当光电管工作时，光照射阴极打出的电子向阳极运动形成光电流，电流方向与电子运动方向相反，所以放大器左边的电路电流方向沿顺时针，A正确。 B．电磁铁通过电流控制磁场变化，铁芯应采用“软磁材料”，B错误； C．黄光频率比蓝光低，蓝光照射时，光电管阴极能发生光电效应，改用黄光照射时就不一定能发生光电效应，C错误； D．路灯白天断开，晚上工作时，所以控制器白天电磁铁吸住衔铁时应断开电路，D错误。 故选A。 考点二：传感器的应用 例1.光电式火灾报警器的原理如图所示，红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上，光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比，其阻值随光强的增大而减小。闭合开关，当烟雾浓度达到一定值时，干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警，下列调节正确的是（　　） A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值 C．增大电源的电动势 D．减小干簧管上线圈的匝数 【答案】B 【详解】A．增大电阻箱的阻值，则红外光源发出的红外线强度减小，若烟雾浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低，阻值变大，则干簧管的电流减小，则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通，触发蜂鸣器不能报警，故A错误； B. 若烟雾浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低，阻值变大，若再减小电阻箱的阻值，则干簧管的电流增大，则干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警，故B正确； C．增大电源的电动势，对干簧管的通断无影响，故C错误； D．减小干簧管上线圈的匝数，干簧管中产生磁场强度减弱，则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通，蜂鸣器不报警，故D错误。 故选B。 例2.某高速列车内部安装有多种类型的传感器，其中电容式加速度传感器原理如图所示，质量块套在光滑且平行于弹簧轴线的固定直杆上，质量块左、右侧分别连接电介质板和轻质弹簧，弹簧与电容器固定在列车内部，质量块可带动电介质板移动。列车静止时，电介质板的一部分位于电容器极板之间，运动过程中不完全移出电容器极板。已知电源的电动势不变，内阻忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．若电路中有电流，说明列车的加速度一定在发生变化 B．若电路中无电流，说明列车一定静止或做匀速直线运动 C．若电路中有顺时针方向电流，说明列车一定向右做匀加速直线运动 D．若电路中有逆时针方向电流，说明列车一定向右做匀加速直线运动 【答案】A 【详解】A．若电路中有电流，说明电容器进行充电或放电，则电容器电容变化，可知，电介质板插入电容器的长度变化，则弹簧的形变量变化，质量块的加速度变化，则列车的加速度一定在发生变化，故A正确； B．若电路中无电流，说明电容器电容不变，可知电介质板插入电容器的长度不变，即质量块的加速度不变，则列车可能静止、可能做匀速直线运动、可能做匀变速直线运动，故B错误； C．若电路中有顺时针方向电流，说明电容充电，则电容器电容变大，可知电介质板插入电容器的长度变长，则弹簧的形变量变化，质量块的加速度变化，列车不可能做匀变速直线运动，故C错误； D．若电路中有逆时针方向电流，说明电容放电，则电容器电容变小，可知电介质板插入电容器的长度变短，则弹簧的形变量变化，质量块的加速度变化，列车不可能做匀变速直线运动，故D错误。 故选A。 例3.图为分拣苹果的装置示意图。该装置按照一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果，托盘秤压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器上，已知压力越大，阻值越小。若两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上的弹力作用下处于水平状态，小苹果进入通道1；当两端的电压超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时大于一定标准质量的大苹果进入通道2。已知电源的电动势、内阻不计。下列说法正确的是（    ） A．托盘秤上的苹果质量越小，两端的电压越大 B．若只增大的阻值，则能进入通道2的苹果的标准质量变小 C．分拣苹果的质量标准与电动势大小无关 D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，则分拣苹果的质量标准将发生改变 【答案】B 【详解】A．托盘秤上的苹果质量越小，则压力越小，阻值越大，电路电流越小，两端的电压越小，故A错误； B．当两端的电压超过某一值U时，可使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此时大于一定标准质量的大苹果进入通道2。若只增大的阻值，则两端电压达到临界值U时对应的增大，对应的压力减小，则能进入通道2的苹果的标准质量变小，故B正确； C．根据串联规律可知分到的电压为 可知两端电压达到临界值U时对应的与电动势大小有关，所以分拣苹果的质量标准与电动势大小有关，故C错误； D．若仅改变电磁铁线圈的绕向，对电路电流大小没有影响，不改变电路电阻的比例关系，所以分拣苹果的质量标准不发生改变，故D错误。 故选B。 巩固练习 一、单选题 1．某同学设计了一款调光装置，可调节窗户的透光率。设计原理图如图所示，其结构包括控制部分、自动控制模块P、光敏电阻Rc、偏振片M和N，驱动部分。用户可以通过调节电阻箱R的阻值来实现对室内照度（照度是描述光的强弱的物理量，单位为lx，光越强照度越大）的控制。当室内照度不满足用户需求时，自动控制模块P发出指令给驱动部分，驱动部分的电动机带动驱动轮转动，驱动轮带动偏振片N缓慢转动，从而实现对室内照度的控制。控制部分的电源电动势为E=12V，内阻不计，不同照度下光敏电阻Rc阻值如下表。现设定当自动控制模块P输入电压U≠4V时，系统会调节透光率，U=4V时不再调节。假设室外照度足够，则下列说法正确的是（　　） 照度lx 2196 1370 948 690 535 420 340 300 253 215 Rc/kΩ 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 A．两偏振片透振方向夹角为0°时透光性最差 B．若将室内照度由948lx调至690lx，需要增大电阻箱接入电路的阻值 C．当电阻箱阻值R=600Ω时，可实现室内照度控制为253lx D．电阻箱接入电路的阻值不变时，照度越大，光敏电阻两端的电压越大 【答案】B 【详解】A．根据光的偏振原理可知，两偏振片透振方向夹角为90°时透光性最差，故A错误； B．根据欧姆定律可得 由表中信息可知，若将室内照度由948lx调至690lx，则光敏电阻阻值Rc变大，需要增大电阻箱接入电路的阻值R，故B正确； C．根据可知，当电阻箱阻值R=600Ω时，有 解得 根据表中信息可知，此时室内照度不等于253lx，故C错误； D．根据可知，电阻箱接入电路的阻值不变时，照度越大，光敏电阻阻值越小，两端的电压越小，故D错误。 故选B。 2．图甲为某感温式火灾报警器，其简化电路如图乙所示。理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为定值电阻，滑动变阻器用于设定报警温度。当流过的电流大于设定临界值时就会触发报警。那么出现火情时（　　） A．副线圈两端电压会随着副线圈电路端温度的变化而变化 B．热敏电阻两端电压升高 C．原线圈输入功率变小 D．滑片下移一点可以降低报警温度 【答案】D 【详解】A．理想变压器副线圈电压由原线圈电压和匝数比决定，原线圈输入电压不变、匝数比不变，因此副线圈两端电压恒定不变，故A错误； B．出现火情时温度升高，热敏电阻阻值减小，副线圈总电阻减小，总电流增大。定值电阻和滑动变阻器​的总电压随增大而升高，因此​两端电压减小，故B错误； C．原线圈输入功率等于副线圈输出功率，总电阻减小、不变，因此输出功率增大，原线圈输入功率也增大，故C错误； D．降低报警温度，即温度更低、​更大时就能触发报警。滑片下移后，接入电路的阻值减小，因此更大时，即温度更低时就能让电流达到临界触发报警，降低了报警温度，故D正确。 故选D。 3．某种热敏电阻在环境温度升高时，电阻会迅速减小，将该热敏电阻接入如图所示的恒压电路中，闭合开关后，经过一段时间会观察到（　　） A．电压表V示数增大 B．电压表V示数减小 C．电流表A示数减小 D．电流表A示数不变 【答案】B 【详解】CD．由题知，电压U恒定不变，闭合开关后，由于电流的热效应，热敏电阻的温度升高，其阻值减小，故电路的总电阻减小，根据 可知总电流I增大，故电流表A示数增大，故CD错误； AB．根据 可知流过电阻支路的电流不变；根据 可知流过支路的电流增大；根据 可知两端的电压增大；根据 可知减小，故电压表V示数减小，故A错误，B正确。 故选B。 4．如图所示为某环境监控电路简图，R1、R2均为可变电阻，M、N两元件中有一个是光敏电阻，另一个是热敏电阻。已知热敏电阻阻值随温度升高而减小，光敏电阻阻值随光照增强而减小。忽略光照对环境温度的影响。报警器1两端电压大于某值时报警，报警器2上通过的电流大于某值时报警。闭合开关后，两报警器1、2均未报警。不计报警器对电路的影响。下列说法正确的是（　　） A．仅温度升高，若只有报警器1报警，则M为热敏电阻 B．仅光照增强，若只有报警器2报警，则N为光敏电阻 C．仅增大R1的阻值，报警器1、2可能都报警 D．仅增大R2的阻值，报警器1、2可能都报警 【答案】D 【详解】A．若M为热敏电阻，仅温度升高时，热敏电阻阻值减小，并联部分总电阻减小，干路电流增大，根据闭合电路的欧姆定律 可知并联部分电压减小，元件N所在支路电流减小，报警器1两端电压减小，不会报警；而报警器2所在支路电流增大，报警器2可能报警，故A错误； B．若N为光敏电阻，仅光照增强时，光敏电阻阻值减小，并联部分总电阻减小，干路电流增大，根据闭合电路的欧姆定律 可知并联部分电压减小，报警器2所在支路电流减小，不会报警；而元件N所在支路电流增大，报警器1两端电压增大，可能报警，故B错误； C．仅增大R1的阻值，电路总电阻增大，干路电流减小，根据闭合电路的欧姆定律 可知并联部分电压减小，报警器2所在支路电流和报警器1两端电压都减小，不会报警，故C错误； D．仅增大R2的阻值，则并联部分总电阻增大，干路电流减小，根据闭合电路的欧姆定律 可知并联部分电压会增大，报警器2所在支路电流增大，报警器2可能报警；因干路电流减小，由上述分析可知元件N所在支路电流减小，元件N上的分压减小，报警器1上的电压增大，报警器1可能报警，故D正确。 故选D。 5．关于下列仪器的原理说法正确的是（　　） A．当电熨斗温度升高到设定温度时，双金属片下层的膨胀大于上层，从而断开触点，停止发热 B．电熨斗熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降 C．红外体温计是利用热敏电阻来测量体温的 D．当有烟雾进入火灾报警器时，由于烟雾颗粒对光的散射，光传感器将接收到光信号，从而触发火灾警报 【答案】D 【详解】A．当电熨斗温度升高时，双金属片受热膨胀向下弯曲断开触点，是因为上层的膨胀大于下层，导致金属片向下弯曲，故A错误； B．电熨斗熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这时应该让双金属片随着温度升高向下弯曲时更容易使触点断开，则调节调温旋钮时应该将调温旋钮升高，故B错误； C．红外体温计是通过红外热电堆式温度传感器接收到人体表面发出的红外能量后，将红外能量转换成电信号，高精度放大器再把电信号进行放大处理，通过模数转换变为数字信号，再使用单片机通过算法程序补偿修正、参数校准等工作，从而输出较高精度温度值，故C错误； D．当有烟雾进入火灾报警器时，由于烟雾颗粒对光的散射，光电三极管将接收到光信号，从而触发火灾警报，故D正确。 故选D。 6．如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95°C刻度线对齐，温度超过95°C，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．控制电路电源的正、负极对调后不会影响自动报警器工作 C．该液体温度计使用水银的主要原因是水银的密度很大 D．如果要降低报警温度，需要将金属丝往上提 【答案】B 【详解】A．电磁铁的南北极由线圈的绕向和电流方向共同决定，电流由正极流向负极，根据电流流向可判断上端为N极，故A错误； B．此控制电路只需使电磁铁通电以带动触点，调换电源的正负极仅改变电磁铁两端的极性，不影响其吸合功能，故B正确； C．液体温度计采用水银的主要原因是水银导电，密度并非选用水银的主要依据，故C错误； D．若要降低报警温度，应使水银更早接触金属丝，需将金属丝适当下移而非上提，故D错误。 故选B。 二、多选题 7．智能洗衣机能根据衣物的重量自动投放洗衣液，如图为简化的部分工作电路图。已知电源A电动势为12V，内阻为1Ω，，电阻阻值随所受压力变化的关系式为（的单位为Ω，的单位为N）。当两端电压超过临界值3.6V时，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通对应的投放洗衣液工作电路。下列说法正确的是（　　） A．当衣物重量减小时，两端的电压增大 B．当衣物重量大于临界值时会接通工作电路2 C．当两端电压达到临界值时，压力为10N D．为了提高电压临界值，只需要增大的阻值 【答案】BC 【详解】A．根据题意可知，当衣物重量减小时，电阻阻值增大，干路电流减小，则两端的电压减小，故A错误； B．根据题意结合A分析可知，当衣物重量大于临界值时，两端的电压增大到临界值，使控制电路接通，电磁铁吸动衔铁，接通工作电路2，故B正确； C．当两端电压达到临界值时，即两端电压为，则干路电流 代入数据解得 由电阻阻值随所受压力变化的关系式为可得，此时，故C正确； D．根据题意可知，增大的阻值，不会改变电压临界值，只会改变达到临界值时衣物的重量，故D错误。 故选BC。 8．学校的劳动基地设计一个蔬菜冬季温室，其温控系统原理如图甲，控制电路的电源电压为6V，内阻不计。电阻箱的阻值调为，热敏电阻的阻值随温度的变化图像如图乙，导线电阻不计。当控制电路中的理想电流表示数达到30mA时，衔铁被吸下；当示数降低到25mA时，衔铁被弹回。已知工作电路中和为电热丝，室内温度变化平缓，下列说法正确的是（　　） A．环境温度升高，通过的电流变大，两端的电压变小 B．的发热功率比的发热功率大 C．该温控系统能控制的温度范围是 D．增大阻值，可降低温控的最小值 【答案】AB 【详解】A．当环境温度升高时，电阻的阻值减小，总阻值减小，根据闭合电路的规律可知总电流变大，通过的电流变大，两端的电压变小，故A正确； B．根据题意，衔铁被吸下后，控制电路电流减小，说明电阻的阻值增大，室内温度降低，可知相同时间内的发热量小于的发热量，的发热功率小于的发热功率，故B正确； C．控制电路中的电流达到30mA时，根据闭合电路的规律，有 解得 由图乙可知对应的温度为。 当控制电路中的电流降低到25mA时，根据闭合电路的规律，有 解得 由图乙可知对应的温度为。 所以温度控制范围是，故C错误； D．增大，当电流值时，的阻值变小，对应的温度值升高，故D错误。 故选AB。 三、填空题 9．小明同学设计了如图甲所示的自动储水装置，当储水罐中水的质量少于设定值时通电打开水阀，向储水罐中补水。装置主要由控制电路和工作电路组成，控制电路中电源的电动势，内阻，继电器线圈电阻，此时电阻箱的阻值，控制电路的电流增大至时，继电器衔铁被吸下与接触，控制电路的电流小于时，继电器衔铁弹起与接触，压敏电阻的阻值随压力的变化如图乙所示，储水罐的质量，，则 (1)工作电路的端应与______接触（填“”或“”）； (2)该储水罐水量的设定值为______； (3)若需增大储水量的设定值，则需调______（填“大”或“小”）电阻箱的阻值。 【答案】(1) (2)29 (3)大 【详解】（1）水量增大时，压力增大，压敏电阻的阻值减小，电路中的电流增大，衔铁被吸下与接触，此时工作电路要断路，因此端应与连接。 （2）当控制电路电流为时，由 代入数据，可得 由图乙可知， 解得 （3）增大储水量的设定值，压力增大，压敏电阻的阻值减小，电流不变，因此电阻箱的阻值应调大。 四、实验题 10．光照强度简称照度，反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为勒克斯（）。为了控制蔬菜大棚内的照度，农技人员对大棚设计了图甲所示的智能光控电路，当照度低于某阈值时，启动照明系统进行补光。 (1)为了设定控制电路具体参数，需要获得不同照度下光敏电阻的阻值，现用如图乙所示的多用电表进行测量。步骤如下： ①机械调零后，选择开关拨至“”位置，红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的部件________（填“S”或“T”），直到指针停在表盘右端0刻度处。 ②用可调照度的灯照射光敏电阻。某次测量中，指针指示如图丙所示，则光敏电阻的阻值________，并用照度传感器记录此时的照度值。 ③改变照度多次重复步骤②，得到光敏电阻阻值与照度的对应关系，如表1所示。 表1  光敏电阻阻值与照度对应表 照度/ 65890 41570 30840 20760 16040 12070 10530 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 (2)图甲电路中，电源电动势，内阻不计。定值电阻，电阻箱的阻值调节范围是，光敏电阻的电压增加到时，照明系统开始工作。现大棚内拟种植叶菜类蔬菜，农技人员设置照度阈值，当照度降低到时开始补光，电阻箱的阻值应调为________。 (3)当大棚内种植果菜类蔬菜时，需提高照度阈值，需要________（填“增大”或“减小”）电阻箱的阻值。 【答案】(1) T /800.0 (2)1700 (3)减小 【详解】（1）[1]选择倍率后，需要将红黑表笔短接，然后调节多用电表面板上的欧姆调零旋钮T进行欧姆调零； [2]多用电表的读数为 （2）由表1可知，当照度时， 电流 根据欧姆定律，电阻箱接入的阻值 （3）由表1可知，光敏电阻阻值随照度的增大而减小。提高照度，光敏电阻减小，在电路中分得的电压减小，为了分得和没有提高照度阈值前相同的电压，需要提高其阻值在总电阻中的占比，因此需要减小电阻箱的阻值。 11．随着人们生活水平的不断提高，大家开始注重健康管理，体重计走进千家万户。某科技小组同学利用所学知识做了一台简易体重计，其电路图如图甲所示。已知电源两端电压恒为12V，定值电阻R0=10Ω，RS为压敏电阻，其阻值与所受到的压力关系如图乙所示，理想电流表量程为0~0.6A，不计导线的电阻，不计踏板重力，g取10N/kg。 (1)测量的体重越大，电流表示数越___________（填“大”或“小”）。 (2)该体重计所能测量的最大质量为___________kg。 (3)若想通过仅改变R0使体重计的量程增大，应选用阻值适当___________ （填“大”或“小”）的定值电阻。 【答案】(1)大 (2)120 (3)大 【知识点】闭合电路欧姆定律的内容及公式、压（拉）力传感器 【详解】（1）测量的体重越大，对压敏电阻的压力越大，则压敏电阻的阻值越小，电路的总电阻越小，则总电流越大，即电流表示数越大。 （2）当电路的电流为0.6A时最大，则 解得，此时F=1200N 则所能测量的最大质量为120kg。 （3）根据因最大电流I和电动势E一定，若想通过仅改变R0使体重计的量程增大，则要减小RS,则应选用阻值适当大的定值电阻R0。 12．热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（简称PTC电阻）和负温度系数热敏电阻（简称NTC电阻），前者的阻值随温度的升高而增大，后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示，两图中R1、R2均为热敏电阻。 (1) R1应为________，应为________。在汽车电路中，常将热敏电阻与其他元件串联接入电路，以防止其他元件两端的电压过大，从而保护电路和设备，则该热敏电阻为________。（均填“PTC电阻”或“NTC电阻”） (2)在图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，应将图中滑动变阻器滑片向________（填“左”或“右”）移动少许。 【答案】(1) NTC电阻 PTC电阻 PTC电阻 (2)右 【详解】（1）[1]恒温箱温控电路应确保加热器加热后，温度升高至某温度时继电器中电流达到临界值使得衔铁被吸下，加热电路断开，即温度升高，温控电路中电流增大，因此R1应为NTC电阻。 [2][3]高温报警装置电路则相反，在温度较低时衔铁被吸下，温度升高至某临界温度时衔铁被释放，蜂鸣器所在电路接通，因此继电器所在电路中的电流应随温度的升高而减小，应为PTC电阻。同理，为防止其他元件两端的电压过大即电流过大，应选择阻值随温度升高而增大的热敏电阻即PTC电阻接入汽车电路。 （2）在题图乙中，若要让蜂鸣器在更低温度时响起，即PTC电阻的阻值更小时衔铁被释放，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，应将滑片向右移动少许。 14 学科网（北京）股份有限公司 $