1. 认识传感器（举一反三讲义）物理人教版选择性必修第二册

第1节 认识传感器 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：神奇的传感器 2 知识点2：传感器的种类 4 知识点3：传感器的组成与应用模式 5 【巩固训练】 8 【学习目标】 1． 感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置，知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。 2． 了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式。 3． 知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。 重点： 1． 理解传感器的基本组成和应用的一般模式。 难点： 1． 理解传感器的基本组成和应用的一般模式。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：神奇的传感器 1．干簧管： （1）原理：磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互__________而接通。 （2）作用：__________到电路中，起__________的作用。将__________信号转变为电信号。 2．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照__________转换为便于传送和处理的可用信号输出的器件或装置。 →通常转换成的可用信号是电压、电流等__________，或转换为电路的__________。 →把__________转换为__________，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 【例1】小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。盒内的传感器元件应是（　　） A．干簧管 B．应变片 C．光敏电阻 D．热敏电阻 【变式1】（多选题）下列说法正确的是（　　） A．甲图中，柔软的弹簧悬挂后下端刚好跟槽中的水银接触，通电后会上下振动 B．乙图是调谐器，它的作用是把信号加载到高频电磁波上并有效地发射出去 C．丙图中，闭合开关待稳定，当断开开关瞬间，线圈中电流向右，灯泡中电流向左 D．丁图中，当磁体靠近干簧管时，干簧管的作用是把电信号转化为磁信号 【变式2】2023年6月20日消息，科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。关于传感器，下列说法正确的是（　　） A．激光传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量 B．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制 C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量，干簧管是一种能够感知电场的传感器 D．传感器主要是通过感知电压的变化或感知电流的变化来传递信号 【变式3】“干簧管”是常见的传感器，如图所示，电流表、电压表为理想电表。闭合开关S，待电路稳定。移去磁体，与移去前相比较，下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数变小，电压表的示数变大 B．电阻的功率变小 C．电源的输出功率一定变大 D．电源的效率变低 知识点2：传感器的种类 （1）物理类：利用物质的__________或__________制作而成，占传感器中的大多数，种类最多，应用领域也最广泛。例：力传感器，磁传感器，声传感器…… （2）化学类：利用____________________，把无机或有机化学物质的__________、__________等转换为电信号。例：离子传感器，气体传感器…… （3）生物类：利用生物活性物质的__________来识别和测定生物化学物质。例：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器…… （4）各种传感器原理各异，分类方法也不同。 ①根据__________的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。 ②根据具体__________的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。 【例2】居民楼的楼道照明电灯常安装自动控制开关，“只要拍拍手电灯就亮”。这种开关用到的传感器是（　　） A．湿度传感器 B．气体传感器 C．温度传感器 D．声音传感器 【变式1】传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器，每个键内部电路如图甲所示。每个键下面都有由相互平行的活动金属片和固定金属片组成的平行板电容器，两金属片间有空气间隙。如图乙，在按键的过程中，下列说法正确的是（　　） A．计算机键盘使用的是光传感器 B．电容器的电容和电荷量Q均减小 C．图甲中电流从M流向N D．电容器极板间的电场强度变大 【变式2】下列关于传感器说法中不正确的是（　　） A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把电信号转换为力信号 C．金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以做温度传感器 D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 【变式3】传感器在我们生活和科技中应用非常广泛，下列传感器元件能够将力学量转换为电学量的是（　　） 霍尔元件 光电计数器 干簧管 电阻应变片 A． B． C． D． 知识点3：传感器的组成与应用模式 1．基本结构：__________、__________ （1）敏感元件：基本功能是__________，能直接感受或相应外界被测__________的部分。 （2）转换元件：基本功能是__________，能将敏感元件输出的信号直接转换成__________的部分。 注意：有一些传感器的敏感元件和转换元件不能明显地区分，是二者合一的。例如，热电偶、压电晶体…… （3）信号调整与转换电路：把经敏感元件和转换元件作用后输出的电信号__________或__________。 2．应用模式： 3．话筒： 话筒是一种能够将__________信号转换为__________信号的传感器。话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜片后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与__________的关系来工作。 声波使振动膜片发生振动，振动膜片作为__________，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于__________，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生__________，加载在电阻R两端的__________也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的__________信号，用于显示、记录等。 【例3】如图为电容式话筒的原理图，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为电容器两金属极板。人对着P说话，P振动而Q不动。在P、Q间距离减小的过程中（　　） A．电容器的电容减小 B．Q极板的带电量变大 C．电容器两极板间电压增大 D．R中有从M流向N的电流 【变式1】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 【变式2】为响应国家严禁在公共场所吸烟的号召，小硕同学设计了一种烟雾报警装置，其工作原理电路图如图-1所示，电源电压恒为12V，为定值电阻，阻值为，A为理想电流表，为烟雾传感器，它的阻值与空气中烟雾浓度的关系如图-2所示，当空气中烟雾浓度达到15%时，电路发出警报。下列说法不正确的是（　　） A．空气中烟雾浓度升高，电流表示数变大 B．电流表示数为0.1A时，电路发出警报 C．当烟雾浓度为10%时，的功率约为2.7W D．若需要降低烟雾报警的最低浓度，可以将换成阻值更小的定值电阻 【变式3】如图所示是一种可测量油箱内油面高度的装置，是定值电阻，滑动变阻器R的金属滑片是杠杆的一端，通过油量表（由电表改装而成）的示数变化可以反映油面的高度变化。关于此装置，下列说法正确的是（　　） A．油量表是由电压表改装而成的 B．当油面高度升高时，滑动变阻器R接入电路的阻值变大 C．当油面高度降低时，油量表的示数减小 D．当油面高度降低到最低时，油量表的示数为零 【巩固训练】 1．（多选题）以下说法正确的是（　　） A．电磁波谱按波长从长到短排序为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流最小 C．干簧管是一种常见的传感器（如图甲），其原理是电磁感应 D．图乙中，当储罐中不导电液面高度升高时，LC回路中振荡电流频率将变小 2．（多选题）手机的计步功能通过“震动探测器”实现。其主要原理可简化为如图所示，M、N两极板组成电容式加速度传感器，其中极板固定，极板连接微弹簧。当手机的加速度变化时，极板可以按图中标识的“前后”方向微幅运动。其中为电源，为电流表，为定值电阻。下列描述正确的是（　　） A．静止时，极板带负电，电流表示数为零 B．由静止突然向前加速时，电容器的电容减小 C．由静止突然向前加速时，电流由向流过电流表 D．保持向前匀减速运动时，M、N极板间的电场强度均匀减小 3．（多选题）如图甲为风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的左端固定，右端与导电的迎风板相连，并套在水平放置的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆垂直且接触良好，并能自由滑动。电压传感器一侧与迎风板连接，另一侧与金属杆左端相连。电压传感器示数U与风速v的关系如图乙所示，已知纵截距为b，斜率为k，电源电动势为E，内阻为r，保护电阻为R，不计摩擦和迎风板的电阻，则（　　） A．风速越大，回路电流越大 B．风速越小，金属杆接入回路的电阻越小 C．无风时，金属杆接入回路的电阻为 D．风速为v时，流过电阻R的电流为 4．（多选题）某烟雾报警器简易原理图如图所示，M为烟雾传感器，其阻值随着烟雾浓度的增大而减小，为定值电阻，滑动变阻器R的滑片P调整至合适位置，电源两端电压恒定不变，电表均为理想电表。当烟雾浓度增大到一定程度时，电表读数增大导致指针偏转到某区域，从而触发报警。下列说法正确的是（　　） A．触发报警的电表应为电流表 B．触发报警的电表应为电压表 C．若将滑片P向右移动少许，烟雾浓度需更大才能触发报警 D．若将滑片P向左移动少许，烟雾浓度需更大才能触发报警 5．（多选题）为响应国家严禁在公共场所吸烟的号召，小硕同学设计了一种烟雾报警装置，其工作原理电路图如图-1所示，电源电压恒为12V，内阻不计，为定值电阻，阻值为30Ω，为烟雾传感器，它的阻值与空气中烟雾浓度的关系如图-2所示，当空气中烟雾浓度达到15%时，电路发出警报。下列说法不正确的是（　　） A．电流表示数为0.2A时，电路发出警报 B．当烟雾浓度为10%时，的功率为2.7W C．空气中烟雾浓度升高，电流表示数变小 D．若需要降低烟雾报警的最低浓度，可以将换成阻值更小的电阻 6．（多选题）如图所示为加速度计，滑块可以在光滑的框架中平移，两侧用相同的轻弹簧拉着。R为阻值随滑动距离均匀变化的滑动变阻器，两个电池完全相同。加速度为零时，电压表指针的零点位于表盘中央，当端的电势高于端时，指针向零点右侧偏转。下列说法正确的是（　　） A．加速度为零时，两弹簧一定处于原长 B．电压表的指针向零点右侧偏转表示加速度向左 C．若仅滑块质量变为2倍，则量程变为原来的2倍 D．若仅弹簧的劲度系数变为2倍，则量程变为原来的2倍 7．（多选题）利用磁铁和干簧管，设计一个门开报警装置：门的上沿嵌入一小块永磁体，门框内与永磁体相对的位置嵌入常开型千簧管（磁体靠近时才闭合），并将干簧管接入报警电路。当门被打开时，指示灯亮；当门紧闭时，指示灯灭。下图中H为干簧管，为指示灯，为定值电阻。A、B图中矩形虚线框J为电磁继电器；C、D图中圆形实线框VT为三极管，具有断路和接通的开关作用（当be间的电压较小时，三极管ce处于阻断状态；当be间的电压足够大时，三极管将被导通有沿ce方向的电流）。其中符合题意的电路设计是（　　） A． B． C． D． 8．（多选题）电熨斗构造示意图如图所示，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，以下说法正确的是（　　） A．双金属片的作用是控制电路的通断 B．常温下，电熨斗的上下触点是分开的 C．当温度过高时，双金属片向上弯曲 D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋 9．（多选题）科学家研究发现，磁敏电阻（GMR）的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而减小，如图所示电路中，GMR为一磁敏电阻，R、R2为滑动变阻器，R1、R3为定值电阻，磁敏电阻所在电路的电源电动势为E、内阻为r（r<R1）。当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。则（　　） A．只调节电阻R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率变小 B．只调节电阻R，当P1向右端移动时，磁敏电阻所在电路电源的输出功率变大 C．只调节电阻R，当P1向左端移动时，电容器中的带电微粒向下运动 D．只调节电阻R2，当P2向下端移动时，磁敏电阻消耗的电功率变小 10．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。 （1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小和方向？ （2）求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a大小关系的表达式？ 2 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 认识传感器 【目录】 【学习目标】 1 【思维导图】 1 【知识梳理】 2 知识点1：神奇的传感器 2 知识点2：传感器的种类 5 知识点3：传感器的组成与应用模式 8 【巩固训练】 12 【学习目标】 1． 感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置，知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。 2． 了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式。 3． 知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。 重点： 1． 理解传感器的基本组成和应用的一般模式。 难点： 1． 理解传感器的基本组成和应用的一般模式。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：神奇的传感器 1．干簧管： （1）原理：磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通。 （2）作用：串联到电路中，起开关的作用。将磁信号转变为电信号。 2．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出的器件或装置。 →通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 →把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 【例1】小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。盒内的传感器元件应是（　　） A．干簧管 B．应变片 C．光敏电阻 D．热敏电阻 【答案】A 【详解】盒内的传感器元件应是干簧管；把磁体B放到盒子上面，干簧管的两个簧片被磁化而接通，灯泡会发光；把磁体移走，干簧管的两个簧片分开，灯泡熄灭。 故选A。 【变式1】（多选题）下列说法正确的是（　　） A．甲图中，柔软的弹簧悬挂后下端刚好跟槽中的水银接触，通电后会上下振动 B．乙图是调谐器，它的作用是把信号加载到高频电磁波上并有效地发射出去 C．丙图中，闭合开关待稳定，当断开开关瞬间，线圈中电流向右，灯泡中电流向左 D．丁图中，当磁体靠近干簧管时，干簧管的作用是把电信号转化为磁信号 【答案】AC 【详解】A．丁图中一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，弹簧中通过同向电流相互吸引，弹簧长度缩短，下端离开水银面，电路断开，电流消失，引力消失，在弹簧重力的作用下弹簧伸长，下端又与水银接触，又缩短，弹簧就会上下振动，A正确； B．乙图是调谐电路，利用电谐振的原理接收特定频率的电磁波，故B错误； C．闭合电键稳定后，流过线圈L的电流大于流过灯泡A的电流，两个电流都向右。断开开关的瞬间，由于线圈的自感作用，这一瞬间流过线圈L的电流大小和方向都不变，线圈L与灯泡A形成闭合回路，流过灯泡A的电流突然改为向左，故C正确； D． 干簧管中的铁磁性物质在磁场中被磁化为异名磁极，相互吸引而接通，因此干簧管就是一个由磁场控制的开关，将磁场信息转化为电信息，故D错误。 故选AC。 【变式2】2023年6月20日消息，科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。关于传感器，下列说法正确的是（　　） A．激光传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量 B．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制 C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量，干簧管是一种能够感知电场的传感器 D．传感器主要是通过感知电压的变化或感知电流的变化来传递信号 【答案】B 【详解】A．激光传感器能将光学量按一定规律转换成电学量，A错误； B．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确； C．霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，干簧管是一种能够感知磁场的传感器，C错误； D．传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，D错误。 故选B。 【变式3】“干簧管”是常见的传感器，如图所示，电流表、电压表为理想电表。闭合开关S，待电路稳定。移去磁体，与移去前相比较，下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数变小，电压表的示数变大 B．电阻的功率变小 C．电源的输出功率一定变大 D．电源的效率变低 【答案】B 【详解】AB．移去磁体，则干簧管内部开关断开，则相当于电阻变大，则总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，则电压表读数变大，R1上的电压减小且功率减小，则R2电压变大，则电流表读数变大，选项A错误，B正确； C．当外电阻等于电源内阻时输出功率最大，因外电阻与内电阻的变化关系不确定，则不能确定输出功率如何变化，选项C错误； D．电源效率为 因外电阻变大，则电源效率变大，选项D错误。 故选B。 知识点2：传感器的种类 （1）物理类：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，占传感器中的大多数，种类最多，应用领域也最广泛。例：力传感器，磁传感器，声传感器…… （2）化学类：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。例：离子传感器，气体传感器…… （3）生物类：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质。例：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器…… （4）各种传感器原理各异，分类方法也不同。 ①根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。 ②根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。 【例2】居民楼的楼道照明电灯常安装自动控制开关，“只要拍拍手电灯就亮”。这种开关用到的传感器是（　　） A．湿度传感器 B．气体传感器 C．温度传感器 D．声音传感器 【答案】D 【详解】A．湿度传感器用于检测环境湿度变化，与声音无关，故A错误； B．气体传感器用于检测特定气体浓度（如烟雾），与声音无关，故B错误； C．温度传感器用于感知温度变化，与声音无关，故C错误； D．声音传感器通过接收声波信号（如拍手声）触发电路，符合题意，故D正确。 故选D。 【变式1】传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器，每个键内部电路如图甲所示。每个键下面都有由相互平行的活动金属片和固定金属片组成的平行板电容器，两金属片间有空气间隙。如图乙，在按键的过程中，下列说法正确的是（　　） A．计算机键盘使用的是光传感器 B．电容器的电容和电荷量Q均减小 C．图甲中电流从M流向N D．电容器极板间的电场强度变大 【答案】D 【详解】A．根据题意可知，计算机键盘使用的是电容传感器，故A错误； BCD．在按键的过程中，电容器两板间距d减小，则由 可知，电容器的电容C增大，两板电压U一定，根据Q=CU 可知电容器的电量Q增加，电容器充电，则图中电流从N流向M，电容器极板间的电场强度增大，故BC错误、D正确。 故选D。 【变式2】下列关于传感器说法中不正确的是（　　） A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把电信号转换为力信号 C．金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以做温度传感器 D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 【答案】B 【详解】A．热敏电阻的阻值随温度变化，将温度转换为电阻，故A正确； B．电子秤的测力装置（如应变片）将力转换为电信号，而非电信号转力信号，故B错误； C．金属电阻率随温度升高而增大，如铂电阻温度计，故C正确； D．光敏电阻阻值随光照强弱变化，将光学量转换为电学量，故D正确。 本题选错误的，故选B。 【变式3】传感器在我们生活和科技中应用非常广泛，下列传感器元件能够将力学量转换为电学量的是（　　） 霍尔元件 光电计数器 干簧管 电阻应变片 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．霍尔元件可将磁感应强度的测量转化为电压的测量，故A错误； B．光电计数器的核心部件是光敏电阻，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，故B错误； C．干簧管是将磁学量转化为电学量，故C错误； D．电阻应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量，故D正确。 故选D。 知识点3：传感器的组成与应用模式 1．基本结构：敏感元件、转换元件 （1）敏感元件：基本功能是检测，能直接感受或相应外界被测非电学量的部分。 （2）转换元件：基本功能是转换，能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 注意：有一些传感器的敏感元件和转换元件不能明显地区分，是二者合一的。例如，热电偶、压电晶体…… （3）信号调整与转换电路：把经敏感元件和转换元件作用后输出的电信号放大或转换成其他电信号。 2．应用模式： 3．话筒： 话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜片后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。 声波使振动膜片发生振动，振动膜片作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R两端的电压也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等。 【例3】如图为电容式话筒的原理图，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为电容器两金属极板。人对着P说话，P振动而Q不动。在P、Q间距离减小的过程中（　　） A．电容器的电容减小 B．Q极板的带电量变大 C．电容器两极板间电压增大 D．R中有从M流向N的电流 【答案】B 【详解】A．根据可知，P、Q间距离减小，则电容增大。故A错误； C．两极板电压等于电源电压不变。故C错误； B．根据可知，U不变，C增大，则Q增大。故B正确； D．Q增大，电源给电容器充电，则R中有从N流向M的电流。故D错误。 故选B。 【变式1】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。 【变式2】为响应国家严禁在公共场所吸烟的号召，小硕同学设计了一种烟雾报警装置，其工作原理电路图如图-1所示，电源电压恒为12V，为定值电阻，阻值为，A为理想电流表，为烟雾传感器，它的阻值与空气中烟雾浓度的关系如图-2所示，当空气中烟雾浓度达到15%时，电路发出警报。下列说法不正确的是（　　） A．空气中烟雾浓度升高，电流表示数变大 B．电流表示数为0.1A时，电路发出警报 C．当烟雾浓度为10%时，的功率约为2.7W D．若需要降低烟雾报警的最低浓度，可以将换成阻值更小的定值电阻 【答案】B 【详解】A．空气中烟雾浓度升高时，由图2知阻值减小，电路总电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律 电流表示数变大，故A正确； B．电路发出警报时烟雾浓度为，由图2知此时 电流，故B错误； C．烟雾浓度为时，由图2知 总电阻 电流 的功率，故C正确； D．降低报警浓度意味着报警时更大，要保持报警电流不变，总电阻需不变，因此需减小，故D正确； 本题选说法不正确的，故选B。 【变式3】如图所示是一种可测量油箱内油面高度的装置，是定值电阻，滑动变阻器R的金属滑片是杠杆的一端，通过油量表（由电表改装而成）的示数变化可以反映油面的高度变化。关于此装置，下列说法正确的是（　　） A．油量表是由电压表改装而成的 B．当油面高度升高时，滑动变阻器R接入电路的阻值变大 C．当油面高度降低时，油量表的示数减小 D．当油面高度降低到最低时，油量表的示数为零 【答案】C 【详解】当滑动变阻器的金属滑片上移时，油箱油面降低，R接入电路的有效电阻变大，则回路的总电阻变大，由欧姆定律知，电路中的电流减小，油量表的示数减小；反之油面高度升高时，滑动变阻器R接入电路的阻值变小，电流增大，所以油量表是由电流表改装而成的。当油面高度降低到最低时，R接入电路的阻值最大，但根据欧姆定律可知，油量表的示数不为零。 故选C。 【巩固训练】 1．（多选题）以下说法正确的是（　　） A．电磁波谱按波长从长到短排序为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流最小 C．干簧管是一种常见的传感器（如图甲），其原理是电磁感应 D．图乙中，当储罐中不导电液面高度升高时，LC回路中振荡电流频率将变小 【答案】BD 【详解】A．电磁波谱按波长从短到长排序为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，故A错误； B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，故B正确； C．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片分开，经常被用于控制电路的通断，不是电磁感应原理，故C错误； D．根据可知，当储罐中不导电液面高度升高时，即变大，电容器的电容变大；LC回路振荡电流的频率为，可知频率减小，故D正确。 故选BD。 2．（多选题）手机的计步功能通过“震动探测器”实现。其主要原理可简化为如图所示，M、N两极板组成电容式加速度传感器，其中极板固定，极板连接微弹簧。当手机的加速度变化时，极板可以按图中标识的“前后”方向微幅运动。其中为电源，为电流表，为定值电阻。下列描述正确的是（　　） A．静止时，极板带负电，电流表示数为零 B．由静止突然向前加速时，电容器的电容减小 C．由静止突然向前加速时，电流由向流过电流表 D．保持向前匀减速运动时，M、N极板间的电场强度均匀减小 【答案】BC 【详解】A．M极板与电源正极连接，静止时，电容器极板所带电荷量不变，可知，极板带正电，电流表示数为零，故A错误； B．由静止突然向前加速时，N极板将向后运动，两极板之间间距增大，根据 可知，电容器的电容减小，故B正确； C．N极板与电源负极连接，N极板带负电，根据 极板之间电压近似一定，由静止突然向前加速时，电容器的电容减小，则极板所带电荷量减小，N极板失电子，电子从a运动到b，电子带负电，则电流由向流过电流表，故C正确； D．若保持向前匀减速运动，加速度向后，稳定时，极板之间间距不变，根据 可知，保持向前匀减速运动时，M、N极板间的电场强度不变，故D错误。 故选BC。 3．（多选题）如图甲为风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的左端固定，右端与导电的迎风板相连，并套在水平放置的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆垂直且接触良好，并能自由滑动。电压传感器一侧与迎风板连接，另一侧与金属杆左端相连。电压传感器示数U与风速v的关系如图乙所示，已知纵截距为b，斜率为k，电源电动势为E，内阻为r，保护电阻为R，不计摩擦和迎风板的电阻，则（　　） A．风速越大，回路电流越大 B．风速越小，金属杆接入回路的电阻越小 C．无风时，金属杆接入回路的电阻为 D．风速为v时，流过电阻R的电流为 【答案】AC 【详解】AD．由闭合电路欧姆定律 由图可知风速越大，越小，故回路电流越大； 已知纵截距为b，斜率为k，电压传感器示数U与风速v的关系为 风速为v时，流过电阻R的电流为，故A正确，D错误； BC．风速越小，弹簧压缩量越小，金属杆接入回路的电阻越大； 无风时，金属杆接入回路的电阻为，故B错误，C正确。 故选AC。 4．（多选题）某烟雾报警器简易原理图如图所示，M为烟雾传感器，其阻值随着烟雾浓度的增大而减小，为定值电阻，滑动变阻器R的滑片P调整至合适位置，电源两端电压恒定不变，电表均为理想电表。当烟雾浓度增大到一定程度时，电表读数增大导致指针偏转到某区域，从而触发报警。下列说法正确的是（　　） A．触发报警的电表应为电流表 B．触发报警的电表应为电压表 C．若将滑片P向右移动少许，烟雾浓度需更大才能触发报警 D．若将滑片P向左移动少许，烟雾浓度需更大才能触发报警 【答案】AC 【详解】AB．当烟雾浓度增大到一定程度时，烟雾传感器的阻值减小，电源两端电压恒定不变，电流表读数增大；电压表读数减小，因此触发报警的电表为电流表，故A正确，B错误； C．若将滑片P向右移动少许，滑动变阻器接入电路的阻值增大，而触发报警的电流保持不变，因此需要烟雾传感器的阻值更小，即烟雾浓度更大时才能触发报警，故C正确； D．若将滑片P向左移动少许，滑动变阻器接入电路的阻值减小，触发报警的电流保持不变，因此需要烟雾传感器的阻值更大，即烟雾浓度更小时就能触发报警，故D错误。 故选AC。 5．（多选题）为响应国家严禁在公共场所吸烟的号召，小硕同学设计了一种烟雾报警装置，其工作原理电路图如图-1所示，电源电压恒为12V，内阻不计，为定值电阻，阻值为30Ω，为烟雾传感器，它的阻值与空气中烟雾浓度的关系如图-2所示，当空气中烟雾浓度达到15%时，电路发出警报。下列说法不正确的是（　　） A．电流表示数为0.2A时，电路发出警报 B．当烟雾浓度为10%时，的功率为2.7W C．空气中烟雾浓度升高，电流表示数变小 D．若需要降低烟雾报警的最低浓度，可以将换成阻值更小的电阻 【答案】AC 【详解】A．当烟雾浓度时，由图2知，电路总电阻 电流，A错误； B．烟雾浓度 10%时，由图-2知，总电阻 电流 的功率，B正确； C．烟雾浓度升高，由图-2知减小，总电阻减小，电源电压不变，根据，电流表示数变大，C错误； D．若降低报警浓度(即烟雾浓度更小、更大)，要使总电阻对应的电流仍达到报警电流，需减小，D正确。 本题选择不正确的，故选AC。 6．（多选题）如图所示为加速度计，滑块可以在光滑的框架中平移，两侧用相同的轻弹簧拉着。R为阻值随滑动距离均匀变化的滑动变阻器，两个电池完全相同。加速度为零时，电压表指针的零点位于表盘中央，当端的电势高于端时，指针向零点右侧偏转。下列说法正确的是（　　） A．加速度为零时，两弹簧一定处于原长 B．电压表的指针向零点右侧偏转表示加速度向左 C．若仅滑块质量变为2倍，则量程变为原来的2倍 D．若仅弹簧的劲度系数变为2倍，则量程变为原来的2倍 【答案】BD 【详解】AB．加速度为零时，电压表指针的零点位于表盘中央，P、Q两点电势相等，滑片位于R中间位置，两边弹簧弹力相等，两弹簧不一定处于原长位置。当电压表的指针向零点右侧偏转时，P端的电势高于Q端，则滑片右移，滑块受到的弹簧弹力的合力向左，加速度向左，故A错误，B正确； CD．若记两侧弹簧的劲度系数均为 k，滑块质量为 m，位移为 x，则有 此时电压表的示数 联立解得 可知，仅弹簧的劲度系数变为2倍，则量程变为2倍；若仅滑块质量变为2倍，则量程变为，故C错误，D正确。 故选BD。 7．（多选题）利用磁铁和干簧管，设计一个门开报警装置：门的上沿嵌入一小块永磁体，门框内与永磁体相对的位置嵌入常开型千簧管（磁体靠近时才闭合），并将干簧管接入报警电路。当门被打开时，指示灯亮；当门紧闭时，指示灯灭。下图中H为干簧管，为指示灯，为定值电阻。A、B图中矩形虚线框J为电磁继电器；C、D图中圆形实线框VT为三极管，具有断路和接通的开关作用（当be间的电压较小时，三极管ce处于阻断状态；当be间的电压足够大时，三极管将被导通有沿ce方向的电流）。其中符合题意的电路设计是（　　） A． B． C． D． 【答案】BD 【详解】A．图中，当打开门时，永磁体远离干簧管，干簧管断开，线圈中没有电流，线圈没有产生磁场，线圈对开关没有吸引力作用，开关在弹簧作用下同右侧接口连接，右侧电路断开，指示灯熄灭，不符合题意，故A错误； B．图中，当打开门时，永磁体远离干簧管，干簧管断开，线圈中没有电流，线圈没有产生磁场，线圈对开关没有吸引力作用，开关在弹簧作用下同右侧接口连接，右侧电路闭合，指示灯亮，符合题意，故B正确； C．图中，当门紧闭时，永磁体靠近干簧管，干簧管闭合，be间直接与电源连接，be间的电压足够大，此时三极管将被导通有沿ce方向的电流，指示灯亮，不符合题意，故C错误； D．图中，当门紧闭时，永磁体靠近干簧管，干簧管闭合，be间被短路，be间的电压很小时，三极管ce处于阻断状态，指示灯熄灭，符合题意，故D正确。 故选BD。 8．（多选题）电熨斗构造示意图如图所示，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，以下说法正确的是（　　） A．双金属片的作用是控制电路的通断 B．常温下，电熨斗的上下触点是分开的 C．当温度过高时，双金属片向上弯曲 D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋 【答案】AD 【详解】AB．常温下，电熨斗的上下触点是接触的，电熨斗工作，当温度过高时，双金属片向下弯曲使触点断开，电熨斗不工作，故双金属片的作用是控制电路的通断，故A正确，B错误； C．当温度升高时，金属片上层的膨胀系数大于下层的膨胀系数，双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，即金属片向下弯曲，故C错误； D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，即温度较高时金属片才能离开触点，故要将调温旋钮旋转下降，保证在温度未达到一定值时，金属片不与触点断开，故D正确。 故选AD 。 9．（多选题）科学家研究发现，磁敏电阻（GMR）的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而减小，如图所示电路中，GMR为一磁敏电阻，R、R2为滑动变阻器，R1、R3为定值电阻，磁敏电阻所在电路的电源电动势为E、内阻为r（r<R1）。当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。则（　　） A．只调节电阻R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率变小 B．只调节电阻R，当P1向右端移动时，磁敏电阻所在电路电源的输出功率变大 C．只调节电阻R，当P1向左端移动时，电容器中的带电微粒向下运动 D．只调节电阻R2，当P2向下端移动时，磁敏电阻消耗的电功率变小 【答案】BC 【详解】A．只调节电阻R，当P1向右端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电源电动势不变，所以电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，导致了磁敏电阻GMR的阻值减小，由 可知通过R1的电流增大，根据 可知R1电功率增大。故A错误； B．同理，只调节电阻R，当P1向右端移动时，磁敏电阻所在电路电源的输出功率 依题意 r<R1 可知 当减小时，电源的输出功率变大。故B正确； C．根据上面分析可知，只调节电阻R，当P1向左端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，电源电动势不变，所以电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，导致了磁敏电阻GMR的阻值增大，磁敏电阻所在电路的电流减小，根据 可知端电压减小，电容器极板间电压也随之减小，带电微粒所受电场力减小，将向下运动。故C正确； D．只调节电阻R2，当P2向下端移动时，不改变磁敏电阻所在电路的电流。则磁敏电阻消耗的电功率不变。故D错误。 故选BC。 10．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。 （1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小和方向？ （2）求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a大小关系的表达式？ 【答案】（1） ，方向向右；（2） 【分析】（1）加速时由牛顿第二定律求得形变量； （2）设系统向左加速时滑片右移x，由牛顿第二定律得到加速的表达式，联立方程就可以得到加速度与电压的关系式． 【详解】（1）由牛顿第二定律可知 2kx＝ma 　 得 方向向右； （2）设加速度为a时，滑动变阻器的滑片距中间的距离为x，则敏感元件的输出电压为 再设系统向左加速时滑片右移x，则敏感元件的动力学方程为 2kx＝ma 联立可得 2 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $