2. 常见传感器的工作原理及应用（同步讲义）物理人教版选择性必修第二册

2. 常见传感器的工作原理及应用 【知识梳理】 1 一、 光敏电阻 1 二、 金属热电阻和热敏电阻 1 三、 电阻应变片 2 【重难探究】 2 探究1 　探究光敏电阻 2 探究2 探究金属热电阻和热敏电阻 4 探究3 探究电阻应变片 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1光敏电阻 1．实验：观察光敏电阻特性 步骤： 将一个光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置于倍率为×100的电阻挡。依次观察在室内自然光照射时、用手掌遮光时、用阳光直接照射时的示数。 现象： （1）光敏电阻在光照暗时电阻值大，随着光强的增强电阻值不断减小，光照强时电阻值小。 （2）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。 2．工作原理： 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 4．应用： 流水线计数器。图中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 知识点2 金属热电阻和热敏电阻 1．金属热电阻： （1）特点：电阻率随温度的升高而增大。如图中图线1。 （2）优缺点：化学稳定性好，测量范围大，但灵敏度较差。 2．实验：观察热敏电阻特性 步骤： 将多用电表的选择开关调到电阻挡的适当倍率挡，将一个热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。 现象： （1）热敏电阻在温度低时电阻值大，随着温度的升高电阻值不断减小，温度高时电阻值小。如图中图线2。 （2）热敏电阻和金属热电阻一样，能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 3．应用： 油位报警装置。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。 知识点3 电阻应变片 1．金属电阻应变片的工作原理： 电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。 2．半导体的压阻效应： 当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 3．工作原理： 电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 4．应变式力传感器： 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，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。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。力F越大，输出的电压差值也就越大。 【重难探究】 探究1 　探究光敏电阻 【探究导入】 1、光敏电阻的基础特性 （1）制作材料与结构：以硫化镉（半导体材料）为核心，涂敷在绝缘板上并搭配梳状银浆电极制成，是光电传感器的核心光敏元件。 （2）电阻特性：阻值与光照强度呈负相关—— 暗环境中电阻极大，强光照射下电阻极小；普通电阻无此光敏特性。 （3）工作原理：无光照时，硫化镉载流子极少，导电性能差；光照增强，载流子数量增多，导电性提升，实现光信号→电阻信号的转换。 2、观察光敏电阻特性实验结论 （1）环境光照越强，光敏电阻阻值越小；光照越弱，阻值越大。 （2）普通电阻去除漆层后，阻值不受光照影响，与光敏电阻实验结果完全不同。 3、实际应用（光电自动计数） （1）核心组件：发光仪器（A）、含光敏电阻的光电传感器（B，接收端）、信号处理系统。 （2）计数逻辑： 无物品遮挡时→光敏电阻阻值小→信号处理系统电压低； 有物品遮挡时→光敏电阻阻值大→信号处理系统电压高； 电压高低交替信号经处理，转化为数字实现自动计数。 （3）光电计数的基本原理。 【探究归纳】 光敏电阻是利用硫化镉的半导体光敏特性制成的元件，其阻值随光照强度增大而减小，可将光信号转换为电信号，典型应用于流水线光电自动计数。 【典例赏析】 [例1]　如图为利用光敏电阻的阻值随光的强弱而变化的特性制作的一款光照强度报警器。E为电源（内阻不计），为滑动变阻器，信号器H（看作定值电阻）两端的电压会随着光照强度的增大而增大，超过一定值就会发出警报。下列说法正确的是（　　） A．随着光照强度的增大，电流表A示数减小 B．随着光照强度的增大，光敏电阻的阻值减小 C．适当增大电源的电动势，信号器更难达到报警电压 D．适当调大的阻值，信号器更容易达到报警电压 【答案】B 【详解】AB．信号器两端的电压增大，则电路中并联部分的电压减小，并联部分的电阻也减小，光敏电阻的阻值减小，流过的电流减小，又因为并联部分的总电流增大，所以电流表的示数增大，故A错误，B正确； C．适当增大电源电动势，可以使信号器H两端未报警时的电压更大，可以使信号器H更容易达到报警电压，故C错误； D．适当调大电阻的阻值，使信号器H两端未报警时的电压更小，则信号器H更难以达到报警电压，故D错误。 故选B。 　【针对训练】 1（多选题）某光敏电阻的阻值和光照强度的关系图像大致如图 1 所示。小王同学设计了一个自动补光电路，如图2所示，当该光敏电阻两端的电压增大到一定值时，补光电路开始工作，从而实现补光。其他条件不变， 下列操作中， 可以实现光照强度更强一些时就开始自动补光的是（　　） A．选用电动势更大的电源 B．选用电动势更小的电源 C．增大接入电路的阻值 D．减小接入电路的阻值 【答案】AD 【详解】AB．光照强度更强一些时光敏电阻的阻值减小，补光电路开始工作时的电压，为确保该电压不变，应使电路中的电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，可选用电动势更大的电源，故A正确，B错误； CD．光照强度更强一些时光敏电阻的阻值减小，补光电路开始工作时的电压，为确保该电压不变，应使电路中的电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，可减小接入电路的阻值，故C错误，D正确。 故选AD。 2．生产流水线上常要对产品计数。图1是利用光敏电阻自动计数的示意图，是一台发光强度可调的发光仪器，是接收处理光信号的仪器，核心元件为光敏电阻，特性曲线如图2所示。计数电路用来分析定值电阻两端的电压变化，当大于预设值时可以实现相应的计数功能。光敏电阻始终会受到流水线中环境光强的影响。下列说法正确的是（　　） A．仅减小的发光强度，计数过程中将增大 B．仅减小环境光强，计数过程中将减小 C．仅增大环境光强，适当降低可以保证计数装置正常运行 D．仅增大环境光强，不会影响装置的正常运行 【答案】C 【详解】对电阻R，根据欧姆定律可得 设电源的电动势为E，内阻为r，则电路中的电流为 所以，当RG变化明显时，电流的变化量ΔI增大，则计数过程中ΔU将增大。 A．仅减小A的发光强度，则光敏电阻RG受到光照时的电阻减小，即光敏电阻RG的阻值变化量减小，所以计数过程中ΔU将减小，故A错误； B．仅减小环境光强，则光敏电阻RG未受到光照时的电阻减小，则光敏电阻RG的阻值变化量增大，所以计数过程中ΔU将增大，故B错误； CD．仅增大环境光强，则光敏电阻RG未受到光照时的电阻增大，则光敏电阻RG的阻值变化量减小，所以计数过程中ΔU将减小，若ΔU减小到小于UH则即装置不能正常运行，此时适当降低UH可以保证计数装置正常运行，故C正确，D错误。 故选C。 探究2 探究金属热电阻和热敏电阻 【探究导入】 1、金属热电阻与热敏电阻的特性对比 类型 材料 阻值随温度变化关系 特点 典型应用 金属热电阻 金属（如铂） 温度升高，阻值增大 化学稳定性好，测温范围大，灵敏度低 电阻温度计 热敏电阻 半导体（如氧化锰） 温度升高，阻值显著减小 灵敏度高，阻值随温度变化明显 温度传感器、低油位报警 2、工作原理 （1）两者都能将温度（热学量）转换为电阻（电学量），实现温度的电信号检测。 （2）金属热电阻：金属电阻率随温度升高而增大。 （3）热敏电阻：半导体在温度上升时导电能力增强，阻值显著下降。 3、观察热敏电阻特性实验：用手（升温）和冷水（降温）改变热敏电阻温度，观察到阻值随温度升高而明显减小。 4、应用（汽车低油位报警） （1）液面高于热敏电阻时：热量被液体带走，温度低、阻值大，指示灯不亮。 （2）热敏电阻露出液面时：自身发热升温，阻值变小，指示灯亮起，实现低油位报警 【探究归纳】 金属热电阻和热敏电阻是感知温度的敏感元件，金属热电阻阻值随温度升高而增大，化学稳定性好；热敏电阻阻值随温度升高而显著减小，灵敏度高，二者均可将温度转换为电阻信号，典型应用包括测温与汽车低油位报警。 [例2]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。 【针对训练】 3（多选）利用热敏电阻来检验油面位置的低油位报警装置结构简图如下，热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，自身阻值将减小。当热敏电阻完全没入汽油液面中时，周围汽油会带走热敏电阻发出的热量，使温度基本不变，灯泡不发光（甲图）；汽油过少时，灯泡发光（乙图）。则下列说法正确的是 A．当油箱油量低于警戒值，热敏电阻阻值变大 B．当油箱油量低于警戒值，通过报警指示灯的电流变大 C．仅将热敏电阻下移，报警指示灯将会提前预警 D．仅将电源电动势变大，报警指示灯将会延迟预警 【答案】B 【详解】AB．当油箱油量低于警戒值，油吸收热敏电阻的热量减小，热敏电阻温度升高，阻值减小，通过报警指示灯的电流变大，故A错误，B正确； C．仅将热敏电阻下移，油吸收热敏电阻的热量增多，热敏电阻温度降低，阻值增大，通过报警指示灯的电流变小，报警指示灯将会延迟预警，故C错误； D．仅将电源电动势变大，通过报警指示灯的电流变大，报警指示灯将会提前预警，故D错误。 故选B。 4．自制的简易温控装置的原理电路如图，继电器与热敏电阻、滑动变阻器R串联。当温度升高到设定值时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。 (1)当温度升高到设定值时衔铁被吸合，是因为热敏电阻的阻值随温度升高而________（填“增大”或“减小”），从而改变电路电流，改变继电器的磁场强弱。 (2)若把继电器电源的正负极调转，对实验________影响（选填“有”或“无”）。 (3)若要调高温控装置的温度，图中滑动变阻器滑片应向________（填“左”或“右”）滑动。 【答案】(1)减小 (2)无 (3)右 【详解】（1）温度升高到设定值时衔铁被吸合，则说明控制电路的电流增大，可知热敏电阻的阻值随温度升高而减小。 （2）若把继电器电源的正负极调转，会改变线圈的电流方向，从而改变电磁铁的极性，但不影响其对衔铁的吸引。 （3）要调高温控装置的温度，则需要在温度更高，热敏电阻的阻值更小时，衔铁才被吸合，故需要调大滑动变阻器，以实现在温度更高时才停止加热，故滑片应向右滑动。 探究3 探究电阻应变片 【探究导入】 情境探究 在超市购物时，我们常将物品放在电子秤上称重，电子秤能快速显示物体的质量。这一过程背后其实依赖于一种能够感知力的装置——力传感器。许多电子秤内部使用了电阻应变片，当物体放在秤盘上时，传感器中的金属梁发生微小形变，导致应变片的电阻发生变化，从而输出电信号并转换为质量读数。 问题 1.为什么金属丝被拉长后，它的电阻会变大？ 提示 金属丝的电阻由公式 决定，其中 是长度， 是横截面积。当金属丝被拉伸时，长度 增大，横截面积 减小，两者都导致电阻 增大。这种因形变引起电阻变化的现象称为电阻应变效应。 2当力作用在传感器的金属梁上时，上下表面的应变片电阻为何一个变大、一个变小？ 提示 当力作用在梁的自由端时，梁向上弯曲，上表面被拉伸，应变片随之伸长，电阻变大；下表面被压缩，应变片缩短且变粗，电阻变小。这是由于形变方向不同导致的电阻变化差异。 3如何将电阻的变化转化为可以测量的电压信号？ ：提示 若让恒定电流通过应变片，则根据欧姆定律 ，电阻增大时两端电压也增大，电阻减小时电压减小。因此，电阻变化可转化为电压变化。 4为什么传感器要同时使用两个应变片并输出它们的电压差值？ 提示 输出电压差值可以放大信号变化，提高灵敏度。同时，环境温度等因素对两个应变片影响相近，差值法还能抵消共模干扰，使测量更准确。 【探究归纳】 1. 电阻应变效应：金属导体在机械形变时，其电阻随形变而变化的现象。 2. 电阻应变片作用：将物体形变这一力学量转换为电阻这一电学量。 3. 应变式力传感器结构：由金属梁和贴在其上下表面的应变片组成。 4. 工作原理：受力时梁发生弯曲，上表面应变片电阻变大，下表面电阻变小；在恒流条件下，电压变化反映力的大小。 5. 输出方式：传感器输出上下应变片电压的差值，力越大，电压差值越大。 【例3】一种常见的力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器，如图甲所示。其工作原理图可简化为如图乙所示，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，现在梁的自由端施加向下的力，保持应变片中通过的电流恒定。则下列说法正确的是（　　） A．上表面应变片的电阻变小 B．下表面应变片的电阻变大 C．力越大，传感器输出的电压差值越大 D．力越大，传感器输出的电压差值越小 【答案】C 【详解】AB．梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，故上表面应变片电阻变大，下表面应变片电阻变小，故AB错误； CD．力越大，则弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，那么上表面应变片两端电压变得越大，下表面应变片两端的电压变得越小，则传感器输出的电压差值就越大，故C正确，D错误。 故选C。 【针对训练】 5.（多选题）工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1=20k，R2=10k，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103N，没装料时Uba=0，g取10m/s2．下列说法中正确的是（　　） A．R3阻值为40 k B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小 C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，Uba传感器的示数也变大 D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 【答案】AC 【详解】试题分析：没装料时，根据串并联电路规律可得R1两端的电压为：;从R-F图中可得，没装料时，料斗重1×103N，此时，所以R3两端的电压为，因为此时Uba=0，说明R1两端的电压和R3两端的电压相等，即，解得，A正确；装料时，由于R1所在支路电流恒定，所以a点的电势恒定，而R3所在支路中R0逐渐增大，该支路电流减小，R3两端的电压减小，即b的电势增大，所以Uba逐渐增大，B错误,C正确；应变片作用是把拉力这个力学量转换为电压这个电学量，D错误；故选AC． 考点：串并联电路，欧姆定律，传感器的应用 6．（多选题）电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。当电阻应变片发生形变时，电阻会有微小的变化，这种微小的变化可通过电桥电路来探测。如图所示，电阻应变片R2的正常电阻为120Ω，R3=60Ω，，下列说法正确的是（　　） A．当电阻应变片无形变时，G表示数不为零 B．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，G表中有从M到N的电流 C．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，电流表A的示数变大 D．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，灯泡变亮 【答案】BD 【详解】A．当应变片无形变时，则 M、N电势相等，G表示数为零，故A错误； B．当电阻应变片发生形变电阻增大时，R2所分电压增大，导致M点电势高于N点电势，G表中有从M到N的电流，故B正确； C．当电阻应变片发生形变电阻增大时，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流减小，即电流表A的示数变小，故C错误； D．结合以上分析知，当电阻应变片发生形变，电阻增大时，电路中总电流减小，根据 可得电路中路端电压增大，因为灯泡RL和R1的电阻不变，所以通过其电流增大，灯泡变亮，故D正确。 故选BD。 【课堂自测·基础练】 1．（多选题）为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是（　　） A．外界光照强度增加时，电流表示数减小 B．外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C．该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮 D．该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大 【答案】BD 【详解】A．外界光照强度增加时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由可知电路中总电流增大，电流表示数增大，故A错误； B．电路中总电流增大，由可知电源内压增大，由可知外电路电压减小，所以灯泡A中的电流减小，由可知外界光照强度增加时，通过的电流增加，故B正确； CD．外界光照强度增加时，灯泡A中的电流减小，A灯变暗，由于通过的电流增加，所以两端的电压增大，又外电路电压减小，因此B灯两端的电压减小，所以B灯变暗；又电路中总电流增大，电源消耗功率增大，所以该电路不可用于实际光控路灯中，故C错误，D正确。 故选BD 。 2．（多选题）为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，图1为电路原理图。图1中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，和其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的规律如图2所示（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。控制开关两端电压高于2V时照明系统将自动开启。下列说法正确的是（　　） A．是光敏电阻 B．若定值电阻的阻值为20kΩ，则当照度降低到1.0lx时照明系统将开启 C．若要使照明系统在照度降低到0.6lx时开启，则定值电阻的阻值应为15kΩ D．定值电阻的阻值越大，开启照明系统时的光照越暗 【答案】CD 【详解】A．当光线较暗，照度较小时，光敏电阻阻值较大，照明系统将自动开启，此时控制开关两端电压高于2V，两端的电压增大，可知是光敏电阻，故A错误； B．若定值电阻的阻值为20kΩ，根据欧姆定律 其中 可得 可知当照度降低到0.4lx时照明系统将开启，故B错误； C．照度降低到0.6lx时，光敏电阻的阻值为，根据欧姆定律 可得 故C正确； D．定值电阻的阻值越大，根据分压比可知开启照明系统时，光敏电阻的阻值越大，开启照明系统时的光照越暗，故D正确。 故选CD。 3．（多选题）在如图所示的电路中，当用半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明（　　） A．在温度越高时，热敏电阻阻值越小 B．在温度越高时，热敏电阻阻值越大 C．半导体材料温度升高时，导电性能变差 D．半导体材料温度升高时，导电性能变好 【答案】AD 【详解】由电流表的变化判断半导体电阻的变化，温度升高时，电路中总电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，总电阻减小，则温度升高，热敏电阻阻值减小，半导体材料导电性能变好，故选AD。 4．（多选题）某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中，所用热敏电阻的阻值随温度升高而减小。由该热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理图如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路。下列说法正确的是（　　） A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的 B．电磁铁工作时，上端为S极 C．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处 D．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P向上移动 【答案】BD 【详解】A．电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，A错误； B．由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为S极，B正确； C．温度升高时热敏电阻阻值减小，控制电路中的电流增大，则电磁铁的磁性增强，将衔铁吸引下来与下方b处接通，故c应接在b处，C错误； D．若要使启动报警的温度降低些，相当于增大临界状态的热敏电阻阻值，为了仍等于电磁铁将衔铁吸引下来的电流临界值，则需要减小滑动变阻器的阻值，即滑片P向上移动，D正确。 故选BD。 5．（多选题）在下列四个实验中，有关说法正确的是（　　） A．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，在放电过程中利用图线与坐标轴围成的面积可以估算电容器放电前储存的电荷量 B．在“电池电动势和内阻的测量”实验中，为了提高精度，在读取多组电压表和电流表数据的过程中，开关始终要保持闭合状态 C．在“利用传感器制作简单的自动控制装置”实验中，金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 D．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，当副线圈不接任何用电器时，副线圈的两端电压为零 【答案】AC 【详解】A．根据电流的定义式有 解得 可知，在“观察电容器的充、放电现象”实验中，在放电过程中利用图线与坐标轴围成的面积可以估算电容器放电前储存的电荷量，故A正确； B．在“电池电动势和内阻的测量”实验中，在读取多组电压表和电流表数据的过程中，为了避免电源长时间通电发热，开关不能够始终保持闭合状态，故B错误； C．金属热电阻随温度的升高电阻增大，可知，在“利用传感器制作简单的自动控制装置”实验中，金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故C正确； D．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，当副线圈不接任何用电器时，由于穿过负线圈的磁通量仍然发生周期性的变化，可知，副线圈的两端电压不为零，故D错误。 故选AC。 6．（多选题）如图所示，载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关、闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是（　　） A．通过霍尔元件的磁场方向向下 B．接线端2的电势低于接线端4的电势 C．同时将电源，反向，电压表的示数将相反 D．若适当减小、增大，则电压表示数一定增大 【答案】AB 【详解】A．由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上，经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下， 故A正确； B．通过霍尔元件的磁场方向向下，由左手定则可知，霍尔元件中导电物质受到的磁场力向右，导电物质偏向接线端2，导电物质为电子，则接线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确； C．仅将电源E1、E2反向接入电路，磁场反向，电流反向，霍尔元件中导电物质受到的磁场力不变，电压表的示数不变，故C错误； D．若适当减小R1，电流产生的磁场增强，通过霍尔元件的磁场增强；增大R2，流过霍尔元件的电流减弱；霍尔元件产生电压 可能减小，电压表示数可能减小，故D错误。 故选AB。 7．（多选题）关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是（　　） A．应变片由导体材料制成 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小 C．传感器输出的是金属架上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大 【答案】BD 【详解】AB．应变片多用半导体材料制成，应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，A错误，B正确； CD．传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，C错误，D正确。 故选BD。 8．传感器让我们的生活变得更加便利，其基本工作原理是把非电学量转换为电学量，从而方便进行测量、传输和控制。 （1）为了测量储罐中某种不导电液体液面的高度，某同学利用平行板电容器制作了一个“液位监测仪”，如图1所示，将两块平行金属板竖直插入到该液体中，液体填充在两极板之间。两极板分别用导线接到数字电容表上，数字电容表可显示出电容器的电容，从电容的变化就可以知道容器中液面高度的变化。当数字电容表示数增大时，液面高度是上升还是下降？简要说明理由。 （2）如图2所示为大型电子地磅电路图。不称物体时，滑片P在端，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下滑片P下滑，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，电流增大。将电流表的电流刻度转换成对应的重力刻度，就可以读出被称物体的重力。已知电源电动势为，内阻不计；滑动变阻器、间距离为，最大阻值等于定值电阻的阻值；两根弹簧的总弹力大小与形变量成正比，比例系数为；电流表内阻不计。请推导所称重物的重力的大小与电流的关系式。 （3）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图3甲所示，在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度为0，霍尔电压为0，将该点作为位移的零点，当霍尔元件沿方向移动时，同时通有如图3乙所示的恒定电流，由于不同位置处磁感应强度不同，在、表面间产生的电势差不同。在小范围内，两磁极间磁感应强度的大小与位移的大小成正比，比例系数为。已知该霍尔元件长为，宽为，厚为，单位体积中导电的电子数为，电子的电荷量为。请推导霍尔元件、表面间的电势差与位移的关系式。 【答案】（1）见解析；（2）；（3） 【详解】（1）根据平行板电容器电容决定式 由于液体不导电，所以液体相当于极板间的电介质，当数字电容表示数增大时，可知液面高度上升，使得相对介电常数变大，平行板电容器电容变大。 （2）设称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，根据受力平衡可得 滑动变阻器接入电路的阻值为 根据闭合电路欧姆定律可得 联立解得 （3）设电子在霍尔元件中的定向速度大小为，则有 根据电流微观表达式可得 联立解得 根据题意有 则有 9．如图甲所示装置，可以把大小不同的水果按一定质量标准分拣为大水果和小水果。该装置的托盘压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准（200克）的大水果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1N。这时调节可变电阻，使质量等于分拣标准的大水果通过托盘秤时，两端电压恰好为3V，放大电路就能够控制电磁铁吸下衔铁，且始终保持吸住状态，大水果经过通道B。 (1)若电源电压恒为5V，为了达到上述分拣目的的阻值为多少？ (2)将分拣标准提高到320g，应调为多少？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由图乙可知，当时， 此时两端的电压为，两端电压为，与串联，电压之比等于电阻之比，则 求得 （2）将分拣标准提高到320g，即分拣标准提高到原来（200g）的1.6倍，则杠杆对R的压力变为原来（1N）的1.6倍，即1.6N，由图乙可知，此时 同理可知， 10．磁传感器的工作原理是基于霍尔效应。某型号希尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。 （1）当突然垂直上表面PQRS面施加一磁感强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将向（　　）积聚。 A．前表面（PS面）　　B．后表面（QR面）　　C．上表面　　D．下表面 （2）在电子积聚侧的对侧会同时积累等量正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，则稳定后电荷积聚的两边之间的电势差大小为__________。 【答案】10．A 11． B 12． B EL 【解析】10．A．当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，故A正确； BCD．当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，故BCD错误。 故选A。 11．（1）[1]金属丝电阻大小的变化遵循电阻定律，故选B； （2）[2]根据部分电路欧姆定律可知：R1两端电压 R3两端电压 所以 12．（1）[1]根据左手定则可知电子受洛伦兹力向QR侧积聚；故选B。 （2）[2]根据电势差的计算公式可知PS与QR边之间的电势差大小为U=EL。 11．如图甲是学校光控照明系统，其中为阻值随光的照度变化而变化的光敏电阻，其阻值与照度的关系如图乙所示。已知当线圈中的电流大于时，继电器的衔铁将被吸合，电磁继电器的线圈电阻为，直流电源的电动势，内阻忽略不计。 (1)为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________（填“”或“”）之间。 (2)根据图乙可得，照度为时，光敏电阻阻值约为________。 (3)要使照度时点亮路灯，滑动变阻器的阻值应调为________。 (4)为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，滑动变阻器的阻值应适当调________（填“大”或“小”）些。 【答案】(1) (2)4 (3)1460 (4)小 【详解】（1）根据线路图可知，当天亮时，照度越大，电阻越小，控制电路中的电流越大，电磁铁的磁性越强，衔铁被吸合，路灯接在之间时，将会熄灭，反之，天黑则亮，故路灯接在之间符合要求； （2）由乙图可知，当照度时， （3）由乙图可知，当照度为时，电阻，若此时点亮路灯，线圈中的电流应大于 根据闭合电路欧姆定律可得 解得 （4）根据闭合电路欧姆定律可得，在其他条件不变情况下，为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，则照度变小，变大，所以应调小。 12．某小组同学利用压敏电阻和电流计做一个测力计。 （1）利用图甲电路测量压敏电阻R的阻值。闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应位于_______端（填“a”或“b”）；已知电流表内阻为，某次测量中电压表示数为U、电流表示数为I，则压敏电阻_______（用所给物理量特号表示）； （2）改变作用在压敏电阻上的压力F大小，测出不同压力下压敏电阻R的阻值，可得到图乙所示图像； （3）将该压敏电阻连入图丙电路中，电源电动势，内阻，电流表量程，内阻，如果压力时，电流表刚好满偏，电阻箱的阻值应调整为_______； （4）在图丙电路中，保持不变，将该电流表改装为压力计，则压力F与电流I的关系式为_______N（代入各已知量的值，表达式中只有电流I未知）；可见改装后压力计的刻度是_______（填“均匀”或“不均匀”）的。 【答案】 10 不均匀 【详解】（1）[1]滑片位于端，变阻器连入电路的电阻最大，起到保护作用； [2]根据题意，由欧姆定律有 解得。 （3）[3]根据题意，由闭合电路欧姆定律有 可得。 （4）[4][5]由图像得 结合 可得 与不是线性关系，所以刻度不均匀。 13．科技小组利用压敏电阻制作汽车油量深度表的装置如图（a）所示。所用器材有：压敏电阻，压敏电阻的阻值与容器内所装汽油的深度h的关系如图（b）所示；电源（电动势18V，内阻不计）；电流表（量程0.6A，内阻不计）；滑动变阻器（最大电阻）；定值电阻（阻值）；开关；容器；汽油；导线若干。 容器底部的汽油与压敏电阻接触的位置抽出棉线 (1)把电流表改装成量程为的汽车油量深度表，正确连接图所示电路，断开开关，滑动变阻器的滑片置于______（填“”或“”）端。 (2)容器里装深度的汽油，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数达到满偏，滑动变阻器接入电路的阻值为______。 (3)改变容器所装汽油的深度，把电流表的示数标上相应的深度，改装后的深度刻度是__________（填“均匀”或“不均匀”）的；深度应该对应电流表的示数为______（保留位有效数字）。 (4)如果要把汽车油量深度表的量程从改为，滑动变阻器应该怎么调节__________________________。 【答案】(1)b (2)10 (3) 不均匀 0.14 (4)调节滑动变阻器的滑片P向b端滑动，增大滑动变阻器接入电路的电阻 【详解】（1）由图（a）可知，滑动变阻器采用的是限流式接法，在闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片移至b端，则滑动变阻器的有效电阻最大，则在闭合S后，开始时电路的电流较小，从而保证电路安全。 （2）由图（b）可知，当汽油的深度的40cm时，压敏电阻的阻值为，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数达到满偏，根据闭合电路欧姆定律有 其中，， 解得 （3）[1]设容器所装汽油的深度为，对应电流表的示数为。由图（b）可知，压敏电阻与深度不是线性关系，根据闭合电路欧姆定律有 可知与压敏电阻也不是线性关系，故改装后的深度刻度是不均匀的； [2]由图（b）可知，当汽油的深度的0cm时，压敏电阻的阻值为，根据闭合电路欧姆定律有 （4）如果要把汽车油量深度表的量程从改为，则压敏电阻的阻值减小，电流表的最大量程不变，根据闭合电路欧姆定律有 可知应让滑动变阻器的有效电阻增大，即应调节滑动变阻器的滑片P向b端滑动，增大滑动变阻器接入电路的电阻。 【素养进阶·提升练】 1．（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 【详解】（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。 2．（2025·河北·高考真题）(1)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。 (2)某学习小组在倾斜的气垫导轨上验证机械能守恒定律，实验装置如图3所示，当地重力加速度为g。 ①方案设计阶段，该小组同学对需要测量哪些物理量产生了不同意见。 甲同学：需测量滑块和遮光条的总质量、滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。 乙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。 丙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的距离。 你认为________（填“甲”“乙”或“丙”）同学的方案不可行。 ②如图3，光电门中光源与光敏管相对，光源发出的光使光敏管感光。当滑块经过时，遮光条把光遮住，计时器记录遮光时间，可计算出滑块的速度。实验中使用的遮光条宽度，光电门宽度。某次测量时，记录通过光电门A的遮光时间为，则滑块经过光电门A的速度大小为________。 【答案】(1) 断开 (2) 丙 0.4 【详解】（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； （2）①[1]要验证的关系为 可得 则只需要测量滑块经过两光电门时的速度和两个光电门间的竖直高度差，即甲乙同学的方案可行，丙同学的方案不可行； ②[2]滑块经过光电门的速度为 3．（2025·河南·高考真题）实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图1所示，保温箱原理图如图2所示。回答下列问题： (1)图1中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是________（填“线性”或“非线性”）的。 (2)存在一个电流值，若电磁铁线圈的电流小于，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于，衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图2中加热电阻丝的c端应该与触头________（填“a”或“b”）相连接。 (3)当保温箱的温度设定在时，电阻箱旋钮的位置如图3所示，则电阻箱接入电路的阻值为________。 (4)若要把保温箱的温度设定在，则电阻箱接入电路的阻值应为________。 【答案】(1)非线性 (2)a (3)130.0 (4)210.0 【详解】（1）根据图1可知热敏电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。 （2）根据图1可知温度升高，热敏电阻的阻值变小，根据欧姆定律可知流过电磁铁线圈的电流变大，衔铁与下固定触头b接触，此时加热电阻丝电路部分断开连接，停止加热，可知图2中加热电阻丝的c端应该与触头a相连接。 （3）由图3可知电阻箱接入电路的阻值为 （4）根据（3）可知，当温度为时，热敏电阻的阻值为，电阻箱接入的电阻为，当温度为时，热敏电阻的阻值为，要使得电流值不变，则在电流为时，控制电路的总电阻不变，则此时电阻箱的电阻为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 常见传感器的工作原理及应用 【知识梳理】 1 一、 光敏电阻 1 二、 金属热电阻和热敏电阻 1 三、 电阻应变片 2 【重难探究】 2 探究1 　探究光敏电阻 2 探究2 探究金属热电阻和热敏电阻 4 探究3 探究电阻应变片 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1光敏电阻 1．实验：观察光敏电阻特性 步骤： 将一个光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置于倍率为×100的电阻挡。依次观察在室内自然光照射时、用手掌遮光时、用阳光直接照射时的示数。 现象： （1）光敏电阻在光照暗时电阻值大，随着光强的增强电阻值不断减小，光照强时电阻值小。 （2）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。 2．工作原理： 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 4．应用： 流水线计数器。图中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 知识点2 金属热电阻和热敏电阻 1．金属热电阻： （1）特点：电阻率随温度的升高而增大。如图中图线1。 （2）优缺点：化学稳定性好，测量范围大，但灵敏度较差。 2．实验：观察热敏电阻特性 步骤： 将多用电表的选择开关调到电阻挡的适当倍率挡，将一个热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。 现象： （1）热敏电阻在温度低时电阻值大，随着温度的升高电阻值不断减小，温度高时电阻值小。如图中图线2。 （2）热敏电阻和金属热电阻一样，能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 3．应用： 油位报警装置。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。 知识点3 电阻应变片 1．金属电阻应变片的工作原理： 电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。 2．半导体的压阻效应： 当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 3．工作原理： 电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 4．应变式力传感器： 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，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。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。力F越大，输出的电压差值也就越大。 【重难探究】 探究1 　探究光敏电阻 【探究导入】 1、光敏电阻的基础特性 （1）制作材料与结构：以硫化镉（半导体材料）为核心，涂敷在绝缘板上并搭配梳状银浆电极制成，是光电传感器的核心光敏元件。 （2）电阻特性：阻值与光照强度呈负相关—— 暗环境中电阻极大，强光照射下电阻极小；普通电阻无此光敏特性。 （3）工作原理：无光照时，硫化镉载流子极少，导电性能差；光照增强，载流子数量增多，导电性提升，实现光信号→电阻信号的转换。 2、观察光敏电阻特性实验结论 （1）环境光照越强，光敏电阻阻值越小；光照越弱，阻值越大。 （2）普通电阻去除漆层后，阻值不受光照影响，与光敏电阻实验结果完全不同。 3、实际应用（光电自动计数） （1）核心组件：发光仪器（A）、含光敏电阻的光电传感器（B，接收端）、信号处理系统。 （2）计数逻辑： 无物品遮挡时→光敏电阻阻值小→信号处理系统电压低； 有物品遮挡时→光敏电阻阻值大→信号处理系统电压高； 电压高低交替信号经处理，转化为数字实现自动计数。 （3）光电计数的基本原理。 【探究归纳】 光敏电阻是利用硫化镉的半导体光敏特性制成的元件，其阻值随光照强度增大而减小，可将光信号转换为电信号，典型应用于流水线光电自动计数。 【典例赏析】 [例1]　如图为利用光敏电阻的阻值随光的强弱而变化的特性制作的一款光照强度报警器。E为电源（内阻不计），为滑动变阻器，信号器H（看作定值电阻）两端的电压会随着光照强度的增大而增大，超过一定值就会发出警报。下列说法正确的是（　　） A．随着光照强度的增大，电流表A示数减小 B．随着光照强度的增大，光敏电阻的阻值减小 C．适当增大电源的电动势，信号器更难达到报警电压 D．适当调大的阻值，信号器更容易达到报警电压 　【针对训练】 1（多选题）某光敏电阻的阻值和光照强度的关系图像大致如图 1 所示。小王同学设计了一个自动补光电路，如图2所示，当该光敏电阻两端的电压增大到一定值时，补光电路开始工作，从而实现补光。其他条件不变， 下列操作中， 可以实现光照强度更强一些时就开始自动补光的是（　　） A．选用电动势更大的电源 B．选用电动势更小的电源 C．增大接入电路的阻值 D．减小接入电路的阻值 2．生产流水线上常要对产品计数。图1是利用光敏电阻自动计数的示意图，是一台发光强度可调的发光仪器，是接收处理光信号的仪器，核心元件为光敏电阻，特性曲线如图2所示。计数电路用来分析定值电阻两端的电压变化，当大于预设值时可以实现相应的计数功能。光敏电阻始终会受到流水线中环境光强的影响。下列说法正确的是（　　） A．仅减小的发光强度，计数过程中将增大 B．仅减小环境光强，计数过程中将减小 C．仅增大环境光强，适当降低可以保证计数装置正常运行 D．仅增大环境光强，不会影响装置的正常运行 探究2 探究金属热电阻和热敏电阻 【探究导入】 1、金属热电阻与热敏电阻的特性对比 类型 材料 阻值随温度变化关系 特点 典型应用 金属热电阻 金属（如铂） 温度升高，阻值增大 化学稳定性好，测温范围大，灵敏度低 电阻温度计 热敏电阻 半导体（如氧化锰） 温度升高，阻值显著减小 灵敏度高，阻值随温度变化明显 温度传感器、低油位报警 2、工作原理 （1）两者都能将温度（热学量）转换为电阻（电学量），实现温度的电信号检测。 （2）金属热电阻：金属电阻率随温度升高而增大。 （3）热敏电阻：半导体在温度上升时导电能力增强，阻值显著下降。 3、观察热敏电阻特性实验：用手（升温）和冷水（降温）改变热敏电阻温度，观察到阻值随温度升高而明显减小。 4、应用（汽车低油位报警） （1）液面高于热敏电阻时：热量被液体带走，温度低、阻值大，指示灯不亮。 （2）热敏电阻露出液面时：自身发热升温，阻值变小，指示灯亮起，实现低油位报警 【探究归纳】 金属热电阻和热敏电阻是感知温度的敏感元件，金属热电阻阻值随温度升高而增大，化学稳定性好；热敏电阻阻值随温度升高而显著减小，灵敏度高，二者均可将温度转换为电阻信号，典型应用包括测温与汽车低油位报警。 [例2]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 【针对训练】 3（多选）利用热敏电阻来检验油面位置的低油位报警装置结构简图如下，热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，自身阻值将减小。当热敏电阻完全没入汽油液面中时，周围汽油会带走热敏电阻发出的热量，使温度基本不变，灯泡不发光（甲图）；汽油过少时，灯泡发光（乙图）。则下列说法正确的是 A．当油箱油量低于警戒值，热敏电阻阻值变大 B．当油箱油量低于警戒值，通过报警指示灯的电流变大 C．仅将热敏电阻下移，报警指示灯将会提前预警 D．仅将电源电动势变大，报警指示灯将会延迟预警 4．自制的简易温控装置的原理电路如图，继电器与热敏电阻、滑动变阻器R串联。当温度升高到设定值时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。 (1)当温度升高到设定值时衔铁被吸合，是因为热敏电阻的阻值随温度升高而________（填“增大”或“减小”），从而改变电路电流，改变继电器的磁场强弱。 (2)若把继电器电源的正负极调转，对实验________影响（选填“有”或“无”）。 (3)若要调高温控装置的温度，图中滑动变阻器滑片应向________（填“左”或“右”）滑动。 探究3 探究电阻应变片 【探究导入】 情境探究 在超市购物时，我们常将物品放在电子秤上称重，电子秤能快速显示物体的质量。这一过程背后其实依赖于一种能够感知力的装置——力传感器。许多电子秤内部使用了电阻应变片，当物体放在秤盘上时，传感器中的金属梁发生微小形变，导致应变片的电阻发生变化，从而输出电信号并转换为质量读数。 问题 1.为什么金属丝被拉长后，它的电阻会变大？ 提示 金属丝的电阻由公式 决定，其中 是长度， 是横截面积。当金属丝被拉伸时，长度 增大，横截面积 减小，两者都导致电阻 增大。这种因形变引起电阻变化的现象称为电阻应变效应。 2当力作用在传感器的金属梁上时，上下表面的应变片电阻为何一个变大、一个变小？ 提示 当力作用在梁的自由端时，梁向上弯曲，上表面被拉伸，应变片随之伸长，电阻变大；下表面被压缩，应变片缩短且变粗，电阻变小。这是由于形变方向不同导致的电阻变化差异。 3如何将电阻的变化转化为可以测量的电压信号？ ：提示 若让恒定电流通过应变片，则根据欧姆定律 ，电阻增大时两端电压也增大，电阻减小时电压减小。因此，电阻变化可转化为电压变化。 4为什么传感器要同时使用两个应变片并输出它们的电压差值？ 提示 输出电压差值可以放大信号变化，提高灵敏度。同时，环境温度等因素对两个应变片影响相近，差值法还能抵消共模干扰，使测量更准确。 【探究归纳】 1. 电阻应变效应：金属导体在机械形变时，其电阻随形变而变化的现象。 2. 电阻应变片作用：将物体形变这一力学量转换为电阻这一电学量。 3. 应变式力传感器结构：由金属梁和贴在其上下表面的应变片组成。 4. 工作原理：受力时梁发生弯曲，上表面应变片电阻变大，下表面电阻变小；在恒流条件下，电压变化反映力的大小。 5. 输出方式：传感器输出上下应变片电压的差值，力越大，电压差值越大。 【例3】一种常见的力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器，如图甲所示。其工作原理图可简化为如图乙所示，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，现在梁的自由端施加向下的力，保持应变片中通过的电流恒定。则下列说法正确的是（　　） A．上表面应变片的电阻变小 B．下表面应变片的电阻变大 C．力越大，传感器输出的电压差值越大 D．力越大，传感器输出的电压差值越小 【针对训练】 5.（多选题）工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1=20k，R2=10k，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103N，没装料时Uba=0，g取10m/s2．下列说法中正确的是（　　） A．R3阻值为40 k B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小 C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，Uba传感器的示数也变大 D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 6．（多选题）电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。当电阻应变片发生形变时，电阻会有微小的变化，这种微小的变化可通过电桥电路来探测。如图所示，电阻应变片R2的正常电阻为120Ω，R3=60Ω，，下列说法正确的是（　　） A．当电阻应变片无形变时，G表示数不为零 B．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，G表中有从M到N的电流 C．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，电流表A的示数变大 D．当电阻应变片发生形变，电阻增大时，灯泡变亮 【课堂自测·基础练】 1．（多选题）为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是（　　） A．外界光照强度增加时，电流表示数减小 B．外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C．该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮 D．该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大 2．（多选题）为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，图1为电路原理图。图1中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，和其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的规律如图2所示（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。控制开关两端电压高于2V时照明系统将自动开启。下列说法正确的是（　　） A．是光敏电阻 B．若定值电阻的阻值为20kΩ，则当照度降低到1.0lx时照明系统将开启 C．若要使照明系统在照度降低到0.6lx时开启，则定值电阻的阻值应为15kΩ D．定值电阻的阻值越大，开启照明系统时的光照越暗 3．（多选题）在如图所示的电路中，当用半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明（　　） A．在温度越高时，热敏电阻阻值越小 B．在温度越高时，热敏电阻阻值越大 C．半导体材料温度升高时，导电性能变差 D．半导体材料温度升高时，导电性能变好 【答案】AD 【详解】由电流表的变化判断半导体电阻的变化，温度升高时，电路中总电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，总电阻减小，则温度升高，热敏电阻阻值减小，半导体材料导电性能变好，故选AD。 4．（多选题）某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中，所用热敏电阻的阻值随温度升高而减小。由该热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理图如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路。下列说法正确的是（　　） A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的 B．电磁铁工作时，上端为S极 C．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处 D．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P向上移动 5．（多选题）在下列四个实验中，有关说法正确的是（　　） A．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，在放电过程中利用图线与坐标轴围成的面积可以估算电容器放电前储存的电荷量 B．在“电池电动势和内阻的测量”实验中，为了提高精度，在读取多组电压表和电流表数据的过程中，开关始终要保持闭合状态 C．在“利用传感器制作简单的自动控制装置”实验中，金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 D．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，当副线圈不接任何用电器时，副线圈的两端电压为零 6．（多选题）如图所示，载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关、闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是（　　） A．通过霍尔元件的磁场方向向下 B．接线端2的电势低于接线端4的电势 C．同时将电源，反向，电压表的示数将相反 D．若适当减小、增大，则电压表示数一定增大 7．（多选题）关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是（　　） A．应变片由导体材料制成 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小 C．传感器输出的是金属架上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大 8．传感器让我们的生活变得更加便利，其基本工作原理是把非电学量转换为电学量，从而方便进行测量、传输和控制。 （1）为了测量储罐中某种不导电液体液面的高度，某同学利用平行板电容器制作了一个“液位监测仪”，如图1所示，将两块平行金属板竖直插入到该液体中，液体填充在两极板之间。两极板分别用导线接到数字电容表上，数字电容表可显示出电容器的电容，从电容的变化就可以知道容器中液面高度的变化。当数字电容表示数增大时，液面高度是上升还是下降？简要说明理由。 （2）如图2所示为大型电子地磅电路图。不称物体时，滑片P在端，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下滑片P下滑，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，电流增大。将电流表的电流刻度转换成对应的重力刻度，就可以读出被称物体的重力。已知电源电动势为，内阻不计；滑动变阻器、间距离为，最大阻值等于定值电阻的阻值；两根弹簧的总弹力大小与形变量成正比，比例系数为；电流表内阻不计。请推导所称重物的重力的大小与电流的关系式。 （3）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图3甲所示，在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度为0，霍尔电压为0，将该点作为位移的零点，当霍尔元件沿方向移动时，同时通有如图3乙所示的恒定电流，由于不同位置处磁感应强度不同，在、表面间产生的电势差不同。在小范围内，两磁极间磁感应强度的大小与位移的大小成正比，比例系数为。已知该霍尔元件长为，宽为，厚为，单位体积中导电的电子数为，电子的电荷量为。请推导霍尔元件、表面间的电势差与位移的关系式。 9．如图甲所示装置，可以把大小不同的水果按一定质量标准分拣为大水果和小水果。该装置的托盘压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准（200克）的大水果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1N。这时调节可变电阻，使质量等于分拣标准的大水果通过托盘秤时，两端电压恰好为3V，放大电路就能够控制电磁铁吸下衔铁，且始终保持吸住状态，大水果经过通道B。 (1)若电源电压恒为5V，为了达到上述分拣目的的阻值为多少？ (2)将分拣标准提高到320g，应调为多少？ 10．磁传感器的工作原理是基于霍尔效应。某型号希尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。 （1）当突然垂直上表面PQRS面施加一磁感强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将向（　　）积聚。 A．前表面（PS面）　　B．后表面（QR面）　　C．上表面　　D．下表面 （2）在电子积聚侧的对侧会同时积累等量正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，则稳定后电荷积聚的两边之间的电势差大小为__________。 11．如图甲是学校光控照明系统，其中为阻值随光的照度变化而变化的光敏电阻，其阻值与照度的关系如图乙所示。已知当线圈中的电流大于时，继电器的衔铁将被吸合，电磁继电器的线圈电阻为，直流电源的电动势，内阻忽略不计。 (1)为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________（填“”或“”）之间。 (2)根据图乙可得，照度为时，光敏电阻阻值约为________。 (3)要使照度时点亮路灯，滑动变阻器的阻值应调为________。 (4)为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，滑动变阻器的阻值应适当调________（填“大”或“小”）些。 12．某小组同学利用压敏电阻和电流计做一个测力计。 （1）利用图甲电路测量压敏电阻R的阻值。闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应位于_______端（填“a”或“b”）；已知电流表内阻为，某次测量中电压表示数为U、电流表示数为I，则压敏电阻_______（用所给物理量特号表示）； （2）改变作用在压敏电阻上的压力F大小，测出不同压力下压敏电阻R的阻值，可得到图乙所示图像； （3）将该压敏电阻连入图丙电路中，电源电动势，内阻，电流表量程，内阻，如果压力时，电流表刚好满偏，电阻箱的阻值应调整为_______； （4）在图丙电路中，保持不变，将该电流表改装为压力计，则压力F与电流I的关系式为_______N（代入各已知量的值，表达式中只有电流I未知）；可见改装后压力计的刻度是_______（填“均匀”或“不均匀”）的。 13．科技小组利用压敏电阻制作汽车油量深度表的装置如图（a）所示。所用器材有：压敏电阻，压敏电阻的阻值与容器内所装汽油的深度h的关系如图（b）所示；电源（电动势18V，内阻不计）；电流表（量程0.6A，内阻不计）；滑动变阻器（最大电阻）；定值电阻（阻值）；开关；容器；汽油；导线若干。 容器底部的汽油与压敏电阻接触的位置抽出棉线 (1)把电流表改装成量程为的汽车油量深度表，正确连接图所示电路，断开开关，滑动变阻器的滑片置于______（填“”或“”）端。 (2)容器里装深度的汽油，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数达到满偏，滑动变阻器接入电路的阻值为______。 (3)改变容器所装汽油的深度，把电流表的示数标上相应的深度，改装后的深度刻度是__________（填“均匀”或“不均匀”）的；深度应该对应电流表的示数为______（保留位有效数字）。 (4)如果要把汽车油量深度表的量程从改为，滑动变阻器应该怎么调节__________________________。 【素养进阶·提升练】 1．（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：_____。 2．（2025·河北·高考真题）(1)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。 (2)某学习小组在倾斜的气垫导轨上验证机械能守恒定律，实验装置如图3所示，当地重力加速度为g。 ①方案设计阶段，该小组同学对需要测量哪些物理量产生了不同意见。 甲同学：需测量滑块和遮光条的总质量、滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。 乙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。 丙同学：只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的距离。 你认为________（填“甲”“乙”或“丙”）同学的方案不可行。 ②如图3，光电门中光源与光敏管相对，光源发出的光使光敏管感光。当滑块经过时，遮光条把光遮住，计时器记录遮光时间，可计算出滑块的速度。实验中使用的遮光条宽度，光电门宽度。某次测量时，记录通过光电门A的遮光时间为，则滑块经过光电门A的速度大小为________。 3．（2025·河南·高考真题）实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图1所示，保温箱原理图如图2所示。回答下列问题： (1)图1中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是________（填“线性”或“非线性”）的。 (2)存在一个电流值，若电磁铁线圈的电流小于，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于，衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图2中加热电阻丝的c端应该与触头________（填“a”或“b”）相连接。 (3)当保温箱的温度设定在时，电阻箱旋钮的位置如图3所示，则电阻箱接入电路的阻值为________。 (4)若要把保温箱的温度设定在，则电阻箱接入电路的阻值应为________。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $