專題5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

【人教版】

【題型1光敏電阻的應(yīng)用】......................................................................

【題型2金屬熱電阻】...........................................................................

【題型3熱敏電阻的應(yīng)用】......................................................................

【題型4聯(lián)系實(shí)際】.............................................................................

【題型5霍爾元件】.............................................................................

【題型6位移傳感器】...........................................................................

【題型7溫度傳感器】...........................................................................

【題型8電子秤】...............................................................................

【題型1光敏電阻的應(yīng)用】

【例1】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)，光控開關(guān)可用光敏電阻

控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線，照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)

照度越大，照度單位為：勒克斯(lx)。

(1)如圖乙所示，電源電動勢為3V,內(nèi)阻不計，當(dāng)控制開關(guān)兩端電壓上升至2V時控制開關(guān)

自動啟動照明系統(tǒng)。要求當(dāng)天色漸暗照度降至l.O(lx)時控制開關(guān)接通照明系統(tǒng)，則&=

________kQo

(2)某同學(xué)為了測量光敏電阻在不同照度下的阻值，設(shè)計了如圖丙所示的電路進(jìn)行測量，電

源(E=3V,內(nèi)阻未知)，電阻箱(0?99999。)。實(shí)驗(yàn)時將電阻箱阻值置于最大，閉合Si,將

S2與1相連，減小電阻箱阻值，使靈敏電流計的示數(shù)為/,圖丁為實(shí)驗(yàn)時電阻箱的阻值，其

讀數(shù)為kQ；然后將S2與2相連，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖戊所示，此時電流表的示

數(shù)恰好為/,則光敏電阻的阻值為.kQ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

Esi

丙丁戊

解析：(1)電阻以和R)串聯(lián)，有￡=資，Uo=2V,當(dāng)照度LO(lx)時，電阻R)=20k。，則

3?i=10kQo

(2)題圖丁的電阻為尺2=62.5k。，題圖戊的電阻凡'=22.5kQ,本題采用等效法測電阻，前

后兩次電路中的電流相等，則電路中的電阻相等，則有尺2=尺0'+R2',所以=40kQo

答案：(1)10(2)62.540.0

【變式1-1］某同學(xué)為定性探究光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度變化的關(guān)系，設(shè)計了如圖(a)所示的

電路。所用器材有：置于暗箱(圖中虛線區(qū)域)中的光敏電阻RG、小燈泡和刻度尺；阻值為R

的定值電阻；理想電壓表⑦；電動勢為￡、內(nèi)阻為『的電源；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。

300

250

200

150

100

50

實(shí)驗(yàn)時，先按圖(a)連接好電路，然后改變暗箱中光源到光敏電阻的距離d,記錄電壓表的示

數(shù)U,獲得多組數(shù)據(jù)如下表。

d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.0018.5020.0022.0023.5025.00

U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.094.889.578.672.565.0

回答下列問題：

⑴光敏電阻阻值&與電壓表示數(shù)。的關(guān)系式為RG=(用￡、八R、。表示)；

(2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給的第二組數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出U—d的非線性曲線：

⑶依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推斷：光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的減小而(填“增大”或

“減小”)；

(4)該同學(xué)注意到智能手機(jī)有自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強(qiáng)度大時屏幕變亮，反之變暗。

他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實(shí)現(xiàn)“有光照射光敏電阻時，小燈泡變亮；反之變暗”的功能,

設(shè)計了如圖(C)所示電路，則電路中(填或?yàn)楣饷綦娮瑁硪粋€為定值電阻。

答案(1)》一夫一尸

⑵見解析圖

(3)增大(4)及

解析由閉合電路歐姆定律得E=*R+r+RG),

=

得RG^~R-R-ro

(2)作出第二組數(shù)據(jù)點(diǎn)，用平滑的曲線連起來。

U/mV

300

250

200

150

100

50

05.010.015.020.025.030.0d/cm

(3)由題知，當(dāng)d增大，光照強(qiáng)度減小，U減小，由心=/一汽一廠可得RG增大。

(4)若凡為光敏電阻，因?yàn)楣庹諒?qiáng)度變大，4電阻減小，由“串反并同”可知燈泡變暗；若

尺2為光敏電阻，光照強(qiáng)度變大，氏電阻減小，通過燈泡的電流增大，燈泡變亮，故及2為光

敏電阻。

【變式1-2】一臺臭氧發(fā)生器尸的電阻為10kQ,當(dāng)供電電壓等于24V時能正常工作，否

則不產(chǎn)生臭氧?，F(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧,

在黑暗時不產(chǎn)生臭氧，擬用一個光敏電阻Q對它進(jìn)行控制，R的阻值在有光照時為100Q,

黑暗時為1000。，允許通過的最大電流為3mA；電源E的電動勢為36V,內(nèi)阻不計；另

有一個滑動變阻器心，阻值為0?100Q,允許通過的最大電流為0.4A；還有一個開關(guān)S和

導(dǎo)線若干。臭氧發(fā)生器尸和光敏電阻幻的符號如圖所示。

設(shè)計一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線

柱端分別標(biāo)上字母/、3(電路圖畫在虛線框內(nèi))。

答案如圖所示

R\//

R2T

解析因滑動變阻器最大阻值100。遠(yuǎn)小于臭氧發(fā)生器尸的電阻10k。，應(yīng)該采用滑動變阻

器的分壓式接法，有光照時產(chǎn)能正常工作，無光照時尸不工作。

【變式1-3】電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻心和定值電

阻心接在9V的電源上，光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化關(guān)系如表所示：

光強(qiáng)Z/cd12345

電阻值18963.6

[“光強(qiáng)”是表示光強(qiáng)弱程度的物理量，符號為/,單位為坎德拉(cd)]

(1)當(dāng)光照強(qiáng)度為4坎德拉(cd)時光敏電阻&的大小為Q?

(2)其原理是光照增強(qiáng)，光敏電阻尺阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下

降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，&是定值電阻，則下列電路圖中符合要求

的是(填序號)。

⑶現(xiàn)已知定值電阻&為12Q,用電壓表測得光敏電阻兩端的電壓為3V,則此時光照強(qiáng)度

為。

答案(1)4.5(2)C(3)3cd

解析(1)由表格中數(shù)據(jù)可知，光強(qiáng)和電阻值的乘積為18cd9,則光強(qiáng)為4cd時，電阻值為

4.5。。

(2)由題意知，玻璃的透明程度影響光強(qiáng)，光強(qiáng)變化導(dǎo)致電阻值變化，玻璃兩端電壓隨之變

化，分析可知C圖符合要求。

(3)電源電動勢為9V,當(dāng)光敏電阻兩端電壓為3V時，定值電阻弦兩端電壓為6V,由歐姆

定律得，/=衛(wèi)=2A=0.5A,光敏電阻阻值為%Q=6Q,對應(yīng)的光強(qiáng)為3cd。

Ro12Rx0.5

【題型2金屬熱電阻】

【例2】用如圖a所示的電路測量鉗熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系。

(1)開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移至(選填Z"或"2”)端。

(2)實(shí)驗(yàn)測得不同溫度下的阻值，并繪得如圖b的RY關(guān)系圖線，根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻

(3)鉗的電阻對溫度變化很靈敏，可以制成電阻溫度計。請利用開關(guān)、導(dǎo)線、鉗熱敏電阻、

圖a中某一電表和圖c所示的恒流源(調(diào)節(jié)旋鈕時可以選擇不同的輸出電流，且輸出電流不

隨外部條件的變化而變化)，設(shè)計一個簡易電阻溫度計并在圖d的虛線框內(nèi)畫出電路原理圖。

圖C圖d

(4)結(jié)合圖b的關(guān)系圖線，選擇恒流源的輸出電流為0.15A,當(dāng)選用的電表達(dá)到滿偏時，電

阻溫度計所測溫度為如果要提高該溫度計所能測量的最高溫度值，請?zhí)岢鲆环N

可行的方法：____________________________________________________________________

解析：(1)開關(guān)閉合前，為了保護(hù)電路，滑動變阻器的滑片應(yīng)位于阻值最大處，故滑片應(yīng)移

至2端。

(2)由圖像可知，銷絲電阻R的阻值與溫度的關(guān)系式：J?t=50+f(Q)o

(3)直流恒流電源正常工作時，其輸出電流不隨外部條件的變化而變化，并且可讀出其大小，

電壓表并聯(lián)在鈉絲電阻尺的兩端，如圖所示。

(4)恒流源的輸出電流為0.15A,所以當(dāng)電壓表示數(shù)最大時，即R兩端的電壓U=15V時，

鉆絲電阻R的阻值最大，由b圖中所畫的凡1圖像可知，此時溫度計所能測量的溫度最高;

由/=U得鈉絲電阻R的阻值為：RJ=」1Q=100Q,則溫度計所能測量的最高溫度為：

R0.15

f=R—50=50℃o如圖所示要提高該溫度計所能測量的最高溫度值，應(yīng)使粕絲電阻R的阻

值增大，電壓表的最大量程已確定，由歐姆定律知，可以將恒流源的輸出電流調(diào)小。

答案：(1)3⑵50+f⑶見解析圖(4)50將恒流源的輸出電流調(diào)小

【變式2-1］如圖甲表示某電阻R隨攝氏溫度/變化的關(guān)系，圖中心表示0℃時的電阻，K

表示圖線的斜率。若用該電阻與電池(E,廠)、電流表Rg、變阻器R'串連起來，連接成如圖

乙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，于是就得

到了一個簡單的''電阻測溫計”。

(1)實(shí)際使用時要把電流表的刻度值改為相應(yīng)的溫度刻度值，若溫度則G的刻度應(yīng)在

/2的側(cè)(填“左”或“右”)。

(2)在標(biāo)識“電阻測溫計”的溫度刻度時，需要弄清所測溫度和電流的對應(yīng)關(guān)系。請用￡、

Ro、K等物理量表示所測溫度/與電流/的關(guān)系式：。

(3)由(2)知，計算溫度和電流的對應(yīng)關(guān)系，需要測量電流表的內(nèi)阻(約為200。)。已知實(shí)驗(yàn)室

有下列器材：A.電阻箱(0?99.99Q)；B.電阻箱(0?999.9。)；C.滑動變阻器(0?20。)；D.

滑動變阻器(0?20kQ)。此外，還有電動勢合適的電源、開關(guān)、導(dǎo)線等。

請在方框內(nèi)設(shè)計一個用“半偏法”測電流表內(nèi)阻耳的電路；

在這個實(shí)驗(yàn)電路中，電阻箱應(yīng)選；滑動變阻器應(yīng)選o(只填代碼)

解析：(1)由題圖甲可知，金屬溫度升高電阻增大，電流計電流減小，可知G刻度應(yīng)在72的

右側(cè)。

(2)由閉合電路歐姆定律知

E=I(R+R'+Rg+r)

由甲圖知：R=R0+Kt

F1

解得：t--------(7?+r+7?'+火0)。

KIKg

(3)采用半偏法測電阻時，電阻箱的最大阻值應(yīng)該大于電流表的內(nèi)阻，同時滑動變阻器應(yīng)該

選擇阻值較大的，故電阻箱選擇B,滑動變阻器選擇D。電路圖如圖所示。

答案：⑴右(2)?=——^-(7?g+r+7?'+R))(3)電路圖見解析BD

KIK

【變式2-2】某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性.現(xiàn)有器材：直流恒流電源(在正常工

作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導(dǎo)線等.

(1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在實(shí)物圖上連線.

(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值;

②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，________,,斷開開關(guān);

③重復(fù)第②步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù).

(3)實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得下圖所示的R—t關(guān)系圖線，

請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R—f關(guān)系式：R=+/(Q).

答案(1)如圖所示

(2)②讀取溫度計示數(shù)讀取電壓表示數(shù)(3)1000.4

解析(3)由尺一，圖線可知，當(dāng)九=10℃時，尺1=104。，當(dāng)女=60℃時，&=124。，R-t

圖線的斜率為@將圖線延長，圖線過原點(diǎn)，說明f=0℃時的電阻為100。，

t2-t\

故&一，關(guān)系式為A=100+0.4/(Q).

【變式2-3】溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的

阻值隨溫度變化的特性工作的.如圖甲所示，電源的電動勢E=9.0V,內(nèi)阻不計；G為靈敏

電流計，內(nèi)阻凡保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合

開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20°C時，電流表示數(shù)/i=2mA；電流表的示數(shù)上=3.6mA時，熱

敏電阻的溫度是

答案120

解析￡=/(R+Rg)代入/i=2mA得Rg=0.5kQ

代入A=3.6mA得尺=2kO

讀圖可得溫度為120℃.

【題型3熱敏電阻的應(yīng)用】

【例3】由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻阻值是溫度的函數(shù)?；跓崦綦娮鑼囟让舾性碇?/p>

作一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，要求熱敏電阻溫度升高至50℃時，系統(tǒng)開始自動報警。所用器材有:

直流電源￡（36V,內(nèi)阻不計）；電流表（量程250mA,內(nèi)阻約0.1。）；電壓表（量程50V,內(nèi)

阻約1M。）；熱敏電阻RT;報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過10mA時就會報警，超過

30mA時就會損傷）；滑動變阻器凡（最大阻值4000。）；電阻箱&（最大阻值9999.9。）；單

刀單擲開關(guān)S"單刀雙擲開關(guān)S2；導(dǎo)線若干。

（1）用圖（a）所示電路測量熱敏電阻凡的阻值，當(dāng)溫度為27℃時，電壓表讀數(shù)為30.0V,電

流表讀數(shù)為15.0mA；當(dāng)溫度為50°。時，調(diào)節(jié)Ri，使電壓表讀數(shù)仍為30.0V,電流表指針

位置如圖（b）所示。溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為.。，從實(shí)驗(yàn)原理上看，該方法

測得的阻值比真實(shí)值略微（填“偏大”或“偏小”）。如果熱敏電阻阻值隨溫度升高

而變大，則其為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。基于以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,

該熱敏電阻RT為.（填“止”或“負(fù)”）溫度系數(shù)熱敏電阻。

圖⑹

（2）某同學(xué)搭建一套基于該熱敏電阻的火災(zāi)報警系統(tǒng),實(shí)物圖連線如圖⑹所示，其中有一個

器件的導(dǎo)線連接有誤，該器件為.（填器件名稱）。正確連接后，先使用電

阻箱氏進(jìn)行調(diào)試，其阻值設(shè)置為Q,滑動變阻器凡阻值從最大逐漸減小，直至報

警器開始報警，此時滑動變阻器4連入電路的阻值為Qo調(diào)試完畢后，再利用單

刀雙擲開關(guān)S2的選擇性開關(guān)功能，把熱敏電阻號接入電路，可方便實(shí)現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和工作系

統(tǒng)的切換。

圖⑹

解析：（1）由圖（b）可知，電流表的示數(shù)為50mA,則此時熱敏電阻的阻值為Rr=S=600Q,

1\

該方法所測電流值為真實(shí)電流值，所測電壓值為熱敏電阻和電流表兩端的總電壓，故根據(jù)R

=）,可知此時所測電阻值偏大；在相同電壓下，溫度越高，通過電流越大，說明熱敏電阻

的阻值隨溫度的升高而降低，故RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

（2）滑動變阻器R的導(dǎo)線連接有誤，兩根導(dǎo)線都連接在上端，無法起到改變接入電阻阻值的

作用，應(yīng)一上一下連接；先使用電阻箱心進(jìn)行調(diào)試，其阻值應(yīng)設(shè)置為50℃時RT的電阻值，

即600。；此時要求剛好在50℃時自動報警，則通過電路的電流為10mA,報警器和電流

表的電阻很小，可忽略不計，可得此時滑動變阻器的阻值為凡=一一刈=3000。。

答案：（1）600偏大負(fù)（2）滑動變阻器以6003000

【變式3-1】現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過

60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過八時就

會報警），電阻箱（最大阻值為999.9。），直流電源（輸出電壓為U,內(nèi)阻不計），滑動變阻器

Q（最大阻值為1000。），滑動變阻器尺2（最大阻值為2000。），單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若

干。在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18V,約為10mA；流過報警器的電流超過

20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時阻值為650.0

（1）完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

熱敏電阻

⑵電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填或“心”）o

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為Q；滑

動變阻器的滑片應(yīng)置于—（填2”或?"）端附近，不能置于另一端的原因是

②將開關(guān)向(填“C”或“產(chǎn))端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至

(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

解析：(1)電路圖連接如圖所示。

(2)報警器開始報警時，對整個回路有U=/c(R,*+R熱)，代入數(shù)據(jù)可得7?滯-1150.0。，因此

滑動變阻器應(yīng)選擇恐。

(3)①在調(diào)節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應(yīng)為報警器報警

時熱敏電阻的阻值，即為650.0Q?滑動變阻器在電路中為限流接法，滑片應(yīng)置于6端附

近，若置于另一端。時，閉合開關(guān)，則電路中的電流/=3一A"27.7mA,超過報警器最

650.0

大電流20mA,報警器可能損壞。②開關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報

警器開始報警為止。

答案：⑴見解析圖(2)尺2(3)0650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA,

報警器可能損壞②c報警器開始報警

【變式3-2】已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10℃升至60℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某

同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源￡、開關(guān)S、滑動變阻器7?(最

大阻值為20。)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100Q)。

(1)在虛線框中所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。

(2)實(shí)驗(yàn)時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計算

出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA,則此

時熱敏電阻的阻值為kQ(保留2位有效數(shù)字)。實(shí)驗(yàn)中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫

度t變化的曲線如圖(a)所示。

(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kQ。由

圖(a)求得，此時室溫為℃(保留3位有效數(shù)字)。

R/kQ

（4）利用實(shí)驗(yàn)中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖（b）所示。圖中，E為

直流電源（電動勢為10V,內(nèi)阻可忽略）；當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時，便觸發(fā)報

警器（圖中未畫出）報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為50℃,則圖中（填“品”或“小”）

應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為k。（保留2位有效數(shù)字）。

答案⑴如解析圖所示⑵1.8（3）25.5

（4）7?i1.2

解析（1）由于滑動變阻器的最大阻值比待測電阻的阻值小得多，因此滑動變阻器應(yīng)用分壓

式接法，由于電壓表可視為理想電表，則電流表應(yīng)用外接法，電路圖如圖所示。

（2）由歐姆定律得R=U=—W—。=1.8x1。3。=1.8k。。

I3.0X103

（3）由題圖（a）可直接讀出熱敏電阻的阻值為2.2k。時，室溫為25.5°C。

（4）由題意可知隨溫度的升高及兩端的輸出電壓應(yīng)增大，又由串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，&的阻

值應(yīng)減小或&的阻值應(yīng)增大，而熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，因此必應(yīng)為熱敏電

阻；當(dāng)環(huán)境溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為0.8k。，則由串聯(lián)電路的特點(diǎn)有一

解得&=1.2kO。

【變式3-3】由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻阻值是溫度的函數(shù)?；跓崦綦娮鑼囟让舾性?/p>

理制作一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，要求熱敏電阻溫度升高至50℃時，系統(tǒng)開始自動報警。所用器

材有：

直流電源￡（36V,內(nèi)阻不計）；

電流表（量程250mA,內(nèi)阻約0.1Q）；

電壓表（量程50V,內(nèi)阻約1MQ）；

熱敏電阻Rr;

報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過10mA時就會報警，超過30mA時就會損傷）；

滑動變阻器凡（最大阻值4000Q）；

電阻箱尺2（最大阻值9999.9Q）；

單刀單擲開關(guān)Si；

單刀雙擲開關(guān)S2；

導(dǎo)線若干。

（1）用圖a所示電路測量熱敏電阻電的阻值。當(dāng)溫度為27℃時，電壓表讀數(shù)為30.0V,電流

表讀數(shù)為15.0mA；當(dāng)溫度為50°C時，調(diào)節(jié)員，使電壓表讀數(shù)仍為30.0V,電流表指針位

置如圖b所示。

溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為Q?從實(shí)驗(yàn)原理上看，該方法測得的阻值比真

實(shí)值略微（填“偏大”或“偏小”）=如果熱敏電阻阻值隨溫度升高而變大，則其為

正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻?；谝陨蠈?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該熱敏電阻

RT為（填“正”或“負(fù)”）溫度系數(shù)熱敏電阻。

,

RTLC\Q°Ifo

---------（AH--------------^

RiEmA

ab

（2）某同學(xué)搭建一套基于該熱敏電阻的火災(zāi)報警系統(tǒng)，實(shí)物圖連線如圖c所示，其中有一個

器件的導(dǎo)線連接有誤，該器件為（填器件名稱）。正確連接后，先使用電阻箱&進(jìn)行

調(diào)試，其阻值設(shè)置為Q,滑動變阻器品阻值從最大逐漸減小，直至報警器開始報

警，此時滑動變阻器4連入電路的阻值為。。調(diào)試完畢后，再利用單刀雙擲開關(guān)

S2的選擇性開關(guān)功能，把熱敏電阻比接入電路，可方便實(shí)現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和工作系統(tǒng)的切換。

C

答案（1）600偏大負(fù)（2）7?16003000

解析（1）溫度為50°。時，由圖b可知，電流表示數(shù)為50mA,根據(jù)歐姆定律可得，熱敏電

阻的阻值比C=600。；由于電流表內(nèi)接，導(dǎo)致測量值比真實(shí)值略微偏大；

I50義IO、

根據(jù)歐姆定律可知，在溫度為27℃時，熱敏電阻的阻值為2000。，說明該熱敏電阻為負(fù)溫

度系數(shù)熱敏電阻。

（2）由圖c可知，滑動變阻器以接入電路用了上邊兩個接線柱，無法起到變阻器的作用；為

了保證在50℃時報警器剛好能夠報警，設(shè)置電阻箱心的阻值為600。；報警時的總電阻為

R?=-=——Q=3600Q,此時滑動變阻器連入電路的阻值為必=3600。-600。=3

“T10X10f

000Qo

【題型4聯(lián)系實(shí)際】

【例4】電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設(shè)的感應(yīng)線來感知汽車的壓力。感應(yīng)線是一個壓電薄膜傳

感器，壓電薄膜在受壓時兩端產(chǎn)生電壓，電壓隨壓力變化而變化，壓力越大電壓越大，壓力

不變，電壓一定。壓電薄膜與電容器C、電阻R組成圖甲所示的回路。紅燈亮?xí)r，如果汽車

的前、后輪先后經(jīng)過感應(yīng)線，回路中會產(chǎn)生兩個脈沖電流，如圖乙所示，即視為"闖紅燈”,

電子眼自動拍照記錄。則紅燈亮?xí)r（

甲乙

A.車輪停在感應(yīng)線上時電阻R上有恒定電流

B.車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中，電容器先放電后充電

C.車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中，電阻尺上的電流一直增大

D.汽車前輪剛越過感應(yīng)線，又倒回到線內(nèi)，會被電子眼拍照

答案：D

解析：汽車停在感應(yīng)線上時，汽車對壓電薄膜的壓力不變，電壓恒定，電路中沒有電流，A

錯誤；車輪經(jīng)過感應(yīng)線時，電容器先充電后放電，電流不會一直增大，BC錯誤；汽車前輪

兩次經(jīng)過感應(yīng)線，產(chǎn)生兩個脈沖電流，所以會被電子眼拍照，D正確。故選D。

【變式4-1］（多選）如圖是蘋果自動分揀裝置的示意圖。該裝置把大小不同的蘋果，按一

定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動分揀為大蘋果和小蘋果。4為壓力傳感器。&為可調(diào)電阻，尺兩端電壓越

大，電磁鐵對分棟開關(guān)的銜鐵吸引越強(qiáng)（）

A.壓力越大4越大B.壓力越大片越小

C.調(diào)節(jié)%的大小可以起到保護(hù)電路的作用D.調(diào)節(jié)%的大小可以改變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)

【答案】BD

【解析】壓力越大，若4越小，則總電阻越小，總電流越大，故&兩端電壓越大，則電磁

鐵對分棟開關(guān)的銜鐵吸引越強(qiáng)，所以大蘋果從下面的軌道通過，小蘋果從上面軌道通過，可

以起到自動分揀大小蘋果的效果，反之則不能，故A錯誤，B正確；通過調(diào)節(jié)&的大小，

可以改變&的兩端的電壓，則可以改變電磁鐵對分棟開關(guān)的銜鐵吸引力的強(qiáng)弱，從而改變

蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)，故C錯誤，D正確。

【變式4-2］圖示是利用LDR（光敏電阻，其阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減?。﹤鞲衅骱蜔襞?/p>

（始終正常發(fā)光）制成的一種簡易水污染指示器（未將閉合電路全部畫出），把手上的顯示

器顯示的數(shù)據(jù)大表示流過LDR的電流較小，可以用來監(jiān)測河水的污染情況，下列說法中正

確的是（）

LDR（光敏電阻）

A.河水嚴(yán)重污染時，顯示器數(shù)據(jù)大

B.河水嚴(yán)重污染時，顯示器數(shù)據(jù)小

C.無論污染程度如何，光敏電阻的阻值都恒定

D.該儀器不會受到白天光照的影響

【答案】A

【解析】河水嚴(yán)重污染時，透過污水照到LDR的光線較少，則LDR的電阻較大，電流較小,

則顯示器數(shù)據(jù)較大，故A正確，BC錯誤；因?yàn)轱@示器的示數(shù)與光照有關(guān)，所以會受到白天

光照的影響，故D錯誤。

【變式4-3】筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開啟時磁

體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入

休眠狀態(tài)。如圖所示，一塊長為a,寬為b,厚度為d的矩形霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子

是電荷量為e的自由電子，元件中通有大小為/、方向向右的電流，電子定向移動速度大小

為v,單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為當(dāng)顯示屏閉合時元件處于垂直于上下表面向上、大小

為B的勻強(qiáng)磁場中，則前后表面間會產(chǎn)生霍爾電壓U,以此控制屏幕的熄滅。則（）

A.前表面的電勢比后表面的高

B.霍爾電壓。與v無關(guān)

C.霍爾電壓。=空

D.電子所受洛倫茲力的大小為《

a

答案：C

【題型5霍爾元件】

【例5】霍爾元件是一種磁傳感器，是實(shí)際生活中的重要元件之一.如圖所示為長度一定的

霍爾元件，在該元件中通有方向從￡到戶的恒定電流/,在空間加一豎直向下的勻強(qiáng)磁場，

磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為民霍爾元件中的載流子為負(fù)電荷?則下列說法正確的是（）

A.該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量

B.左表面的電勢高于右表面

C.如果用該元件測赤道處的磁場，應(yīng)保持元件上表面呈水平狀態(tài)

D.如果霍爾元件中的電流大小不變，則左、右表面的電勢差與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比

答案：D

解析：霍爾元件是把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，A錯誤；由于霍爾元件中的載流子為負(fù)電荷，則

負(fù)電荷的運(yùn)動方向由尸到￡,由左手定則可知負(fù)電荷向左表面偏轉(zhuǎn)，則右表面的電勢高，B

錯誤；如果用該元件測赤道處的磁場，由于地磁場與水平面平行，因此如果霍爾元件的上表

面保持水平，則無電壓產(chǎn)生，C錯誤；根據(jù)口出=口細(xì)，U=Bdv,又I=nqSv,聯(lián)立解得〃

d

=幽，可知保持電流不變，則左、右表面的電勢差與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，D正確.

nqS

【變式5-1】磁傳感器是將磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膬x器.如圖所示，將探頭放在磁場中，可以

很方便的測量磁場的強(qiáng)弱和方向.探頭可能是（）

A.感應(yīng)線圈B.熱敏電阻C.霍爾元件D.干簧管

【答案】c

【解析】將探頭放在磁場中，可以很方便的測量磁場的強(qiáng)弱和方向，將磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?

所以探頭可能是霍爾元件。

【變式5-2］（多選）如圖所示，載流子為電子的霍爾元件樣品置于磁場中，表面與磁場方

向垂直，圖中的1、2、3、4是霍爾元件上的四個接線端。當(dāng)開關(guān)Si、S2閉合后，三個電表

都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是（）

A.通過霍爾元件的磁場方向向下B.接線端2的電勢低于接線端4的電勢

C.同時將電源巳、E2反向，電壓表的示數(shù)將不變D.若減小R/、增大處，則電壓表示數(shù)1

定增大

【答案】ABC

【解析】由安培定則可判斷出左側(cè)線圈產(chǎn)生的磁場方向向上，經(jīng)鐵芯后在霍爾元件處的磁場

方向向下，A正確；通過霍爾元件的磁場方向向下，由左手定則可知，霍爾元件中載流子受

到的磁場力向右，載流子偏向接線端2,載流子為電子，則接線端2的電勢低于接線端4的

電勢，B正確；僅將電源瓦、上反向接入電路，磁場反向，電流反向，霍爾元件中載流子

受到的磁場力不變，電壓表的示數(shù)不變，C正確；若減小小，電流產(chǎn)生的磁場增強(qiáng)，通過霍

爾元件的磁場增強(qiáng)，增大處，流過霍爾元件的電流減弱，霍爾元件產(chǎn)生的電壓U=k—

d

可能減小，電壓表示數(shù)可能減小，D錯誤。

【變式5-3］（多選）所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體時，產(chǎn)生橫向電勢差的

物理現(xiàn)象。如圖所示為霍爾元件的工作原理圖，在磁場作用下，導(dǎo)體內(nèi)定向運(yùn)動的自由電荷

在磁場力作用下偏轉(zhuǎn)，最終在如圖所示前后方向上出現(xiàn)電勢差，即為霍爾電壓，其表達(dá)式為

TD

%=吟,其中左為常數(shù)，d為霍爾元件沿磁場方向的厚度。自行車速度計就是利用霍爾效

a

應(yīng)傳感器獲知自行車的運(yùn)動速率的。在自行車前輪上安裝一塊磁鐵，車輪每轉(zhuǎn)一圈，這塊磁

鐵就靠近傳感器一次，傳感器會輸出一個脈沖電壓。下列說法正確的是（）

磁場B

A.金屬導(dǎo)體中有正電荷向左定向移動

B.霍爾電壓與運(yùn)動電荷所受的洛倫茲力有關(guān)

C.若自行車的車速越大，則霍爾電壓越高

D.根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可求得車速大小

【答案】BD

【解析】金屬導(dǎo)體中的載流子為自由電子，帶負(fù)電，定向移動方向與電流方向相反，正電荷

不做定向運(yùn)動，故A錯誤；霍爾效應(yīng)是指將載流導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)磁場方向與電流

方向垂直時，運(yùn)動電荷在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致在與磁場、電流垂直的方向上

形成電勢差，所以霍爾電壓與運(yùn)動電荷在磁場中所受的洛倫茲力有關(guān)，故B正確；由電流的

微觀計算式/=〃evS（"是單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)，e是單個自由電子所帶的電荷量，S

IDTD

是導(dǎo)體垂直于電流方向的橫截面積，v是自由電子定向移動的速度），可得UH=*7=4T

此表達(dá)式說明霍爾電壓與車速無關(guān)，且左為與材料有關(guān)的常數(shù)，故c錯誤：根據(jù)單位時間內(nèi)

的脈沖數(shù)，可求得車輪轉(zhuǎn)動周期，從而求得車輪的角速度，最后由線速度公式，結(jié)合車輪半

徑，即可求得車速大小，故D正確。故選BD。

【題型6位移傳感器】

【例6】（多選）傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，起自動控制作用，如計算機(jī)鼠標(biāo)中有

位移傳感器，電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器……，

演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體〃在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的滑動觸頭

滑動，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法

正確的是（）

O

A.物體〃運(yùn)動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化

B.物體〃運(yùn)動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化

C.物體〃不動時，電路中沒有電流

D.物體〃向x正方向運(yùn)動，電壓表示數(shù)增大

答案:BD

解析：回路中的電流等于電動勢除以整個回路的阻值，不會隨著〃的運(yùn)動而變化，A錯誤，

C錯誤；物體〃運(yùn)動時，電壓表所測量的阻值發(fā)生變化，則電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化。當(dāng)物

體〃向x正方向運(yùn)動，電壓表所測量的阻值變大，電壓表示數(shù)增大。B正確，D正確。故選

BD?

【變式6-1】霍爾式位移傳感器的測量原理如圖所示，有一個沿z軸方向均勻變化的勻強(qiáng)磁

場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=8o+kz（Bo、k均為常數(shù)，且k>0）。將霍爾元件固定在物體上，保持通

過霍爾元件的電流/不變（方向如圖所示），當(dāng)物體沿z軸正方向平移時，由于位置不同，

霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢差。也不同。則（）

A.磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，霍爾元件的前、后表面的電勢差。越大

B.k越大，傳感器靈敏度（詈）越高

UZ

C.若圖中霍爾元件是電子導(dǎo)電，則下表面電勢高

D.電流越大，霍爾元件的上、下表面的電勢差U越小

答案：B

解析：根據(jù)左手定則可知，電荷將在洛倫茲力的作用下向上下偏轉(zhuǎn)，因此上下表面之間存在

電勢差，前、后表面不存在電勢差，A錯誤；設(shè)霍爾元件長、寬、高分別為a、b、C,達(dá)到

平衡時q—=qvB

c

又/="/s=的近整理的u=篇①可知電流越大，霍爾元件的上、下表面的電勢差。越大

有①式可得

U=%="。W從而半=上因此k越大,傳感器靈敏度（臂）越高，B正確，D錯

誤；由于電子運(yùn)動的方向與電流方向相反，根據(jù)左手定則可知，電子向下偏轉(zhuǎn)，上表面電勢

IWJ,C錯誤。故選B。

【變式6-2］（多選）傳感器是智能社會的基礎(chǔ)元件。如圖為電容式位移傳感器的示意圖，

觀測電容C的變化即可知道物體位移x的變化，些表示該傳感器的靈敏度。電容器極板和

Ax

電介質(zhì)板長度均為3測量范圍為-下列說法正確的是（）

22

極板°

電介質(zhì)板■物體

iOx

A.電容器的電容變大，物體向-X方向運(yùn)動

B.電容器的電容變大，物體向+X方向運(yùn)動

C.電介質(zhì)的介電常數(shù)越大，傳感器靈敏度越高

D.電容器的板間電壓越大，傳感器靈敏度越高

答案：AC

解析：根據(jù)電容決定式C=$可知，電容器的電容變大，說明電容器極板間的電介質(zhì)板

長度增加，則物體沿-X方向運(yùn)動，故A正確，B錯誤；電介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電介

質(zhì)板移動相同的位移，電容的變化量AC越大，傳感器靈敏度越高，故C正確；電容器的板

間電壓變化，電容不發(fā)生變化，則傳感器靈敏度不變，故D錯誤。故選AC。

【變式6-3】計算機(jī)鍵盤上的每一個按鍵下面都有一個電容傳感器.電容的計算公式是

C=￡―其中常量￡=9.0xl（Ti午如一1,S表示兩金屬片的正對面積，d表示兩金屬片間的

a

距離.當(dāng)某一鍵被按下時，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出

相應(yīng)的信號.

己知兩金屬片的正對面積為50mm2,鍵未被按下時，兩金屬片間的距離為0.60mm.只要電

容變化達(dá)0.25pF,電子線路就能發(fā)出相應(yīng)的信號.那么為使按鍵得到反應(yīng)，至少需要按下

多大距離？

答案：0.15mm

【解析】由題中給出的電容計算公式及相關(guān)數(shù)據(jù)，解得鍵未按下時的電容G=0.75

a

pF,

C,d,,ACM,

由有=?得，7^=7，XC2=1.00pF,解得Ad=0.15mm.

【題型7溫度傳感器】

【例7】如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R—/圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的

一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100。.當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時，繼

電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=9.0V,內(nèi)阻不計.圖中的“電

源”是恒溫箱加熱器的電源.

K/n

（1）應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在（填“42端”或“C、D端”）.

（2）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50℃,可變電阻尺'的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為Q.

答案（1）4、B端（2）260

解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在/、8端.當(dāng)線圈中的電流較小時，繼電器的銜鐵在上方，

恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高.

隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻火的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大

于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停

止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低.隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻R的阻值變大，則線圈中

的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于20mA時，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱

器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度.要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50℃,

F

即50。（2時線圈內(nèi)的電流為20mA.由閉合電路歐姆定律1=--------------j為繼電器的電阻.由

r+R+R'

F

題圖甲可知，50°C時熱敏電阻的阻值為900,所以R'=j-（r+7?）=260Q.

【變式7-1】如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)示意圖。電飯鍋中的感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，能

被磁體吸引，當(dāng)溫度上升到約103℃（稱為感溫鐵氧體的“居里點(diǎn)”）時，就會失去鐵磁性,

不能被磁體吸引，在電飯鍋工作過程中，下列說法錯誤的是（）

感溫鐵氧體

解點(diǎn)（電熱板電源開關(guān)）

A.煮飯時手壓開關(guān)按鈕，永磁體與感溫鐵氧體相吸同時接通電路

B.當(dāng)鍋底水分剛好被大米全部吸收時，電飯鍋立即自動斷電

C.當(dāng)感溫鐵氧體的溫度達(dá)到"居里點(diǎn)"時，電飯鍋?zhàn)詣訑嚯?/p>

D.若用電飯鍋燒水至沸騰時，感溫鐵氧體與永磁體仍吸在一起

【答案】B

【解析】由電路圖可看出煮飯時手壓開關(guān)按鈕，永磁體與感溫鐵氧體相吸，觸電相連接，同

時接通電路，A正確，不符合題意；在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是io（rc,即水在沸騰后溫

度為100℃,則當(dāng)鍋底水分剛好被大米全部吸收時溫度還是100℃,沒有達(dá)到感溫鐵氧體的"居

里點(diǎn)"，感溫鐵氧體不會失去鐵磁性，則感溫鐵氧體與永磁體仍吸在一起，電飯鍋不會立即

自動斷電，B錯誤，符合題意；當(dāng)感溫鐵氧體的溫度達(dá)到"居里點(diǎn)"時，感溫鐵氧體失去鐵磁

性，則彈簧將感溫鐵氧體與永磁體彈開，電飯鍋立即自動斷電，C正確，不符合題意；

在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃,即水在沸騰后溫度為100。。此時繼續(xù)吸熱，溫度不

會升高，沒有達(dá)到感溫鐵氧體的"居里點(diǎn)"，感溫鐵氧體不會失去鐵磁性，則感溫鐵氧體與永

磁體仍吸在一起，D正確，不符合題意。

【變式7-2】利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小

范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高.

（1）如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變,

只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變（填“大”或“小”）.

（2）上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電

阻附近的溫度.如果刻度盤正中的溫度為20。（2（如圖甲所示），則25。（2的刻度應(yīng)在20。（2的

刻度的（填“左”或“右”）側(cè).

配有溫度刻度的電流表

--------@-------

熱敏電阻上仆

-----^=7=!--------

甲乙

（3）為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材（可增加元

器件）設(shè)計一個電路.

答案（1）?。?）右⑶見解析圖

解析（1）因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大，故電路中電流會減小.

（2）由（1）的分析知，溫度越高，電流越大，25°C的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20℃的刻度

的右側(cè).

（3）電路如圖所示.

配有溫度刻度的電流表

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