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第5章　傳感器及其應用
第1節　常見傳感器的工作原理
(分值：60分)
1~8題每題4分，共32分
考點一　初識傳感器
1.(2023·錦州市渤海大學附屬高中月考)關于傳感器，下列說法正確的是(　　)
A.金屬材料不可以制成傳感器
B.所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的
C.傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號
2.(2023·徐州市期末)現代生活離不開智能手機，手機中有很多特殊功能需要傳感器來實現。例如當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，手機會自動關閉屏幕，實現這一功能可能用到的傳感器為(　　)
A.光傳感器和位移傳感器
B.磁傳感器和溫度傳感器
C.磁傳感器和聲傳感器
D.壓力傳感器和加速度傳感器
3.(多選)(2023·寧德市高二期末)關于傳感器在生產生活中的實際應用，下列說法正確的是(　　)
A.電梯超載時發出警報，這是力傳感器的應用
B.智能手機利用指紋解鎖，這是磁傳感器的應用
C.室外智能路燈白天自動熄滅，這是位移傳感器的應用
D.紅外測溫槍測量人體溫度，這是紅外線傳感器的應用
考點二　敏感元件
4.(2023·廣州市第一中學期中)如圖所示，以下器具均應用了傳感器，下列說法正確的是(　　)
A.話筒應用了熱傳感器，其作用是將電信號轉換為聲信號
B.電子秤所使用的測力裝置是光敏電阻傳感器
C.煙霧散射火災報警器應用了聲傳感器
D.電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器作用是控制電路的通斷
5.(多選)如圖所示的溫控電路中，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高，阻值越小)，C為電容器，電源內阻不可忽略。當環境溫度降低時，下列說法正確的是(　　)
A.半導體熱敏電阻R2的阻值變大
B.電壓表的讀數增大
C.電容器C的帶電荷量增大
D.R1消耗的功率變大
6.(多選)(2023·龍巖市高二期中)如圖甲所示，某跳床俱樂部通過壓力傳感器獲取運動員的運動數據，其工作電路如圖乙所示。圖乙中電源電動勢恒定，內阻可忽略不計，R1為定值電阻，R為壓力傳感器，其阻值隨壓力的增大而減小，電壓表和電流表均為理想電表。從運動員接觸蹦床、擠壓蹦床到離開蹦床的過程中，下列說法正確的是(　　)
A.電流表的示數先增大后減小
B.電壓表的示數先增大后減小
C.電壓表與電流表示數的比值先增大后減小
D.電路消耗的總功率先增大后減小
7.(多選)(2023·呂梁市江陰中學月考)熱敏電阻與光敏電阻在生活中有很多應用，如圖為一個智慧農場利用熱敏電阻與光敏電阻感應大棚內溫度與光照強度變化的簡單電路原理圖，RT為負溫度系數熱敏電阻(阻值隨溫度升高而減小)，R1為光敏電阻(阻值隨光照強度升高而減小)，R2和R3均為定值電阻，電源電壓保持不變，V為理想電壓表。若發現電壓表的示數增大，可能發生的情況是(　　)
A.大棚內溫度升高
B.大棚內溫度降低
C.大棚內光照強度增強
D.大棚內光照強度減弱
8.(多選)(2024·南陽市第一中學高二開學考試)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。當開關S1、S2閉合后，三個電表都有明顯示數，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E1、E2反向，電壓表的示數將相反
D.若適當減小R1、增大R2，則電壓表示數一定增大
9~11題每題6分，共18分
9.(多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內阻為r，RT為負溫度系數熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發光，由于環境條件改變(光照或溫度)，發現小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　)
A.溫度不變，光照增強
B.溫度升高，光照不變
C.溫度降低，光照增強
D.溫度升高，光照減弱
10.(多選)如圖甲所示，M是一個小型理想變壓器，原、副線圈匝數之比n1∶n2=10∶1，接線柱a、b接一正弦式交變電源，電壓如圖乙所示。變壓器右側部分為一火災報警系統原理圖，其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器(電阻值隨溫度升高而減小)，R1為一定值電阻，電表均為理想電表。下列說法中正確的是(　　)
A.電壓表V1示數為22 V
B.輸入電壓瞬時值表達式為u=220sin 100πt V
C.當R2所在處出現火情時，電流表A的示數變小
D.當R2所在處出現火情時，電壓表V2的示數變大
11.有一種測量物體重力的電子秤，其電路原理如圖中的虛線部分所示，主要由三部分構成：踏板、壓力傳感器R(實際上是一個阻值可隨壓力變化的電阻)、顯示物體重力的儀表G(實際上是電流表)。不計踏板的質量，已知電流表的量程為0~2 A，內阻為Rg=1 Ω，電源電動勢為E=12 V，內阻為r=1 Ω，電阻R隨物體重力G變化的數學關系式為R=30-0.01G(G和R的單位分別為N和Ω)。下列說法正確的是(　　)
A.該秤能測量的最大物重是3 000 N
B.該秤的零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤的0.375 A處
C.該秤顯示重力的刻度是均勻標注的
D.該秤顯示的重力G與通過電路中的電流I滿足數學關系式G=3 200+
12.(10分)(2023·太原師范學院附屬中學高二階段練習)某實驗小組為改裝一電子秤，選用器材如下：電動勢為3 V的電源(內阻不計)、量程為0~3 V的理想電壓表、阻值為5 Ω的定值電阻R0、阻值隨長度均勻變化的電阻絲R(長度為0.05 m，總阻值為25 Ω)、輕彈簧(電阻不計)、托盤、開關、導線等，實驗原理如圖甲所示；電阻絲的滑動端與輕彈簧上端相連，當托盤中沒有放重物時，滑動觸頭恰好指在電阻絲的最上端，此時電壓表示數為零，g取10 m/s2。
(1)(2分)圖甲中，定值電阻R0的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　；
(2)(4分)彈簧所受彈力F與其形變量ΔL的關系如圖乙所示，該彈簧的勁度系數為　　　　 N/m；若按圖甲進行實驗，則電壓表示數U與被測重物質量m成　　　　(選填“正比”或“反比”)關系；
(3)(2分)某同學利用相同的器材提出另一實驗方案，如圖丙所示，若按此方案進行實驗，則U與被測重物質量m的關系式為　　　　　　　(用m表示)；
(4)(2分)對比甲與丙兩種方案，你覺得哪個方案更優，并說出你的理由：　　　　　　　　　　　　　。
答案精析
1.D　［傳感器材料分為半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，故A、B錯誤；傳感器的種類很多，不一定都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的，故C錯誤；話筒是通過聲波的振動，改變電容或電流的大小，從而將聲信號轉換為電信號的，故D正確。］
2.A?。郛斎藢⑹謾C靠近耳朵附近接聽電話時，改變了位移，并且耳朵可能擋住了光線，所以可能用到的傳感器為光傳感器和位移傳感器，A正確；當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，沒有磁場的變化，也沒有產生特別的壓力，B、C、D錯誤。］
3.AD?。垭娞莩d時發出警報，表明壓力超過臨界值，這是力傳感器的應用，A正確；智能手機利用指紋解鎖有電容、光學和超聲波三種解決方案，B錯誤；室外智能路燈白天自動熄滅，這是光傳感器的應用，C錯誤；紅外測溫槍測量人體溫度，測溫槍能感知人體發出的紅外線，這是紅外線傳感器的應用，D正確。］
4.D　［話筒是一種聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號，A錯誤；電子秤所使用的傳感器是力傳感器，是把形變這個力學量轉化為電壓這個電學量，B錯誤；煙霧散射火災報警器是應用煙霧對光的散射來工作的，所以該報警器利用的傳感器是光傳感器，C錯誤；電熨斗通過溫度傳感器實現溫度的自動控制，通過雙金屬片傳感器控制電路的通斷，D正確。］
5.ABC?。鄹鶕}意可知R2為熱敏電阻，溫度越低，阻值越大，故A正確；當環境溫度降低時R2阻值增大，外電路總電阻增大，根據閉合電路歐姆定律分析得知，干路電流I減小，路端電壓U=E-Ir，E、r不變，則U增大，電壓表的讀數增大，電容器兩端的電壓UC=E-I(r+R1)，E、r、R1均不變，I減小，UC增大，電容器C的帶電荷量增大，故B、C正確；R1消耗的功率P=I2R1，I減小，R1不變，則P減小，故D錯誤。］
6.AD　［從運動員接觸蹦床、擠壓蹦床到離開蹦床的過程中，壓力傳感器受到的壓力先增大后減小，壓力傳感器的阻值先減小后增大，根據閉合電路歐姆定律可知，電路電流先增大后減小，即電流表的示數先增大后減??；定值電阻R1兩端電壓先增大后減小，則電壓表的示數先減小后增大，故A正確，B錯誤；根據歐姆定律可得R=，由于壓力傳感器的阻值先減小后增大，可知電壓表與電流表示數的比值先減小后增大，故C錯誤；根據P總=EI，由于電路電流先增大后減小，可知電路消耗的總功率先增大后減小，故D正確。］
7.AD?。鄞笈飪葴囟壬撸琑T阻值減小，根據串反并同可知與它串聯的R3兩端的電壓增大，電壓表示數增大，故A正確；大棚內溫度降低，RT阻值增大，根據串反并同可知與它串聯的R3兩端的電壓減小，電壓表示數減小，故B錯誤；大棚內光照強度增強，R1阻值減小，根據串反并同可知與它并聯的R3兩端電壓減小，電壓表示數減小，故C錯誤；大棚內光照強度減弱，R1阻值增大，根據串反并同可知與它并聯的R3兩端電壓增大，電壓表示數增大，故D正確。］
8.AB?。塾砂才喽▌t可判斷出左側線圈產生的磁場方向向上，經鐵芯后在霍爾元件處的磁場方向向下，故A正確；通過霍爾元件的磁場方向向下，由左手定則可知，霍爾元件中導電物質受到的洛倫茲力向右，導電物質偏向接線端2，導電物質為電子，則接線端2的電勢低于接線端4的電勢，故B正確；僅將電源E1、E2反向接入電路，磁場反向，電流反向，霍爾元件中導電物質受到的洛倫茲力不變，電壓表的示數不變，故C錯誤；若適當減小R1，電流產生的磁場增強，通過霍爾元件的磁場增強，增大R2，流過霍爾元件的電流減弱，霍爾元件產生的霍爾電壓UH=k，可能減小，電壓表示數可能減小，故D錯誤。］
9.AC　［由題圖可知，當光敏電阻阻值減小或負溫度系數熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，故光照增強或溫度降低均可使小燈泡變暗，A項正確，B項錯誤；若光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L會變得更暗，即光照增強的同時溫度降低可以引起小燈泡變暗，C項正確，D項錯誤。］
10.AB?。塾深}圖乙可知，輸入的電壓有效值為220 V，變壓器的電壓比等于匝數比，由此可得副線圈的電壓為U2=U1=×220 V=22 V，所以電壓表V1示數為22 V，故A正確；由題圖乙可知，周期為0.02 s，ω== rad/s=100π rad/s，所以輸入電壓瞬時值表達式為u=220sin 100πt V，故B正確；當出現火情時，溫度升高，R2電阻值減小，副線圈的電流變大，所以原線圈電流即電流表A的示數變大，R1兩端的電壓增大，由于副線圈的總電壓不變，所以R2兩端的電壓即電壓表V2的示數變小，故C、D錯誤。］
11.B　［由電阻R隨物體重力G變化的數學關系式R=30-0.01G可知，物體重力越大，電阻越小，電路中的電流越大，當電流表的示數為2 A時，電阻R=(-1-1) Ω=4 Ω，此時G= N=2 600 N，故該秤能測量的最大物重是2 600 N，A錯誤；當物體重力為零時，壓力傳感器的電阻R=30 Ω，電路中的電流I== A=0.375 A，B正確；因E=I(R+r+Rg)，R=30-0.01G，所以G與I的數學關系式為G=3 200-，可知該秤顯示重力的刻度不是均勻標注的，C、D錯誤。］
12.(1)防止出現短路，保護電源
(2)10 000　正比　(3)U=　(4)甲方案更優，因為電壓表示數與重物質量成正比關系，電子秤的刻度可以在電壓表上均勻標示出來
解析　(1)定值電阻R0的主要作用是：防止電路出現短路，避免電路中電流過大，燒壞電源，從而起到保護電源的作用；
(2)由圖像可得，彈簧的勁度系數
k==10 000 N/m
對于題圖甲，設電阻絲的總長度為L，當托盤中放入質量為m的重物時，此時有F=kΔL=mg，
則ΔL=
則電壓表的示數為U=·R=·
=m=m
故電壓表示數U與被測重物質量m成正比關系；
(3)若按題圖丙方案進行實驗，則電壓表示數U與被測重物質量m的關系式為U=·Rx
Rx=R=m
聯立可得U=
(4)對比甲與丙兩種方案，顯然甲方案更優，因為甲方案中電壓表示數與重物質量成正比關系，電子秤的刻度可以在電壓表上均勻標示出來。第1節　常見傳感器的工作原理
［學習目標］　1.知道什么是傳感器及其工作原理(重點)。2.熟悉常見的敏感元件在生產生活中的應用(重難點)。
一、初識傳感器
干簧管結構：如圖甲所示，玻璃管內封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，將它接入如圖乙所示的電路，當條形磁體靠近干簧管時：
(1)會發生什么現象，為什么？
(2)干簧管的作用是什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.傳感器
能感受外界信息，并將其按照一定的規律轉換成　　　　　　　　(主要是電信號)的器件或裝置，我們稱之為傳感器。
2.傳感器的工作原理
傳感器主要由　　　　　　　　和　　　　　　　　組成(如圖)?！　　　≡苯痈惺鼙粶y的量，并輸出與被測的量有確定關系的　　　　?！　　　≡⒚舾性敵龅摹　　　⌒盘栟D換為便于顯示、記錄、處理和控制的　　　　　　。
3.傳感器的作用
傳感器通常應用于自動測量和自動控制系統中，擔負著信息采集和轉化任務，同時將不便于儀表顯示和用于自動控制的　　　　　　　　(如壓力、位移、流量、溫度、濃度等)轉化為便于儀表顯示和用于自動控制的　　　　　　(如電壓、電流、電阻等)。
4.處理傳感器問題的兩點注意
(1)傳感器是以一定的精度和規律把被測的量轉換為與之有確定關系的、便于測量的量的一種裝置，在處理實際問題時注意被測量與測量量之間的關系。
(2)傳感器一般是把被測量轉換成電學量，因此往往與電子元件一起構成回路，應注意電路分析。
例1　(多選)關于傳感器，下列說法正確的是(　　)
A.麥克風工作時，將感受到的聲音信號轉換成電信號
B.電子秤工作時，將感受到的壓力信號轉換為電信號
C.煙霧傳感器工作時，將感受到的煙霧濃度信號轉換為電信號，實現自動報警
D.聲控燈工作時，將感受到的聲音信號轉換為電能給燈泡供電
例2　許多辦公樓及宿舍樓的樓梯上的電燈白天不亮，到了晚上能夠自動做到“人來即亮，人走即滅”，其神奇功能在于控制燈的“開關”傳感器，下列有關該傳感器的說法正確的是(　　)
A.該傳感器能夠測量的物理量是位移和溫度
B.該傳感器能夠測量的物理量是位移和光照強度
C.該傳感器能夠測量的物理量是光照強度和聲音
D.該傳感器能夠測量的物理量是壓力和位移
二、敏感元件
1.光敏元件
(1)　　　　　　　　是一種典型的光敏元件，廣泛應用于光敏傳感器中。
(2)光敏電阻是用金屬硫化物等　　　　　材料制成的。當光照射到這些半導體物質上時，會激發半導體內部受束縛的電子，其電阻值就會發生改變。光照　　　　，被激發的電子數就越多，電阻值就　　　　。
2.熱敏元件
(1)　　　　　　　　是一種常用的熱敏元件，廣泛應用于溫度傳感器中。
(2)NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而　　　　，因此又稱為　　　　溫度系數熱敏電阻。還有一種PTC熱敏電阻，它的阻值隨溫度的升高而　　　　，稱為　　　　溫度系數熱敏電阻。熱敏電阻是一種　　　　　　　極高的溫度傳感器，在測溫過程中響應非?？臁＠脽崦綦娮柚瞥傻摹　　　　　　　?，能很快測出體溫；家用電器(如電腦、空調、電冰箱等)的溫度傳感器使用的也主要是　　　　　　　　。熱敏電阻是利用　　　　　　的電阻會隨溫度的變化而改變的特性制成的。
3.磁敏元件
(1)　　　　　　　　是根據半導體材料的霍爾效應制成的一種磁敏元件，廣泛應用于磁傳感器中。
(2)一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩個是霍爾元件的電流I的輸入、輸出端，另兩個是霍爾電壓的輸出端。在其垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，將在垂直于電流和磁場的方向上產生電勢差為UH的霍爾電壓(如圖)。這幾個物理量的關系為UH=k。式中，d為霍爾元件厚度，k為與材料有關的霍爾系數。對于一個給定的霍爾元件，當電流I固定時，UH完全取決于　　　　　　　　　　　　。
1.某興趣小組為了研究電子溫控裝置，將熱敏電阻R1(負溫度系數)、定值電阻R2以及電壓表和電流表接入如圖所示的電路中。熱敏電阻R1的阻值隨溫度的升高而減小。
(1)閉合開關S后，溫度升高時，電流表的示數如何變化？
(2)閉合開關S后，溫度降低時，電壓表的示數如何變化？
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2.如圖所示，設MN方向長度為l2，薄片厚度為d，霍爾元件中的載流子為負電荷。求其穩定電壓UH。
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例3　(2024·廈門市第三中學高二期末)某學校新裝了一批節能路燈如圖甲所示，該路燈通過光控開關實現自動控制：電燈的亮度可自動隨周圍環境的亮度改變而改變。如圖乙為其內部電路簡化原理圖，電源電動勢為E，內阻為r，R1為光敏電阻(光照強度增加時，其電阻值減小)。當隨著傍晚到來光照逐漸減弱時，則下列判斷正確的是(　　)
A.A燈變亮，B燈變暗
B.電源的效率變大
C.電源內阻消耗的功率變大
D.R1上電流的變化量等于R0上電流變化量
例4　(2023·天津市高二期末)如圖所示是一火災報警器的電路示意圖，其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，這種半導體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而減小。電流表為值班室的顯示器，電源兩極之間接一報警器，當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　)
A.I變大，U變大 B.I變大，U變小
C.I變小，U變大 D.I變小，U變小
例5　(2024·南陽市第一中學高二月考)霍爾元件是一種磁傳感器，是實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E到F的恒定電流I，在空間加一豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，霍爾元件中的載流子為負電荷。則下列說法正確的是(　　)
A.該元件能把電學量轉換為磁學量
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，應保持元件上表面呈水平狀態
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強度成正比
答案精析
一、
(1)燈泡會亮，因為當條形磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器。
梳理與總結
1.可用輸出信號
2.敏感元件　轉換元件　敏感
信號　轉換　物理　電信號
3.非電學量　電學量
例1　ABC?。埯溈孙L工作時將聲音信號轉換為電信號，電子秤工作時將受到的物體的壓力大小的信號轉換為電信號，煙霧傳感器工作時將感受到的環境中的煙霧濃度信號轉換為電信號，實現自動報警，選項A、B、C正確；聲控燈工作時利用聲控開關控制電路的通斷，將聲音信號轉換為電信號，并不是給燈泡供電，選項D錯誤。］
例2　C　［樓道中安裝了自動燈光控制系統，白天燈不亮與光傳感器有關；晚上有人經過時，燈自動亮起來，與聲音有關，是聲傳感器，所以該傳感器能夠測量的物理量是光照強度和聲音，C正確。］
二、
1.(1)光敏電阻　(2)半導體　越強　越小
2.(1)熱敏電阻　(2)減小　負　增大
正　靈敏度　電子體溫計　熱敏電阻　半導體
3.(1)霍爾元件　(2)磁感應強度B
思考與討論
1.(1)溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，電路中的電流變大，所以電流表的示數變大。
(2)溫度降低時，熱敏電阻的阻值增大，電路中的電流變小，R2兩端的電壓變小，電壓表的示數變小。
2.當定向運動的負電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時，有q=qvB。根據電流的微觀表達式有I=nqSv，整理后得UH=。
令k=，則UH=k。
例3　B?。酃庹罩饾u減弱時，光敏電阻阻值增大，電路總電阻增大，總電流減小，內電壓減小，外電壓增大，A燈變亮；支路R0上的電流減小，R0上的電壓減小，又因為外電壓增大，所以B燈兩端電壓增大，所以B燈變亮，故A錯誤；因為外電阻變大，根據η=×100%=×100%=(1-)×100%可知，電源的效率變大，故B正確；因為內電壓減小，所以電源內阻消耗的功率變小，故C錯誤；對于支路R0，有ΔI0=ΔIB+ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D錯誤。］
例4　D?。郛攤鞲衅鱎2所在處出現火情時，R2阻值變小，R2與R3的并聯總電阻減小，外電路的總電阻R減小，由閉合電路歐姆定律可知電路的總電流增大，電源的內電壓變大，由U=E-I總r可知路端電壓減小，即報警器兩端電壓U變小，電路中并聯部分的電壓U并=E-I總(R1+r)，由于I總變大，則可知U并變小，則根據部分電路的歐姆定律可知通過顯示器的電流I變小，故選D。］
例5　D?。刍魻栐前汛艑W量轉換為電學量，A錯誤；由于霍爾元件中的載流子為負電荷，則負電荷的運動方向由F到E，由左手定則可知負電荷向左表面偏轉，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，則左右表面間無電壓產生，C錯誤；根據qvB=q得U=Bdv，又I=nqSv，聯立解得U=，可知保持電流不變，則左、右表面的電勢差與磁感應強度成正比，D正確。］(共59張PPT)
DIWUZHANG
第5章
第1節　常見傳感器的工作原理
1.知道什么是傳感器及其工作原理(重點)。
2.熟悉常見的敏感元件在生產生活中的應用(重難點)。
學習目標
一、初識傳感器
二、敏感元件
課時對點練
內容索引
一
初識傳感器
干簧管結構：如圖甲所示，玻璃管內
封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，
將它接入如圖乙所示的電路，當條形
磁體靠近干簧管時：
(1)會發生什么現象，為什么？
答案　燈泡會亮，因為當條形磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通。
(2)干簧管的作用是什么？
答案　干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器。
1.傳感器
能感受外界信息，并將其按照一定的規律轉換成 (主要是電信號)的器件或裝置，我們稱之為傳感器。
2.傳感器的工作原理
傳感器主要由 和 組成(如圖)。 元件直接感受被測的量，并輸出與被測的量有確定關系的 。 元件將敏感元件輸出的 信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的 。
梳理與總結
可用輸出信號
敏感元件
轉換元件
敏感
信號
轉換
物理
電信號
3.傳感器的作用
傳感器通常應用于自動測量和自動控制系統中，擔負著信息采集和轉化任務，同時將不便于儀表顯示和用于自動控制的 (如壓力、位移、流量、溫度、濃度等)轉化為便于儀表顯示和用于自動控制的 (如電壓、電流、電阻等)。
4.處理傳感器問題的兩點注意
(1)傳感器是以一定的精度和規律把被測的量轉換為與之有確定關系的、便于測量的量的一種裝置，在處理實際問題時注意被測量與測量量之間的關系。
(2)傳感器一般是把被測量轉換成電學量，因此往往與電子元件一起構成回路，應注意電路分析。
非電學量
電學量
　(多選)關于傳感器，下列說法正確的是
A.麥克風工作時，將感受到的聲音信號轉換成電信號
B.電子秤工作時，將感受到的壓力信號轉換為電信號
C.煙霧傳感器工作時，將感受到的煙霧濃度信號轉換為電信號，實現自
　動報警
D.聲控燈工作時，將感受到的聲音信號轉換為電能給燈泡供電
例1
√
√
√
麥克風工作時將聲音信號轉換為電信號，電子秤工作時將受到的物體的壓力大小的信號轉換為電信號，煙霧傳感器工作時將感受到的環境中的煙霧濃度信號轉換為電信號，實現自動報警，選項A、B、C正確；
聲控燈工作時利用聲控開關控制電路的通斷，將聲音信號轉換為電信號，并不是給燈泡供電，選項D錯誤。
　許多辦公樓及宿舍樓的樓梯上的電燈白天不亮，到了晚上能夠自動做到“人來即亮，人走即滅”，其神奇功能在于控制燈的“開關”傳感器，下列有關該傳感器的說法正確的是
A.該傳感器能夠測量的物理量是位移和溫度
B.該傳感器能夠測量的物理量是位移和光照強度
C.該傳感器能夠測量的物理量是光照強度和聲音
D.該傳感器能夠測量的物理量是壓力和位移
例2
√
樓道中安裝了自動燈光控制系統，白天燈不亮與光傳感器有關；晚上有人經過時，燈自動亮起來，與聲音有關，是聲傳感器，所以該傳感器能夠測量的物理量是光照強度和聲音，C正確。
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二
敏感元件
1.光敏元件
(1) 是一種典型的光敏元件，廣泛應用于光敏傳感器中。
(2)光敏電阻是用金屬硫化物等 材料制成的。當光照射到這些半導體物質上時，會激發半導體內部受束縛的電子，其電阻值就會發生改變。光照 ，被激發的電子數就越多，電阻值就 。
光敏電阻
半導體
越強
越小
2.熱敏元件
(1) 是一種常用的熱敏元件，廣泛應用于溫度傳感器中。
(2)NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而 ，因此又稱為 溫度系數熱敏電阻。還有一種PTC熱敏電阻，它的阻值隨溫度的升高而 ，稱為 溫度系數熱敏電阻。熱敏電阻是一種 極高的溫度傳感器，在測溫過程中響應非?？?。利用熱敏電阻制成的 ，能很快測出體溫；家用電器(如電腦、空調、電冰箱等)的溫度傳感器使用的也主要是 。熱敏電阻是利用 的電阻會隨溫度的變化而改變的特性制成的。
熱敏電阻
減小
負
增大
正
靈敏度
電子體溫計
熱敏電阻
半導體
3.磁敏元件
(1) 是根據半導體材料的霍爾效應制成的一種磁敏元件，廣泛應用于磁傳感器中。
(2)一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩個是霍爾元件的電流I的輸入、輸出端，另兩個是霍爾電壓的輸出端。在其垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，將在垂直于電流和磁場的方向上產生電勢差
為UH的霍爾電壓(如圖)。這幾個物理量的關系為UH=
k。式中，d為霍爾元件厚度，k為與材料有關的霍爾
系數。對于一個給定的霍爾元件，當電流I固定時，UH
完全取決于 。
霍爾元件
磁感應強度B
1.某興趣小組為了研究電子溫控裝置，將熱敏電阻
R1(負溫度系數)、定值電阻R2以及電壓表和電流表
接入如圖所示的電路中。熱敏電阻R1的阻值隨溫度
的升高而減小。
(1)閉合開關S后，溫度升高時，電流表的示數如何變化？
思考與討論
答案　溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，電路中的電流變大，所以電流表的示數變大。
(2)閉合開關S后，溫度降低時，電壓表的示數如
何變化？
答案　溫度降低時，熱敏電阻的阻值增大，電路
中的電流變小，R2兩端的電壓變小，電壓表的示數變小。
2.如圖所示，設MN方向長度為l2，薄片厚度為d，
霍爾元件中的載流子為負電荷。求其穩定電壓UH。
答案　當定向運動的負電荷所受電場力與洛倫茲
力平衡時，有q=qvB。根據電流的微觀表達式有I=nqSv，整理后得UH=。
令k=，則UH=k。
　(2024·廈門市第三中學高二期末)某學校新裝了一批節能路燈如圖甲所示，該路燈通過光控開關實現自動控制：電燈的亮度可自動隨周圍環境的亮度改變而改變。如圖乙為其內部電路簡化原理圖，電源電動勢為E，內阻為r，R1為光敏電阻(光照強度增加時，其電阻值減小)。當隨著傍晚到來光照逐漸減弱時，則下列判斷正確的是
A.A燈變亮，B燈變暗
B.電源的效率變大
C.電源內阻消耗的功率變大
D.R1上電流的變化量等于R0上電流變化量
例3
√
光照逐漸減弱時，光敏電阻阻值增大，電路總電阻增大，總電流減小，內電壓減小，外電壓增大，A燈變亮；支路R0上的電流減小，R0上的電壓減小，又因為外電壓增
大，所以B燈兩端電壓增大，所以B燈變亮，故A錯誤；
因為外電阻變大，根據η=×100%=×100%=(1-)×100%可知，
電源的效率變大，故B正確；
因為內電壓減小，所以電源內阻消耗的功率變小，故C錯誤；
對于支路R0，有ΔI0=ΔIB+ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D錯誤。
　(2023·天津市高二期末)如圖所示是一火災報警器的電路示意圖，其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，這種半導體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而減小。電流表為值班室的顯示器，電源兩極之間接一報警器，當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是
A.I變大，U變大
B.I變大，U變小
C.I變小，U變大
D.I變小，U變小
例4
√
當傳感器R2所在處出現火情時，R2阻值變小，R2與R3的并聯總電阻減小，外電路的總電阻R減小，由閉合電路歐姆定律可知電路的總電流增大，電源的內電壓變大，由U=E-I總r可知路端電壓減小，
即報警器兩端電壓U變小，電路中并聯部分的電壓U并=E-I總(R1+r)，由于I總變大，則可知U并變小，則根據部分電路的歐姆定律可知通過顯示器的電流I變小，故選D。
　(2024·南陽市第一中學高二月考)霍爾元件是一種磁傳感器，是實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E到F的恒定電流I，在空間加一豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，霍爾元件中的載流子為負電荷。則下列說法正確的是
A.該元件能把電學量轉換為磁學量
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，應保持元件
　上表面呈水平狀態
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
　感應強度成正比
例5
√
霍爾元件是把磁學量轉換為電學量，A錯誤；
由于霍爾元件中的載流子為負電荷，則負電荷的運動方向由F到E，由左手定則可知負電荷向左表面偏轉，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，則左右表面間無電壓產生，C錯誤；
根據qvB=q得U=Bdv，又I=nqSv，聯立解得U=，可知保持電流不
變，則左、右表面的電勢差與磁感應強度成正比，D正確。
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課時對點練
三
考點一　初識傳感器
1.(2023·錦州市渤海大學附屬高中月考)關于傳感器，下列說法正確的是
A.金屬材料不可以制成傳感器
B.所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的
C.傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號
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基礎對點練
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傳感器材料分為半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，故A、B錯誤；
傳感器的種類很多，不一定都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的，故C錯誤；
話筒是通過聲波的振動，改變電容或電流的大小，從而將聲信號轉換為電信號的，故D正確。
2.(2023·徐州市期末)現代生活離不開智能手機，手機中有很多特殊功能需要傳感器來實現。例如當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，手機會自動關閉屏幕，實現這一功能可能用到的傳感器為
A.光傳感器和位移傳感器
B.磁傳感器和溫度傳感器
C.磁傳感器和聲傳感器
D.壓力傳感器和加速度傳感器
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當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，改變了位移，并且耳朵可能擋住了光線，所以可能用到的傳感器為光傳感器和位移傳感器，A正確；
當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，沒有磁場的變化，也沒有產生特別的壓力，B、C、D錯誤。
3.(多選)(2023·寧德市高二期末)關于傳感器在生產生活中的實際應用，下列說法正確的是
A.電梯超載時發出警報，這是力傳感器的應用
B.智能手機利用指紋解鎖，這是磁傳感器的應用
C.室外智能路燈白天自動熄滅，這是位移傳感器的應用
D.紅外測溫槍測量人體溫度，這是紅外線傳感器的應用
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電梯超載時發出警報，表明壓力超過臨界值，這是力傳感器的應用，A正確；
智能手機利用指紋解鎖有電容、光學和超聲波三種解決方案，B錯誤；
室外智能路燈白天自動熄滅，這是光傳感器的應用，C錯誤；
紅外測溫槍測量人體溫度，測溫槍能感知人體發出的紅外線，這是紅外線傳感器的應用，D正確。
考點二　敏感元件
4.(2023·廣州市第一中學期中)如圖所示，以下器具均應用了傳感器，下列說法正確的是
A.話筒應用了熱傳感器，其作用
　是將電信號轉換為聲信號
B.電子秤所使用的測力裝置是光敏電阻傳感器
C.煙霧散射火災報警器應用了聲傳感器
D.電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種
　傳感器作用是控制電路的通斷
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話筒是一種聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號，A錯誤；
電子秤所使用的傳感器是力傳感器，是把形變這個力學量轉化為電壓這個電學量，B錯誤；
煙霧散射火災報警器是應用煙霧對光的散射來工作的，所以該報警器利用的傳感器是光傳感器，C錯誤；
電熨斗通過溫度傳感器實現溫度的自動控制，通過雙金屬片傳感器控制電路的通斷，D正確。
5.(多選)如圖所示的溫控電路中，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高，阻值越小)，C為電容器，電源內阻不可忽略。當環境溫度降低時，下列說法正確的是
A.半導體熱敏電阻R2的阻值變大
B.電壓表的讀數增大
C.電容器C的帶電荷量增大
D.R1消耗的功率變大
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根據題意可知R2為熱敏電阻，溫度越低，阻值越大，故A正確；
當環境溫度降低時R2阻值增大，外電路總電阻
增大，根據閉合電路歐姆定律分析得知，干路電流I減小，路端電壓U=E-Ir，E、r不變，則U增大，電壓表的讀數增大，電容器兩端的電壓UC=E-I(r+R1)，E、r、R1均不變，I減小，UC增大，電容器C的帶電荷量增大，故B、C正確；
R1消耗的功率P=I2R1，I減小，R1不變，則P減小，故D錯誤。
6.(多選)(2023·龍巖市高二期中)如圖甲所示，某跳床俱樂部通過壓力傳感器獲取運動員的運動數據，其工作電路如圖乙所示。圖乙中電源電動勢恒定，內阻可忽略不計，R1為定值電阻，R為壓力傳感器，其阻值隨壓力的增大而減小，電壓表和電流表均為理想電表。從運動員接觸蹦床、擠壓蹦床到離開蹦床的過程中，下列說法正確的是
A.電流表的示數先增大后減小
B.電壓表的示數先增大后減小
C.電壓表與電流表示數的比值先增大
　后減小
D.電路消耗的總功率先增大后減小
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從運動員接觸蹦床、擠壓蹦床到離開蹦床的過程中，壓力傳感器受到的壓力先增大后減小，壓力傳感器的阻值先減小后增大，根據閉合電
路歐姆定律可知，電路電流先增大后減小，即電流表的示數先增大后減?。欢ㄖ惦娮鑂1兩端電壓先增大后減小，則電壓表的示數先減小后增大，故A正確，B錯誤；
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根據歐姆定律可得R=，由于壓力傳感器的阻值先減小后增大，可知電壓表與電流表示數的比值先減小后增大，故C錯誤；
根據P總=EI，由于電路電流先增大后減小，可知電路消耗的總功率先增大后減小，故D正確。
7.(多選)(2023·呂梁市江陰中學月考)熱敏電阻與光敏電阻在生活中有很多應用，如圖為一個智慧農場利用熱敏電阻與光敏電阻感應大棚內溫度與光照強度變化的簡單電路原理圖，RT為負溫度系數熱敏電阻(阻值隨溫度升高而減小)，R1為光敏電阻(阻值隨光照強度升高而減小)，R2和R3均為定值電阻，電源電壓保持不變，V為理想電壓表。若發現電壓表的示數增大，可能發生的情況是
A.大棚內溫度升高
B.大棚內溫度降低
C.大棚內光照強度增強
D.大棚內光照強度減弱
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大棚內溫度升高，RT阻值減小，根據串反并同可知與它串聯的R3兩端的電壓增大，電壓表示數增大，故A正確；
大棚內溫度降低，RT阻值增大，根據串反并同可知與它串聯的R3兩端的電壓減小，電壓表示數減小，故B錯誤；
大棚內光照強度增強，R1阻值減小，根據串反并同可知與它并聯的R3兩端電壓減小，電壓表示數減小，故C錯誤；
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大棚內光照強度減弱，R1阻值增大，根據串反并同可知與它并聯的R3兩端電壓增大，電壓表示數增大，故D正確。
8.(多選)(2024·南陽市第一中學高二開學考試)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。當開關S1、S2閉合后，三個電表都有明顯示數，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E1、E2反向，電壓表的
　示數將相反
D.若適當減小R1、增大R2，則電壓表示數一定增大
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由安培定則可判斷出左側線圈產生的磁場方向向上，經鐵芯后在霍爾元件處的磁場方向向下，故A正確；
通過霍爾元件的磁場方向向下，由
左手定則可知，霍爾元件中導電物質受到的洛倫茲力向右，導電物質偏向接線端2，導電物質為電子，則接線端2的電勢低于接線端4的電勢，故B正確；
僅將電源E1、E2反向接入電路，磁場反向，電流反向，霍爾元件中導電物質受到的洛倫茲力不變，電壓表的示數不變，故C錯誤；
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若適當減小R1，電流產生的磁場增強，通過霍爾元件的磁場增強，增大R2，流過霍爾元件的電流減弱，霍爾元件產生的霍爾電壓UH=k，
可能減小，電壓表示數可能減小，故D錯誤。
9.(多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內阻為r，RT為負溫度系數熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發光，由于環境條件改變(光照或溫度)，發現小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是
A.溫度不變，光照增強
B.溫度升高，光照不變
C.溫度降低，光照增強
D.溫度升高，光照減弱
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由題圖可知，當光敏電阻阻值減小或負溫度系數熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，故光照增強或溫度降低均可使小燈泡變暗，A項正確，B項錯誤；
若光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L會變得更暗，即光照增強的同時溫度降低可以引起小燈泡變暗，C項正確，D項錯誤。
10.(多選)如圖甲所示，M是一個小型理想變壓器，原、副線圈匝數之比n1∶n2=10∶1，接線柱a、b接一正弦式交變電源，電壓如圖乙所示。變壓器右側部分為一火災報警系統原理圖，其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器(電阻值隨溫度升高而減小)，R1為一定值電阻，電表均為理想電表。下列說法中正確的是
A.電壓表V1示數為22 V
B.輸入電壓瞬時值表達式為u=
　220sin 100πt V
C.當R2所在處出現火情時，電流表A的示數變小
D.當R2所在處出現火情時，電壓表V2的示數變大
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由題圖乙可知，輸入的電壓有效值為220 V，變壓器的電壓比等于匝數比，由此可得副線圈的電壓為U2=U1=×220 V=　
22 V，所以電壓表V1示數為22 V，故A正確；
由題圖乙可知，周期為0.02 s，ω== rad/s=100π rad/s，所以輸入電壓瞬時值表達式為u=220sin 100πt V，故B正確；
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當出現火情時，溫度升高，R2電阻值減小，副線圈的電流變大，所以原線圈電流即電流表A的示數變大，R1兩端的電壓
增大，由于副線圈的總電壓不變，所以R2兩端的電壓即電壓表V2的示數變小，故C、D錯誤。
11.有一種測量物體重力的電子秤，其電路原理如圖中的虛線部分所示，主要由三部分構成：踏板、壓力傳感器R(實際上是一個阻值可隨壓力變化的電阻)、顯示物體重力的儀表G(實際上是電流表)。不計踏板的質量，已知電流表的量程為0~2 A，內阻為Rg=1 Ω，電源電動勢為E=12 V，內阻為r=1 Ω，電阻R隨物體重力G變化的數學關系式為R=30-0.01G(G和R的單位分別為N和Ω)。下列說法正確的是
A.該秤能測量的最大物重是3 000 N
B.該秤的零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表
　G刻度盤的0.375 A處
C.該秤顯示重力的刻度是均勻標注的
D.該秤顯示的重力G與通過電路中的電流I滿足數學關系式G=3 200+
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由電阻R隨物體重力G變化的數學關系式R=30-0.01G可知，物體重力越大，電阻越小，電路中的電流越大，當電流表的示數為2 A時，電阻R=(-1-1) Ω=4 Ω，此時G= N=2 600 N，故該
秤能測量的最大物重是2 600 N，A錯誤；
當物體重力為零時，壓力傳感器的電阻R=30 Ω，電路中的電流I= = A=0.375 A，B正確；
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因E=I(R+r+Rg)，R=30-0.01G，所以G與I的數學關系式為G=3 200-，可知該秤顯示重力的刻度不是均勻標注的，C、D錯誤。
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尖子生選練
12.(2023·太原師范學院附屬中學高二階段練習)某實驗小組為改裝一電子秤，選用器材如下：電動勢為3 V的電源(內阻不計)、量程為0~3 V的理想電壓表、阻值為5 Ω的定值電阻R0、阻值隨長度均勻變化的電阻絲R(長度為0.05 m，總阻值為25 Ω)、輕彈簧(電阻不計)、托盤、
開關、導線等，實驗原理如圖甲所示；電阻絲的滑動端
與輕彈簧上端相連，當托盤中沒有放重物時，滑動觸頭
恰好指在電阻絲的最上端，此時電壓表示數為零，g取
10 m/s2。
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(1)圖甲中，定值電阻R0的主要作用是_____________
_________；
防止出現短路，
保護電源
定值電阻R0的主要作用是：防止電路出現短路，避免電路中電流過大，燒壞電源，從而起到保護電源的作用；
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(2)彈簧所受彈力F與其形變量ΔL的關系如圖乙所示，該彈簧的勁度系數為_______N/m；若按圖甲進行實驗，則電壓表示數U與被測重物質量m成　____(選填“正比”或“反比”)關系；
10 000
正比
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由圖像可得，彈簧的勁度系數
k==10 000 N/m
對于題圖甲，設電阻絲的總長度為L，
當托盤中放入質量為m的重物時，
此時有F=kΔL=mg，則ΔL=
則電壓表的示數為U=·R=·=m=m
故電壓表示數U與被測重物質量m成正比關系；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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(3)某同學利用相同的器材提出另一實驗方案，如圖丙所示，若按此方案進行實驗，則U與被測重物質
量m的關系式為　　　_　(用m表示)；
U=
1
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3
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9
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若按題圖丙方案進行實驗，則電壓表示數U與被測重物質量m的關系式為
U=·Rx
Rx=R=m
聯立可得U=
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(4)對比甲與丙兩種方案，你覺得哪個方案更優，并說出你的理由：
__________________________________________________________________________________________。
甲方案更優，因為電壓表示數與重物質量成正比關系，電子秤的刻度可以在電壓表上均勻標示出來
對比甲與丙兩種方案，顯然甲方案更優，因為甲方案中電壓表示數與重物質量成正比關系，電子秤的刻度可以在電壓表上均勻標示出來。
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