資源簡介

第五章　傳感器
1　認識傳感器
2　常見傳感器的工作原理
（分值：100分）
1~7題每題6分，共42分
考點一　傳感器及其工作原理
1.下列關于傳感器的說法，正確的是（　　）
A.所有傳感器都是由金屬材料制成的
B.傳感器不是電視遙控接收器的主要元件
C.話筒中的傳感器將電信號轉換為聲信號
D.傳感器能將非電學量按一定規律轉換為電學量或者電路的通斷
2.（2023·綿陽市三臺中學高二期中）某樓梯口的電燈開關裝有傳感器，天黑時，出現聲音才能發光，而白天即使有聲音，電燈也不能發光，該開關中有兩種傳感器，它們是（　　）
A.熱敏電阻和光敏電阻
B.金屬熱電阻和光敏電阻
C.熱敏電阻和干簧管
D.光敏電阻和動圈式話筒
考點二　常見傳感器及其應用
3.位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑片P移動，通過電壓表顯示的數據來反映物體M位移的大小x。假設電壓表是理想電表，物體M不動時，滑片P位于滑動變阻器正中間位置，則下列說法正確的是（　　）
A.物體M運動時，電源內的電流會發生變化
B.物體M運動時，電壓表的示數會發生變化
C.物體M不動時，電路中沒有電流
D.物體M不動時，電壓表沒有示數
4.對于常見的可燃氣體濃度的檢測，現在一般用催化燃燒檢測器。它的原理如下：傳感器的核心為—惠斯通電橋，其中一橋臂上有催化劑，當與可燃氣體接觸時，可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發生明顯變化，其余橋臂的電阻不發生變化，從而引起整個電路的輸出發生變化，而該變化與可燃氣體的濃度成比例，從而實現對可燃氣體的檢測。由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為（　　）
A.銅 B.合金
C.半導體 D.絕緣體
5.（2023·東營市第一中學模擬）如圖甲所示，條形碼掃描筆的原理是掃描筆頭在條形碼上勻速移動時，遇到黑色線條，發光二極管發出的光線將被吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色間隔，光線被反射到光敏三極管，三極管呈低阻抗。光敏三極管將條形碼變成一個個電脈沖信號，信號經信號處理系統處理，即完成對條形碼信息的識別，等效電路圖如圖乙所示，其中R為光敏三極管的等效電阻，R0為定值電阻，下列判斷正確的是（　　）
A.當掃描筆頭在黑色線條上移動時，信號處理系統獲得高電壓
B.當掃描筆頭在白色間隔上移動時，信號處理系統獲得高電壓
C.掃描速度對信號處理系統接收到的電壓信號無影響
D.掃描筆頭外殼出現破損時仍然能正常工作
6.（多選）如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻（光照強度增大時電阻減小），電壓表內阻不計，當入射光強度增大時（　　）
A.電壓表的示數增大 B.R2中電流減小
C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大
7.（多選）（2023·宜賓市敘州區一中學校月考）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
8、9題每題9分，10題12分，11、12題每題14分，共58分
8.（2023·杭州市高二期中）如圖所示為某汽車的加速度傳感器的俯視圖。金屬塊左、右側分別連接電介質、輕質彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，金屬塊可帶動電介質相對于外框左右移動（不能上下移動），電容器與電源連接，并串聯計算機的信號采集器。關于該傳感器的說法正確的是（　　）
A.汽車保持靜止時，電容器不帶電
B.汽車靜止時與勻速直線運動時，電容器的電容相同
C.汽車由靜止突然向右加速，電路中有逆時針方向的電流
D.汽車向右做勻加速運動過程中，電路中始終有順時針方向的電流
9.（多選）如圖甲所示，“火災警報系統”電路中，理想變壓器原、副線圈匝數之比為10∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，電壓表和電流表均為理想電表，R0為半導體熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R1為滑動變阻器，當通過報警器的電流超過某值時，報警器將報警，下列說法正確的是（　　）
A.電壓表V的示數為10 V
B.R0處出現火情時，電流表A的示數減小
C.R0處出現火情時，變壓器的輸入功率增大
D.要使報警器報警的臨界溫度升高，可將R1的滑片P適當向下移動
10.（12分）（2024·昆明市高二期末）有一種測量人體重的電子秤，其原理圖如圖所示。它主要由三部分構成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R（一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻）、顯示體重的儀表（其實質是電流表）。其中AO∶BO=5∶1。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關系如表所示：
壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
踏板的杠桿組件的質量不計，接通電源后，壓力傳感器兩端電壓恒為4.68 V，則：
（1）（3分）利用表中數據歸納出電阻R隨壓力F變化的函數關系式；
（2）（4分）該秤零刻度線（即踏板空載時的刻度線）應標在電流表刻度盤多少毫安處？
（3）（5分）如果某人站在踏板上，電流表刻度盤示數為20 mA，這個人的體重是多少？（取g=10 N/kg）
11.（14分）（2023·連云港市高二期中）現代生物醫學研究使用的細菌培養箱內的溫度需要精確測控，測控的方法之一是用熱敏電阻來探測溫度。如圖甲所示的電路，將熱敏電阻R0置于細菌培養箱內（如圖中虛線），其余都置于箱外。這樣可以通過理想電流表、電壓表的示數來表示箱內溫度。已知隨著箱內溫度的改變，電壓表和電流表示數如圖乙，電源的電動勢恒定、內阻忽略不計。熱敏電阻隨溫度的變化圖像如圖丙所示，求：
（1）（3分）電阻R的阻值；
（2）（4分）當培養箱內的溫度為40 ℃時，電流表的示數；
（3）（7分）已知電流表的量程是0~20 mA，電壓表的量程是0~16 V，則此電路能夠測量的最高溫度約是多少？此時熱敏電阻R0消耗的電功率是多大？
12.（14分）一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的示意圖如圖所示，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在小車上，C為小車的車輪。D為與C同軸相連的齒輪，車輪轉動時，A發出的光束通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間的脈沖數為n，累積脈沖數為N。試回答下列問題：
（1）（5分）要測出小車的速度和行程，還必須測量的物理數據有哪些？
（2）（5分）推導小車速度v的表達式［用題中及（1）問中的物理數據表示］；
（3）（4分）推導小車行程s的表達式［用題中及（1）問中的物理數據表示］。
答案精析
1.D　［傳感器材料有半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料等，A錯誤；電視遙控接收器的主要元件是紅外線傳感器，B錯誤；話筒中的傳感器是聲傳感器，它將聲信號轉換為電信號，C錯誤；傳感器能將非電學量按一定規律轉換為電學量或者電路的通斷，D正確。］
2.D　［天黑時，出現聲音它就開啟；而白天，即使有聲音它也沒有反應，故電路中有光傳感器，即使天黑，沒聲音燈也不亮，故用到了聲音傳感器。即控制電路中接入了光傳感器、聲音傳感器，它們是光敏電阻和動圈式話筒。故選D。］
3.B　［電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故滑片P移動時不會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，且電路中始終有電流，故A、C錯誤；電壓表測的是滑片P左側電阻分得的電壓，故示數隨物體M的運動亦即滑片P的移動而變化，物體M不動時，電壓表仍有讀數，故B正確，D錯誤。］
4.C　［由題意可知，該電阻為熱敏電阻，熱敏電阻由半導體材料制成，故C正確，A、B、D錯誤。］
5.B　［信號處理系統獲得的電壓是R0兩端的電壓，當掃描筆頭在黑色線條上移動時，R相當于大電阻，根據閉合電路歐姆定律，回路電流很小，R0兩端的電壓很低，信號處理系統獲得低電壓；當掃描筆頭在白色間隔上移動時，R相當于小電阻，回路電流較大，R0兩端的電壓較高，信號處理系統獲得高電壓，A錯誤，B正確；如果掃描速度發生變化，在信號處理系統中高、低電壓的時間間隔就會發生變化，從而無法正確判斷黑、白條紋寬度，可能出現錯誤識別信息，C錯誤；掃描筆頭外殼出現破損時，外面的光就會進入光敏三級管，從而出現錯誤信息，導致不能正常工作，D錯誤。］
6.ABC　［當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，電壓表的示數增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤；因路端電壓減小，且R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B項正確；因干路電流增大，且R2中電流減小，知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確。］
7.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小；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。］
8.B　［汽車保持靜止時，Q=CU，電容器帶電，故A錯誤；汽車靜止時與勻速直線運動時，彈簧長度相同，電容器的電容相同，故B正確；當汽車向右加速運動時，電容器電介質相對于電容器極板向左運動，由C=可知電容變大，因兩極板間的電壓不變，則電容器的電荷量變大，電路中有順時針方向的電流，故C錯誤；汽車向右做勻加速運動過程中，加速度不變，彈簧伸長量不變，電容器充電完成后，不再有電流，故D錯誤。］
9.AC　［若原線圈的輸入電壓為U，其有效值為U1，根據有效值的定義，有·=T，其中U=100 V，解得U1=100 V，由變壓器原理可得副線圈輸出電壓即電壓表示數U2=10 V，選項A正確；R0處出現火情時，熱敏電阻的阻值減小，副線圈電流增大，根據變壓器原理可知，電流表A的示數增大，變壓器輸入功率增大，選項B錯誤，C正確；將R1的滑片P向上移動，副線圈電路的總電阻變小，總電流增大，R0兩端的電壓變大，報警器的分壓變小，電流也減小，能使報警器報警的臨界溫度升高，選項D錯誤。］
10.（1）R=300-0.6F（Ω）　（2）15.6 mA
（3）55 kg
解析　（1）由表中數據可歸納得出：R=300-0.6F（Ω）。
（2）依題意可知，電子秤空載時壓力傳感器受到的壓力為零，電阻R1=300 Ω，電路中的電流為I1== A=15.6 mA，所以該秤零刻度線應標在電流表刻度盤的15.6 mA處。
（3）當電流表刻度盤的示數為I2=20 mA時，壓力傳感器的電阻R2== Ω=234 Ω，由R=300-0.6F（Ω），解得F2=110 N。再由F2·AO=G·BO，可得G=550 N。故人的體重為m==55 kg。
11.（1）600 Ω　（2）16 mA　（3）70 ℃　0.08 W
解析　（1）根據題意，由題圖乙可知，當I=0時U=16 V
則電源的電動勢為E=16 V
當I=20 mA=0.02 A時，電阻R0兩端的電壓為U=4 V
由閉合電路歐姆定律有U=E-IR
解得R=600 Ω
（2）由題圖丙可知，當培養箱內的溫度為40 ℃時，R0的阻值為R0=400 Ω
由閉合電路歐姆定律有
I==0.016 A=16 mA
（3）根據題意，由題圖丙可知，溫度越高，R0阻值越小，則溫度最高時，電路中電流最大，即電流表滿偏，則有E=Ig（R0+R）
解得，此時R0的阻值為R0=200 Ω
由題圖丙可知，此時溫度為70 ℃，熱敏電阻R0兩端的電壓為
U1=IgR0=4 V
則消耗的電功率為
P=IgU1=0.08 W。
12.（1）車輪半徑R和齒輪齒數P
（2）v=　（3）s=
解析　（1）小車的速度等于車輪的周長與單位時間內車輪轉動圈數的乘積，行程等于車輪的周長與累積時間內車輪轉動圈數的乘積，所以還要測量車輪的半徑R和齒輪的齒數P。
（2）齒輪轉一圈電子電路顯示的脈沖數即為P。已知單位時間內的脈沖數為n，所以單位時間內齒輪轉動圈數為，則有小車速度v的表達式v=。
（3）小車行程s的表達式s=。1　認識傳感器
2　常見傳感器的工作原理
［學習目標］　1.知道什么是傳感器，了解傳感器的種類（重點）。2.知道傳感器的組成與應用模式。3.知道光敏電阻、熱電阻、熱敏電阻、電阻應變片的工作原理及應用（難點）。
一、傳感器
如圖甲所示，玻璃管內封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當條形磁鐵靠近干簧管時：
（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：把被測的非電信息，按一定規律轉換成與之對應的　　　　的器件或裝置。有時又被稱為探測器或變換器。
2.傳感器的結構
通常傳感器由　　　　元件和　　　　元件組成，有時也將信號調節轉換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分，如圖所示。
（1）敏感元件：常見的敏感元件包括力敏元件、光敏元件、熱敏元件、磁敏元件、氣敏元件等，它們能直接感受諸如壓力、光照、溫度、磁場、氣體等非電信息，并將這些信息變換成易于測量的物理量。
①彈性膜片：應變式壓力傳感器的彈性膜片就是敏感元件，它的作用是將壓力轉變成膜片的　　　　。
②光敏電阻：通常用硫化鎘或硒化鎘等半導體材料制成，隨著光照的　　　　，載流子增多，導電性　　　　。因此，光敏電阻能夠把　　　　　　這個光學量轉換成電阻這個電學量。
③干簧管：干簧管是一種能夠感知　　　　的敏感元件，由密封在玻璃管內的兩個軟磁體（通常是鐵鎳合金）簧片構成，兩個簧片在磁場中被磁化為異名磁極而相互吸引，所以，串聯在電路中的干簧管就成了一個由磁場控制的開關。
（2）轉換元件：通常不直接感受被測量，而是將敏感元件輸出的物理量轉換成　　　　，又稱傳感元件。
（3）信號調節轉換電路：由于轉換元件輸出的信號一般很弱，容易混有干擾信號，因此需要信號調節轉換電路對其進行　　　　、消除干擾，使轉換元件輸出的電信號轉換成便于顯示、記錄、處理和控制的電學量。
3.傳感器的分類
按感知外界信息及變換效應的不同，可分為以下三類。
（1）物理傳感器：利用了力、熱、光、電磁和聲等　　　　效應。
（2）化學傳感器：利用了　　　　　　的原理檢測物質的種類和濃度。
（3）生物傳感器：是利用酶、抗體和激素等分子識別功能進行工作的傳感器。
例1　關于傳感器，下列說法正確的是（　　）
A.所有傳感器都是由半導體材料制成的
B.金屬材料也可以制成傳感器
C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.水銀溫度計是一種傳感器
例2　（多選）（2023·甘孜康定中學月考）教學樓過道燈是由聲傳感器和光傳感器同時控制的，在夜晚天黑時，用力拍掌燈就亮了；而白天怎樣用力拍掌，燈都不能亮。其原理圖如圖所示，下列關于聲傳感器和光傳感器的說法正確的是（　　）
A.白天有光照時，光傳感器自動閉合
B.夜晚無光照時，光傳感器自動閉合
C.有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合
D.無人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合
二、溫度傳感器
溫度傳感器：是一種將　　　　變化轉換成電學量變化的裝置，使用的感溫敏感元件主要有熱敏電阻、熱電阻、熱雙金屬片和熱電偶等。
（1）熱敏電阻溫度傳感器：熱敏電阻由半導體材料制成，其電阻值隨溫度的變化非常　　　　。
①如圖（a）所示，這類熱敏電阻的阻值隨溫度升高而　　　　，稱為負溫度系數熱敏電阻，用NTC表示。
②另一類熱敏電阻的阻值隨溫度升高而　　　　，稱為正溫度系數熱敏電阻，用PTC表示。
（2）熱電阻溫度傳感器：用　　　　制作的感溫電阻稱為熱電阻，電阻R與溫度t的關系如圖（b）所示。
（3）熱雙金屬片溫度傳感器：將兩種　　　　　　相差較大的不同金屬片焊接或軋制成一體后，當溫度升高時，由于兩邊金屬片膨脹程度不同，可用來控制電路的通斷。許多冰箱壓縮機就是用雙金屬熱保護器進行保護的，如圖（c）所示。
將多用電表的選擇開關置于電阻擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻RT（溫度升高時電阻減小）的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用電表指針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，多用電表指針將如何偏轉？
　　 　
　　 　
例3　（多選）（2024·西寧市高二期末）在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現對電路相關物理量的控制。如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻（溫度越高，電阻越小），C為電容器。當環境溫度降低時（　　）
A.電容器C的帶電荷量增大
B.理想電壓表的示數增大
C.電容器C兩板間的電場強度減小
D.R1消耗的功率增大
例4　（多選）（2023·成都外國語學校校考）為保證師生用電安全，學校電路系統中安裝有由熱敏電阻制成的溫度監測器，如圖所示為理想變壓器，原、副線圈匝數比為3∶1，原線圈接交流電壓u=220sin（100πt）V，圖中電壓表和電流表為理想交流電表，RT為阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻，R1為定值電阻，則下列說法正確的是（　　）
A.變壓器輸入與輸出功率之比為3∶1
B.變壓器副線圈中電流的頻率為50 Hz
C.當RT處溫度升高時，電壓表示數不變
D.當RT處溫度升高時，電流表示數減小
三、光傳感器
1.定義
有些金屬或半導體材料，在電路中受到　　　　時，可以產生電流或電壓（光照越強，電阻越小），實現光信號向電信號的轉化，用這種材料做敏感元件，便可制成光傳感器。
2.應用實例
如圖為光電式轉速表的原理圖，光源1發出的光線經透鏡2會聚成平行光束照射到被測旋轉物3上，光線被事先粘貼在旋轉物體上的反光紙4反射回來，經透鏡5聚焦落在光敏二極管6上，它產生與轉速對應的電脈沖信號，轉速快慢不同，單位時間內接收的脈沖信號數量不同，經信號處理電路處理后，可由顯示器10顯示出每分鐘或每秒鐘轉過的圈數。
例5　（多選）某小區為積極響應市政府提出的“迎峰度冬”節約用電工作，擬將小區路燈電路進行改造，實現路燈亮度自控。如圖所示為其內部電路簡化原理圖，電源電動勢為E，內阻為r，RL為光敏電阻（光照強度增加時，其電阻阻值減小）。現減小光照強度，下列判斷正確的是（　　）
A.電源的效率變大
B.A燈和B燈都變亮
C.R0兩端電壓變大
D.電源內部發熱功率不變
四、力傳感器
1.定義：是一種把　　　　轉換為電學量的裝置。
2.應用實例：常用的力傳感器是由鋁合金梁和應變片組成的應變式力傳感器，其工作原理如圖所示，在梁的自由端施加向下的壓力時，梁發生彎曲，上表面拉伸，上應變片的電阻　　　　；下表面壓縮，下應變片的電阻　　　　。使應變片中通過恒定的電流，這時上、下應變片的電壓產生差值，壓力越　　　　，電壓差值越大；如果力的方向向上，則上、下應變片的電阻變化正好相反，電壓差值為負。
應變式力傳感器的原理
例6　壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學設計了利用壓敏電阻判斷豎直升降機運動狀態的裝置，其工作原理圖如圖甲所示，將壓敏電阻固定在升降機底板上，其上放置一個物塊，在升降機運動的過程中，電流表示數如圖乙所示，已知升降機靜止時電流表的示數為I1。下列判斷正確的是（　　）
A.0到t1時間內，升降機一定靜止
B.t1到t2時間內，升降機可能做勻加速直線運動
C.t1到t2時間內，升降機運動時的加速度在變化
D.t2到t3時間內，升降機可能向下勻速運動
五、電容式傳感器
電容式傳感器：電容器的電容C取決于極板的正對面積S、極板間距d以及極板間的電介質這三個因素。如果某個物理量（如角度θ、位移x、深度h等）的變化引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，通過電容的變化就可以確定上述物理量的變化，那么這種電容器就被稱為電容式傳感器。
如圖是電容式話筒的原理圖，話筒的振動膜片上涂有薄薄的金屬層，膜后相距幾十微米有一個金屬片，他們構成電容器的兩個極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關系來工作，試分析它的工作原理。
　　 　
　　 　
例7　傳感器是把非電學物理量（如位移、速度、壓力、角度等）轉換成電學物理量（如電壓、電流、電荷量等）的一種元件。如圖中的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是（　　）
A.圖甲中兩極間的電荷量不變，若電壓減小，可判斷出h變小
B.圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓增大，可判斷出θ變小
C.圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則x變小
D.圖丁中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大
答案精析
一、
（1）燈泡會亮，因為當條形磁鐵靠近干簧管時，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.電信號　
2.敏感　轉換　（1）①形變　②增強
變好　光照強弱　③磁場
（2）電學量　（3）放大　
3.（1）物理　（2）化學反應　
例1　B　［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等，A錯誤，B正確；傳感器是通過把非電學量轉換成電學量來傳遞信號的，C錯誤；水銀溫度計根據熱脹冷縮來測量溫度，不是傳感器，D錯誤。］
例2　BC　［天亮時光控開關自動斷開，天黑時自動閉合，有人走動或發出聲音，聲控開關閉合；兩個開關同時閉合，燈就會自動亮，故B、C正確。］
二、
溫度　（1）明顯　①減小　②增大
（2）金屬絲　（3）膨脹系數
討論交流
由于酒精揮發，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，多用電表指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻RT，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，多用電表指針將向右偏。
例3　AB　［當環境溫度降低時，R2的阻值增大，電路的總電阻增大，由I=可知I減小，又U=E-Ir，則電壓表的示數增大，B正確；由P1=I2R1可知，R1消耗的功率P1減小，D錯誤；電容器C兩板間的電壓U2=U-U1，U1=IR1，可知U1減小，U2增大，由電場強度E'=及Q=CU2可知，Q、E'都增大，故A正確，C錯誤。］
例4　BC　［理想變壓器輸入與輸出功率之比為1∶1，故A錯誤；變壓器原、副線圈中電流的頻率不變，為f=== Hz=50 Hz，故B正確；RT處溫度升高時，不會影響變壓器的輸入電壓，故C正確；RT處溫度升高時，電阻值減小，原、副線圈的匝數及原線圈電壓不變，則副線圈電壓不變，R1為定值電阻，由I2=可知，電流表示數增大，故D錯誤。］
三、
1.光照　
四、
1.力學量
2.變大　變小　大　
五、
討論交流
電容式話筒利用振動膜片接收空氣振動信號，振動膜片與固定電極之間形成一個電容，兩者之間的距離變化會導致其電容的變化。在電容器兩端施加恒定的電壓，通過電容器的電流就會變化。將這個電流信號進行轉換，即可輸出音頻信號。
例5　AB　［電源的效率為η=×100%=×100%
減小光照強度，光敏電阻阻值增大，則外電阻增大，電源的效率增大，故A正確；減小光照強度，其電阻阻值增大，根據I總=，可知總電流減小，根據Pr=·r，可知電源內部發熱功率減小，根據U=E-I總r，可知路端電壓增大，根據I=，可知通過A燈的電流增大，A燈變亮，而通過R0的電流減小，其兩端電壓減小，則B燈兩端電壓增大，B燈變亮，故B正確，C、D錯誤。］
例6　C　［從0~t1時間內，電流不變，根據閉合電路的歐姆定律可知電路中的總阻值不變，升降機可能靜止也可能勻速運動，故A錯誤；t1~t2時間內，電流增大，則電阻減小，因為壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，所以壓力增大，由牛頓第三定律得物塊受到的支持力逐漸增大，根據牛頓第二定律有FN-mg=ma，合力向上，加速度向上且逐漸增大，故B錯誤，C正確；t2~t3時間內電流不變，電阻不變，壓力不變，電流大于靜止時的電流，壓力大于靜止時的壓力，物塊受重力和支持力，根據牛頓第二定律有FN'-mg=ma'，合力向上，加速度向上且大小不變，所以t2~t3時間內升降機勻加速上升或勻減速下降，故D錯誤。］
例7　D　［題圖甲中兩極間的電荷量不變，若電壓減小，則由電容的定義式C=分析可知，電容增大，由電容的決定式C=可知，兩極間正對面積增大，h變大，A錯誤；題圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓增大，則電容減小，極板正對面積減小，θ變大，B錯誤；題圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，說明電容器在放電，電荷量減小，電容減小，電介質向外移動，則x變大，C錯誤；題圖丁中兩極間的電壓不變，若電流流向傳感器的正極，說明電容器在充電，電荷量增加，電容增大，兩電極間距離減小，則F變大，D正確。］(共80張PPT)
DIWUZHANG
第五章
1　認識傳感器　
2　常見傳感器的工作原理
1.知道什么是傳感器，了解傳感器的種類(重點)。
2.知道傳感器的組成與應用模式。
3.知道光敏電阻、熱電阻、熱敏電阻、電阻應變片的工作原理及應用(難點)。
學習目標
一、傳感器
二、溫度傳感器
三、光傳感器
課時對點練
四、力傳感器
內容索引
五、電容式傳感器
傳感器
一
如圖甲所示，玻璃管內封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當條形磁鐵靠近干簧管時：
(1)會發生什么現象，為什么？
答案　燈泡會亮，因為當條形磁鐵靠近干簧管時，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：把被測的非電信息，按一定規律轉換成與之對應的 的器件或裝置。有時又被稱為探測器或變換器。
2.傳感器的結構
通常傳感器由 元件和 元件組成，有時也將信號調節轉換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分，如圖所示。
梳理與總結
電信號
敏感
轉換
(1)敏感元件：常見的敏感元件包括力敏元件、光敏元件、熱敏元件、磁敏元件、氣敏元件等，它們能直接感受諸如壓力、光照、溫度、磁場、氣體等非電信息，并將這些信息變換成易于測量的物理量。
①彈性膜片：應變式壓力傳感器的彈性膜片就是敏感元件，它的作用是將壓力轉變成膜片的 。
形變
②光敏電阻：通常用硫化鎘或硒化鎘等半導體材料制成，隨著光照的
，載流子增多，導電性 。因此，光敏電阻能夠把_________
這個光學量轉換成電阻這個電學量。
③干簧管：干簧管是一種能夠感知 的敏感元件，由密封在玻璃管內的兩個軟磁體(通常是鐵鎳合金)簧片構成，兩個簧片在磁場中被磁化為異名磁極而相互吸引，所以，串聯在電路中的干簧管就成了一個由磁場控制的開關。
增強
變好
光照強弱
磁場
(2)轉換元件：通常不直接感受被測量，而是將敏感元件輸出的物理量轉換成 ，又稱傳感元件。
(3)信號調節轉換電路：由于轉換元件輸出的信號一般很弱，容易混有干擾信號，因此需要信號調節轉換電路對其進行 、消除干擾，使轉換元件輸出的電信號轉換成便于顯示、記錄、處理和控制的電學量。
電學量
放大
3.傳感器的分類
按感知外界信息及變換效應的不同，可分為以下三類。
(1)物理傳感器：利用了力、熱、光、電磁和聲等 效應。
(2)化學傳感器：利用了 的原理檢測物質的種類和濃度。
(3)生物傳感器：是利用酶、抗體和激素等分子識別功能進行工作的傳感器。
物理
化學反應
　關于傳感器，下列說法正確的是
A.所有傳感器都是由半導體材料制成的
B.金屬材料也可以制成傳感器
C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.水銀溫度計是一種傳感器
例1
√
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等，A錯誤，B正確；
傳感器是通過把非電學量轉換成電學量來傳遞信號的，C錯誤；
水銀溫度計根據熱脹冷縮來測量溫度，不是傳感器，D錯誤。
　(多選)(2023·甘孜康定中學月考)教學樓過道燈是由聲傳感器和光傳感器同時控制的，在夜晚天黑時，用力拍掌燈就亮了；而白天怎樣用力拍掌，燈都不能亮。其原理圖如圖所示，下列關于聲傳感器和光傳感器的說法正確的是
A.白天有光照時，光傳感器自動閉合
B.夜晚無光照時，光傳感器自動閉合
C.有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合
D.無人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合
例2
√
√
天亮時光控開關自動斷開，天黑時自動閉合，有人走動或發出聲音，聲控開關閉合；兩個開關同時閉合，燈就會自動亮，故B、C正確。
返回
溫度傳感器
二
溫度傳感器：是一種將 變化轉換成電學量變化的裝置，使用的感溫敏感元件主要有熱敏電阻、熱電阻、熱雙金屬片和熱電偶等。
(1)熱敏電阻溫度傳感器：熱敏電阻由半導體材料制成，其電阻值隨溫度的變化非常 。
①如圖(a)所示，這類熱敏電阻的阻值隨溫度升高而 ，
稱為負溫度系數熱敏電阻，用NTC表示。
②另一類熱敏電阻的阻值隨溫度升高而 ，稱為正溫度
系數熱敏電阻，用PTC表示。
溫度
明顯
減小
增大
(2)熱電阻溫度傳感器：用 制作的感溫電阻稱為熱電
阻，電阻R與溫度t的關系如圖(b)所示。
(3)熱雙金屬片溫度傳感器：將兩種 相差較大的不
同金屬片焊接或軋制成一體后，當溫度升高時，由于兩邊金屬片膨脹程度不同，可用來控制電路的通斷。許多冰箱壓縮機就是用雙金屬熱保護器進行保護的，如圖(c)所示。
金屬絲
膨脹系數
將多用電表的選擇開關置于電阻擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻RT(溫度升高時電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用電表指針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，多用電表指針將如何偏轉？
答案　由于酒精揮發，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，多用電表指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻RT，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，多用電表指針將向右偏。
討論交流
　(多選)(2024·西寧市高二期末)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現對電路相關物理量的控制。如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高，電阻越小)，C為電容器。當環境溫度降低時
A.電容器C的帶電荷量增大
B.理想電壓表的示數增大
C.電容器C兩板間的電場強度減小
D.R1消耗的功率增大
例3
√
√
當環境溫度降低時，R2的阻值增大，電路的總電
阻增大，由I=可知I減小，又U=E-Ir，則電壓
表的示數增大，B正確；
由P1=I2R1可知，R1消耗的功率P1減小，D錯誤；
電容器C兩板間的電壓U2=U-U1，U1=IR1，可知U1減小，U2增大，由
電場強度E'=及Q=CU2可知，Q、E'都增大，故A正確，C錯誤。
　(多選)(2023·成都外國語學校校考)為保證師生用電安全，學校電路系統中安裝有由熱敏電阻制成的溫度監測器，如圖所示為理想變壓器，原、副線圈匝數比為3∶1，原線圈接交流電壓u=220sin(100πt)V，圖中電壓表和電流表為理想交流電表，RT為阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻，R1為定值電阻，則下列說法正確的是
A.變壓器輸入與輸出功率之比為3∶1
B.變壓器副線圈中電流的頻率為50 Hz
C.當RT處溫度升高時，電壓表示數不變
D.當RT處溫度升高時，電流表示數減小
例4
√
√
理想變壓器輸入與輸出功率之比為1∶1，
故A錯誤；
變壓器原、副線圈中電流的頻率不變，為
f=== Hz=50 Hz，故B正確；
RT處溫度升高時，不會影響變壓器的輸入電壓，故C正確；
RT處溫度升高時，電阻值減小，原、副線圈的匝數及原線圈電壓不變，
則副線圈電壓不變，R1為定值電阻，由I2=可知，電流表示數增
大，故D錯誤。
返回
三
光傳感器
1.定義
有些金屬或半導體材料，在電路中受到 時，可以產生電流或電壓(光照越強，電阻越小)，實現光信號向電信號的轉化，用這種材料做敏感元件，便可制成光傳感器。
光照
2.應用實例
如圖為光電式轉速表的原理圖，光源1發出的光線經透鏡2會聚成平行光束照射到被測旋轉物3上，光線被事先粘貼在旋轉物體上的反光紙4反射回來，經透鏡5聚焦落在光敏二極管6上，它產生與轉速對應的電脈沖信號，轉速快慢不同，單位時間內接收的脈沖信號數量不同，經信號處理電路處理后，可由顯示器10顯示出每分鐘或每秒鐘轉過的圈數。
(多選)某小區為積極響應市政府提出的“迎峰度冬”節約用電工作，擬將小區路燈電路進行改造，實現路燈亮度自控。如圖所示為其內部電路簡化原理圖，電源電動勢為E，內阻為r，RL為光敏電阻(光照強度增加時，其電阻阻值減小)。現減小光照強度，下列判斷正確的是
A.電源的效率變大
B.A燈和B燈都變亮
C.R0兩端電壓變大
D.電源內部發熱功率不變
例5
√
√
電源的效率為η=×100%=×100%
減小光照強度，光敏電阻阻值增大，則外電阻增大，電
源的效率增大，故A正確；
減小光照強度，其電阻阻值增大，根據I總=，可知總電流減小，根據
Pr=·r，可知電源內部發熱功率減小，根據U=E-I總r，可知路端電壓增
大，根據I=，可知通過A燈的電流增大，A燈變亮，而通過R0的電流減小，
其兩端電壓減小，則B燈兩端電壓增大，B燈變亮，故B正確，C、D錯誤。
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力傳感器
四
1.定義：是一種把 轉換為電學量的裝置。
2.應用實例：常用的力傳感器是由鋁合金梁和應變片組成的應變式力傳感器，其工作原理如圖所示，在梁的自由端施加向下的壓力時，梁發生彎曲，上表面拉伸，上應變片的電阻 ；下表面壓縮，下應變片的電阻 。使應變片中通過恒定的電流，這時上、下應變片的電壓產生差值，壓力越 ，電壓差值
越大；如果力的方向向上，則上、
下應變片的電阻變化正好相反，電
壓差值為負。
應變式力傳感器的原理
力學量
變大
變小
大
　壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學設計了利用壓敏電阻判斷豎直升降機運動狀態的裝置，其工作原理圖如圖甲所示，將壓敏電阻固定在升降機底板上，其上放置一個物塊，在升降機運動的過程中，電流表示數如圖乙所示，已知升降機靜止時電流表的示數為I1。下列判斷正確的是
A.0到t1時間內，升降機一定靜止
B.t1到t2時間內，升降機可能做勻加速直線運動
C.t1到t2時間內，升降機運動時的加速度在變化
D.t2到t3時間內，升降機可能向下勻速運動
例6
√
從0~t1時間內，電流不變，根據閉合電路
的歐姆定律可知電路中的總阻值不變，升
降機可能靜止也可能勻速運動，故A錯誤；
t1~t2時間內，電流增大，則電阻減小，因為壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，所以壓力增大，由牛頓第三定律得物塊受到的支持力逐漸增大，根據牛頓第二定律有FN-mg=ma，合力向上，加速度向上且逐漸增大，故B錯誤，C正確；
t2~t3時間內電流不變，電阻不變，壓力不
變，電流大于靜止時的電流，壓力大于靜
止時的壓力，物塊受重力和支持力，根據
牛頓第二定律有FN'-mg=ma'，合力向上，
加速度向上且大小不變，所以t2~t3時間內升降機勻加速上升或勻減速下降，故D錯誤。
返回
電容式傳感器
五
電容式傳感器：電容器的電容C取決于極板的正對面積S、極板間距d以及極板間的電介質這三個因素。如果某個物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，通過電容的變化就可以確定上述物理量的變化，那么這種電容器就被稱為電容式傳感器。
如圖是電容式話筒的原理圖，話筒的振動膜片上涂有薄薄的金屬層，膜后相距幾十微米有一個金屬片，他們構成電容器的兩個極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關系來工作，試分析它的工作原理。
答案　電容式話筒利用振動膜片接收空氣振動信號，振動膜片與固定電極之間形成一個電容，兩者之間的距離變化會導致其電容的變化。在電容器兩端施加恒定的電壓，通過電容器的電流就會變化。將這個電流信號進行轉換，即可輸出音頻信號。
討論交流
　傳感器是把非電學物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉換成電學物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件。如圖中的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是


A.圖甲中兩極間的電荷量不變，若電壓減小，可判斷出h變小
B.圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓增大，可判斷出θ變小
C.圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則x變小
D.圖丁中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大
例7
√
題圖甲中兩極間的電荷量不變，若電壓
減小，則由電容的定義式C=分析可知，
電容增大，由電容的決定式C=可知，
兩極間正對面積增大，h變大，A錯誤；
題圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓增大，則電容減小，極板正對面積減小，θ變大，B錯誤；
題圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流
流向傳感器的負極，說明電容器在放電，
電荷量減小，電容減小，電介質向外移
動，則x變大，C錯誤；
題圖丁中兩極間的電壓不變，若電流流向傳感器的正極，說明電容器在充電，電荷量增加，電容增大，兩電極間距離減小，則F變大，D正確。
返回
課時對點練
六
考點一　傳感器及其工作原理
1.下列關于傳感器的說法，正確的是
A.所有傳感器都是由金屬材料制成的
B.傳感器不是電視遙控接收器的主要元件
C.話筒中的傳感器將電信號轉換為聲信號
D.傳感器能將非電學量按一定規律轉換為電學量或者電路的通斷
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基礎對點練
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傳感器材料有半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料等，A錯誤；
電視遙控接收器的主要元件是紅外線傳感器，B錯誤；
話筒中的傳感器是聲傳感器，它將聲信號轉換為電信號，C錯誤；
傳感器能將非電學量按一定規律轉換為電學量或者電路的通斷，D正確。
2.(2023·綿陽市三臺中學高二期中)某樓梯口的電燈開關裝有傳感器，天黑時，出現聲音才能發光，而白天即使有聲音，電燈也不能發光，該開關中有兩種傳感器，它們是
A.熱敏電阻和光敏電阻 B.金屬熱電阻和光敏電阻
C.熱敏電阻和干簧管 D.光敏電阻和動圈式話筒
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天黑時，出現聲音它就開啟；而白天，即使有聲音它也沒有反應，故電路中有光傳感器，即使天黑，沒聲音燈也不亮，故用到了聲音傳感器。即控制電路中接入了光傳感器、聲音傳感器，它們是光敏電阻和動圈式話筒。故選D。
考點二　常見傳感器及其應用
3.位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑片P移動，通過電壓表顯示的數據來反映物體M位移的大小x。假設電壓表是理想電表，物體M不動時，滑片P位于滑動變阻器正中間位置，則下列說法正確的是
A.物體M運動時，電源內的電流會發生變化
B.物體M運動時，電壓表的示數會發生變化
C.物體M不動時，電路中沒有電流
D.物體M不動時，電壓表沒有示數
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電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故滑片P移動時不
會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，且電路
中始終有電流，故A、C錯誤；
電壓表測的是滑片P左側電阻分得的電壓，故示數隨物體
M的運動亦即滑片P的移動而變化，物體M不動時，電壓表仍有讀數，故B正確，D錯誤。
4.對于常見的可燃氣體濃度的檢測，現在一般用催化燃燒檢測器。它的原理如下：傳感器的核心為—惠斯通電橋，其中一橋臂上有催化劑，當與可燃氣體接觸時，可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發生明顯變化，其余橋臂的電阻不發生變化，從而引起整個電路的輸出發生變化，而該變化與可燃氣體的濃度成比例，從而實現對可燃氣體的檢測。由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為
A.銅 B.合金
C.半導體 D.絕緣體
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由題意可知，該電阻為熱敏電阻，熱敏電阻由半導體材料制成，故C正確，A、B、D錯誤。
5.(2023·東營市第一中學模擬)如圖甲所示，
條形碼掃描筆的原理是掃描筆頭在條形碼
上勻速移動時，遇到黑色線條，發光二極
管發出的光線將被吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色間隔，光線被反射到光敏三極管，三極管呈低阻抗。光敏三極管將條形碼變成一個個電脈沖信號，信號經信號處理系統處理，即完成對條形碼信息的識別，等效電路圖如圖乙所示，其中R為光敏三極管的等效電阻，R0為定值電阻，下列判斷正確的是
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A.當掃描筆頭在黑色線條上移動時，信號處理系統獲得高電壓
B.當掃描筆頭在白色間隔上移動時，信號處理系統獲得高電壓
C.掃描速度對信號處理系統接收到的電壓信號無影響
D.掃描筆頭外殼出現破損時仍然能正常工作
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信號處理系統獲得的電壓是R0兩端的
電壓，當掃描筆頭在黑色線條上移動
時，R相當于大電阻，根據閉合電路歐
姆定律，回路電流很小，R0兩端的電壓很低，信號處理系統獲得低電壓；當掃描筆頭在白色間隔上移動時，R相當于小電阻，回路電流較大，R0兩端的電壓較高，信號處理系統獲得高電壓，A錯誤，B正確；
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如果掃描速度發生變化，在信號處理
系統中高、低電壓的時間間隔就會發
生變化，從而無法正確判斷黑、白條
紋寬度，可能出現錯誤識別信息，C錯誤；
掃描筆頭外殼出現破損時，外面的光就會進入光敏三級管，從而出現錯誤信息，導致不能正常工作，D錯誤。
6.(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻(光照強度增大時電阻減小)，電壓表內阻不計，當入射光強度增大時
A.電壓表的示數增大
B.R2中電流減小
C.小燈泡的功率增大
D.電路的路端電壓增大
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當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻
減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1
兩端電壓增大，電壓表的示數增大，同時內電壓增
大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤；
因路端電壓減小，且R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B項正確；
因干路電流增大，且R2中電流減小，知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確。
7.(多選)(2023·宜賓市敘州區一中學校月考)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小；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；
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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。
8.(2023·杭州市高二期中)如圖所示為某汽車的加速度傳感器的俯視圖。金屬塊左、右側分別連接電介質、輕質彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，金屬塊可帶動電介質相對于外框左右移動(不能上下移動)，電容器與電源連接，并串聯計算機的信號采集器。關于該傳感器的說法正確的是
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能力綜合練
A.汽車保持靜止時，電容器不帶電
B.汽車靜止時與勻速直線運動時，電容器的電容相同
C.汽車由靜止突然向右加速，電路中有逆時針方向的電流
D.汽車向右做勻加速運動過程中，電路中始終有順時針方向的電流
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√
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汽車保持靜止時，Q=CU，電容器帶電，故
A錯誤；
汽車靜止時與勻速直線運動時，彈簧長度相
同，電容器的電容相同，故B正確；
當汽車向右加速運動時，電容器電介質相對于電容器極板向左運動，由
C=可知電容變大，因兩極板間的電壓不變，則電容器的電荷量變大，
電路中有順時針方向的電流，故C錯誤；
汽車向右做勻加速運動過程中，加速度不變，彈簧伸長量不變，電容器充電完成后，不再有電流，故D錯誤。
9.(多選)如圖甲所示，“火災警報系統”電路中，理想變壓器原、副線圈匝數之比為10∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，電壓表和電流表均為理想電表，R0為半導體熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R1為滑動變阻器，當通過報警器的電流超過某值時，報警器將報警，下列說法正確的是
A.電壓表V的示數為10 V
B.R0處出現火情時，電流表A的示數減小
C.R0處出現火情時，變壓器的輸入功率增大
D.要使報警器報警的臨界溫度升高，可將R1的滑片P適當向下移動
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√
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若原線圈的輸入電壓為U，其有
效值為U1，根據有效值的定義，
有·=T，其中U=100 V，
解得U1=100 V，由變壓器原理可得副線圈輸出電壓即電壓表示數U2=
10 V，選項A正確；
R0處出現火情時，熱敏電阻的阻值減小，副線圈電流增大，根據變壓器原理可知，電流表A的示數增大，變壓器輸入功率增大，選項B錯誤，C正確；
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將R1的滑片P向上移動，副線圈電路的總電阻變小，總電流增大，R0兩端的電壓變大，報警器的分壓變小，電流也減小，能使報警器報警的臨界溫度升高，選項D錯誤。
10.(2024·昆明市高二期末)有一種測量人體重的電子秤，其原理圖如圖所示。它主要由三部分構成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R(一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻)、顯示體重的儀表　 (其實質是電流表)。其中AO∶BO=5∶1。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關系如表所示：

踏板的杠桿組件的質量不計，接通電源后，壓力傳感
器兩端電壓恒為4.68 V，則：
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壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
(1)利用表中數據歸納出電阻R隨壓力F變化的函數關系式；
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壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
答案　R=300-0.6F(Ω)　
由表中數據可歸納得出：R=300-0.6F(Ω)。
(2)該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表刻度盤多少毫安處？
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壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
答案　15.6 mA
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依題意可知，電子秤空載時壓力傳感器受到的壓力為零，電阻R1=
300 Ω，電路中的電流為I1== A=15.6 mA，所以該秤零刻度線應
標在電流表刻度盤的15.6 mA處。
(3)如果某人站在踏板上，電流表刻度盤示數為
20 mA，這個人的體重是多少？(取g=10 N/kg)
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壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
答案　55 kg
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當電流表刻度盤的示數為I2=20 mA時，壓力傳感器的電阻R2==
Ω=234 Ω，由R=300-0.6F(Ω)，解得F2=110 N。再由F2·AO=
G·BO，可得G=550 N。故人的體重為m==55 kg。
11.(2023·連云港市高二期中)現代生物醫學研究
使用的細菌培養箱內的溫度需要精確測控，測
控的方法之一是用熱敏電阻來探測溫度。如圖
甲所示的電路，將熱敏電阻R0置于細菌培養箱內(如圖
中虛線)，其余都置于箱外。這樣可以通過理想電流表、
電壓表的示數來表示箱內溫度。已知隨著箱內溫度的改
變，電壓表和電流表示數如圖乙，電源的電動勢恒定、內阻忽略不計。熱敏電阻隨溫度的變化圖像如圖丙所示，求：
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(1)電阻R的阻值；
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答案　600 Ω　
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根據題意，由題圖乙可知，當I=0時
U=16 V
則電源的電動勢為E=16 V
當I=20 mA=0.02 A時，電阻R0兩端的電壓為
U=4 V
由閉合電路歐姆定律有U=E-IR
解得R=600 Ω
(2)當培養箱內的溫度為40 ℃時，電流表的示數；
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答案　16 mA　
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由題圖丙可知，當培養箱內的溫度為40 ℃時，R0的阻值為R0=400 Ω
由閉合電路歐姆定律有I==0.016 A=16 mA
(3)已知電流表的量程是0~20 mA，電壓表的量程是0~16 V，則此電路能夠測量的最高溫度約是多少？此時熱敏電阻R0消耗的電功率是多大？
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答案　70 ℃　0.08 W
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根據題意，由題圖丙可知，溫度越高，R0阻值越小，
則溫度最高時，電路中電流最大，
即電流表滿偏，則有E=Ig(R0+R)
解得，此時R0的阻值為R0=200 Ω
由題圖丙可知，此時溫度為70 ℃，
熱敏電阻R0兩端的電壓為U1=IgR0=4 V
則消耗的電功率為P=IgU1=0.08 W。
12.一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的示意
圖如圖所示，A為光源，B為光電接收器，A、B均固
定在小車上，C為小車的車輪。D為與C同軸相連的齒
輪，車輪轉動時，A發出的光束通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間的脈沖數為n，累積脈沖數為N。試回答下列問題：
(1)要測出小車的速度和行程，還必須測量的物理數據有哪些？
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答案　車輪半徑R和齒輪齒數P　
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小車的速度等于車輪的周長與單位時間內車輪
轉動圈數的乘積，行程等于車輪的周長與累積
時間內車輪轉動圈數的乘積，所以還要測量車
輪的半徑R和齒輪的齒數P。
(2)推導小車速度v的表達式［用題中及(1)問中的物理數據表示］；
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答案　v=　
齒輪轉一圈電子電路顯示的脈沖數即為P。已知單位時間內的脈沖
數為n，所以單位時間內齒輪轉動圈數為，則有小車速度v的表達式v=。
(3)推導小車行程s的表達式［用題中及(1)問中的物理數據表示］。
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答案　s=
小車行程s的表達式s=。
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