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2024届高考物理一轮复习教案第十三章第4讲传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置（粤教版新教材）
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这是一份2024届高考物理一轮复习教案第十三章第4讲传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置（粤教版新教材），共15页。教案主要包含了传感器及其工作原理，常见敏感元件等内容，欢迎下载使用。
考点一 常见的传感器
一、传感器及其工作原理
1．概念：能感受被测量的信息，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置叫传感器．
2．传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．
(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．
(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分．
(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分．
3．传感器的分类
二、常见敏感元件
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻越小．
(2)作用：把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量．
2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
a．正温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而增加．
b．负温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而减小．
c．临界温度系数热敏电阻：阻值在很小的温度范围内急剧下降．
如图甲所示为负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线．
(2)金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．
1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件．( √ )
2．传感器只能感受温度和光两个物理量．( × )
3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．( × )
4．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压信号．( √ )
霍尔元件的应用
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等．
(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(3)霍尔电压：UH＝keq \f(IB,d)(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中UH与B成正比，所以霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．
例1 (2022·重庆卷·11)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系．实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V.
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，须调节________________(选填一种给定的实验器材)．当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表．
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是____________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)．
答案 (1)可变电阻R1 远大于 (2)－1.2
解析 (1)由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改变．而要确保电流表的示数仍为50.0 μA，则需控制整个回路的总电阻不变，故须调节可变电阻R1.
连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总减小，则根据并联电阻的关系有R总＝eq \f(RTRV,RT＋RV)＝eq \f(RT,\f(RT,RV)＋1)，则要保证R总不变，须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表．
(2)实验设定恒定电流为50.0 μA，由题图可得温度为35.0 ℃时电压表的电压为1.6 V，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1＝32 kΩ；温度为40.0 ℃时电压表的电压为1.3 V，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2＝26 kΩ，则温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是k＝eq \f(ΔRT,Δt)＝－1.2 kΩ·℃－1，负号表示随着温度升高RT的阻值减小．
例2 (2023·广东茂名市模拟)某小组研究光敏电阻阻值随光照强度的变化规律．实验已选用了规格和量程合适的器材．
(1)用多用电表粗测光敏电阻在实验室正常光照条件下的阻值．选择×1 k倍率的欧姆挡，将两表笔短接，调节________旋钮，使指针指在“0 Ω”处．将两表笔与光敏电阻连接，测量的示数如图甲，则其电阻为________ Ω.
(2)按图乙连接好电路进行测量．
(3)闭合开关S前，将电阻箱R调至________(选填“最大值“或“最小值”)．将一光源对准光敏电阻的透光窗口，利用手机软件测量光敏电阻所处位置的光照强度．闭合开关S，调节电阻箱R，使电压表(可视为理想电表)的指针偏转到某一位置．待示数稳定后记录此时的光照强度，电压表的示数U和R.断开开关S.已知电源电动势为E，内阻可以忽略不计，则此时光敏电阻阻值R1＝________.
(4)改变光敏电阻所处位置的光照强度，测量不同光照强度下的光敏电阻阻值，并据此绘出如图丙的关系图线，可以大致得到光敏电阻阻值随光照强度的变大而________．
答案 (1)欧姆调零 1.6×104 (3)最大值 Req \f(U,E－U) (4)变小
解析 (1)调节欧姆调零旋钮；
如图甲所示，指针恰好指在16刻度上，多用电表欧姆挡不需要估读，所选倍率×1 k，所以阻值为1.6×104 Ω.
(3)为了保护电路，电阻箱的阻值应先调到最大值，使得回路总阻值最大，回路电流最小，因此电压表的电压值最小，避免电压表的指针超过电压表的量程．由闭合电路欧姆定律可知
E＝U＋eq \f(U,R1)R
整理可得R1＝Req \f(U,E－U).
(4)由题图丙可知横坐标为光照强度，纵坐标为光敏电阻阻值，随着光照强度的变大，光敏电阻的阻值变小，但二者无线性关系．
例3 (多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
答案 ABD
解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝eq \f(kIB,d)知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北方向时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面分量的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确．
考点二 传感器的应用
1．传感器的应用步骤
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集．
(2)信息加工、放大、传输．
(3)利用所获得的信息执行某种操作．
2．分析传感器问题要注意三点
(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．
(2)输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．
3．传感器的应用实例
(1)力传感器的应用——电子秤
①构成：电子秤的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成．如图所示．
②工作原理：在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度不变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变片的两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F的大小．
③应用：力传感器常用于测量汽车载重(如图所示)，以及商店超市的电子秤．
(2)温度传感器的应用
①电熨斗
a．温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．
b．电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图所示：
常温下，上下触点应是接触的，当温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
②电饭锅
a．结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．
b．工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103℃时，感温磁体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作．
(3)光传感器的应用——火灾报警器
如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：
带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
例4 (多选)如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R＝a－kG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和 Ω)，下列说法正确的是( )
A．传感器R是一个力电传感器
B．闭合开关测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处
D．如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
答案 AD
解析 R是将压力信号换成电信号的传感器，即力电传感器，故A正确；闭合电路测量时，电路中的电流为：I＝eq \f(E,a－kG＋r＋R′)，显然与人的体重不成线性关系，故B错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故C错误；由Ig＝eq \f(E,a－kGm＋r＋R′)可知，kGm＝a＋r＋R′－eq \f(E,Ig)，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以扩大电子秤的量程，故D正确．
考点三 实验：利用传感器制作简单的自动控制装置
应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路．
1．实验目的．
了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．
2．实验器材．
二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线．
3．实验原理．
由晶闸管VS与灯泡L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图所示．
(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，此时，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，而流向门极G的电流变小，不足以触发导能VS，VS关断．
(2)当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，流向门极G的电流增大，VS获得正向触发电压而导通，灯L亮．
(3)改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．
4．二极管VD、晶闸管VS的特性．
(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．
(2)晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．
5．实验步骤．
(1)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．
(2)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
(3)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．
(4)按照电路图，将各元件焊接、安装好．
(5)检查各元件的连接，确保无误．
(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．
6．注意事项．
(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
(2)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．
例5 为了建设安全校园，某校物理教师带领兴趣小组的学生，利用光敏电阻和电磁继电器，为学校教学楼内所有楼梯口的照明灯安装了亮度自动控制装置．如图甲所示为他们设计的原理图，R0为光敏电阻(阻值随亮度的增加而减小)，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关．
(1)为使楼内亮度降低到一定程度照明灯自动点亮，亮度升高到一定程度照明灯自动熄灭，单刀双掷开关应置于________(选填“a”或“b”)．
(2)为了提升校园安全系数，使照明灯在不太暗的时候就点亮，滑动变阻器接入电路的电阻应____________(选填“调大”或“调小”)．
(3)已知直流电路中的电流达到10 mA时电磁继电器的衔铁正好会被吸下，R0从正午最亮到夜晚最暗的阻值变化范围为50～200 Ω，R2约为5 Ω，直流电源电动势E＝3 V，内阻r约为1 Ω，现有三个最大电阻阻值分别为100 Ω、300 Ω、3 000 Ω的滑动变阻器，为实现调控目标R1最好应选择最大阻值为________ Ω的滑动变阻器．
(4)兴趣小组同学想要对原设计进行改进，使亮度降低到一定程度触发衔铁吸下，请你在图乙的虚线框中用笔画线代替导线重新连接直流电路中c、d、e、f、g、h各点，以实现这一改进目标．
答案 (1)b (2)调大 (3)300 (4)见解析图
解析 (1)亮度降低R0变大，电流减小，电磁继电器力减小，衔铁被放开，此时照明灯应被点亮，所以单刀双掷开关应接b.
(2)电磁继电器的衔铁被吸下或放开有一个电流的临界值，对应一个总电阻的临界值，所以滑动变阻器调得越大，对应R0的触发值越小，能使照明灯在不太暗的时候就点亮．
(3)电动势为3 V，触发电流为10 mA，可得对应总电阻为300 Ω.滑动变阻器选100 Ω，R0可触发的阻值范围约为194～200 Ω，范围太小，对应亮度太低；300 Ω的阻值足够调控，对应R0触发值范围足够大；3 000 Ω阻值太大，对于某一亮度对应阻值的调节不精准．
(4)为了实现“亮度降低到一定程度触发衔铁吸下”可让R0与电磁继电器并联，这样亮度降低时R0增大，电磁继电器中的电流增大，可触发衔铁被吸下，电路图如图．
课时精练
1.(多选)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
解析 由电流表的变化判断半导体的电阻的变化，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A、D正确．
2.(多选)霍尔元件的示意图如图所示，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．电流增大时，|φa－φb|增大
D．其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然一样
答案 AC
解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa＞φb，故A正确，B错误；设前后板面间距为d，因|φa－φb|＝UH＝keq \f(IB,d)，所以电流增大时，|φa－φb|增大，故C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错误．
3．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图．R是光敏电阻，R0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是( )
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
答案 C
解析 日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻R阻值减小，故A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电阻R0，减小了电流，延长了照明时间，故C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D错误．
4．(2023·广东茂名市第一中学月考)利用输出电压为3 V的恒压电源、量程为0～0.6 A的电流表(内阻不计)、定值电阻、阻值随长度均匀变化的电阻丝(长度为0.05 m，总阻值为25 Ω)、弹簧(电阻不计)、开关、导线，改装成如图甲的测力计．
(1)图甲的电路中，定值电阻的作用是________，阻值至少为________ Ω；
(2)弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙．若定值电阻为10 Ω，则电流表的示数I与弹簧所受拉力F的关系式I＝________(A)，可知由电流表改装的测力计刻度________(选填“均匀”或“不均匀”)，当电流表的示数为0.3 A，对应标示的力为________ N.
答案 (1)对电流表起保护作用 5 (2)eq \f(60,700－F) 不均匀 500
解析 (1)电路中接入定值电阻的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到电阻丝的最右端时电流表被烧坏．
当电路中电流达到最大0.6 A时，电路中的总电阻最小值为Rmin＝eq \f(E,I)＝eq \f(3,0.6) Ω＝5 Ω
所以定值电阻至少为5 Ω.
(2)由题图乙可知F＝kΔL，k＝1×104 N/m
设定值电阻为R，电阻丝总电阻为RL，移动距离为x＝ΔL
由闭合电路欧姆定律得I＝eq \f(E,R＋Rx)
又Rx＝RL－eq \f(ΔL,L)RL
联立可得I＝eq \f(E,R＋Rx)＝eq \f(60,700－F)
由上式可得：拉力F与I是非线性关系，所以由电流表改装的测力计刻度不均匀．
当电流表的示数为0.3 A，代入I＝eq \f(60,700－F)
可得F＝500 N
所以对应标示的力为500 N.
5．(2023·广东深圳市模拟)甲、乙两同学查阅资料获得一热敏电阻阻值RT随温度t变化的曲线如图(a)所示，甲、乙两同学想用该热敏电阻随温度的变化规律测量所在学校春季室外温度(温度大约在14～22℃)，除了开关S、导线之外还有下列器材可供选用：
电压表V1(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ)；
电压表V2(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)；
电流表A1(量程0～150 μA，内阻约为100 Ω)；
电流表A2(量程0～10 mA，内阻为500 Ω)；
滑动变阻器RP(阻值范围0～20 Ω，额定电流1 A)；
电源E(电动势3.0 V，内阻不计)．
(1)为了科学合理地测量该热敏电阻RT的阻值，得出甲、乙两同学所在学校在实验进行过程中的室外温度，甲、乙两同学设计了如图(b)所示的电路原理图．电压表应该选用________(填“V1”或“V2”)，电流表应该选用________(填“A1”或“A2”)．
(2)根据该热敏电阻RT的阻值随温度变化的特点，组装一个由该热敏电阻RT控制的报警系统，电路原理图如图(c)所示，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，报警系统开始报警．其中电阻箱(最大阻值为9 999.9 Ω)，直流电源(电动势为3 V，内阻不计)，滑动变阻器(最大阻值为2.0 kΩ)．电路接通前，滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，再将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为________kΩ；将开关拨向________(填“1”或“2”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警系统开始报警，保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．
答案 (1)V2 A1 (2)b 6.0 2
解析 (1)电源电动势为E＝3.0 V，因此电压表选择V2，甲、乙两同学所在学校春季室外温度大约在14～22℃，根据题图(a)可知，热敏电阻的阻值在2.6×104～3.8×104 Ω，则回路中最大电流为I＝eq \f(3.0,2.6×104) A≈115 μA，电流表选用A1.
(2)为防止接通电源后，流过报警器的电流过大，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；本题采用的是等效替代法，先用电阻箱来代替热敏电阻，所以电阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界阻值，也就是在60℃时的阻值6.0 kΩ；将开关拨向2端，先把电阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是6.0 kΩ时，也就是温度达到60℃时，报警器开始报警．
6．(2023·广东佛山市第一中学月考)热敏电阻有很多的应用领域，如家电、开关电源、新能源汽车等．某实验小组的同学为了研究某保温式自动电饭锅中用于监测温度的热敏电阻RT的特性设计了以下实验．
(1)首先利用多用电表粗略测量与电饭锅中型号相同的热敏电阻常温状态下的阻值，多用电表的旋钮置于“×100”的挡位时示数如图甲所示，则该热敏电阻的阻值为________ Ω.(保留2位有效数字)
(2)该实验小组的同学为了进一步探究热敏电阻的特性，设计了图乙所示的电路，电路中的电压表均可看成理想电压表，定值电阻R0＝2 kΩ.
①开关闭合前，滑动变阻器的滑动触头应置于最________(填“左”或“右”)端．
②某次实验时，电压表V1、V2的示数分别为3.0 V、4.5 V，则热敏电阻的阻值应为_______ kΩ.
(3)通过多次实验，得出热敏电阻的阻值随温度变化的规律图像如图丙所示，当热敏电阻的阻值为RT＝2 kΩ时，热敏电阻所处环境的温度约为________℃.
(4)该种保温式自动电饭锅，采用感温磁控元件(可视为用热敏电阻控制的电磁铁开关，通过的电流大于某一值时开关断开)控制电路闭合与断开，从而控制加热电路，锅内米饭温度低于60℃后，加热电路开始工作，则下列电路图可能是该电饭锅中加热电路的是________．
答案 (1)3.2×103
(2)①左 ②3
(3)37(36、38均可)
(4)A
解析 (1)该热敏电阻的阻值为
32×100 Ω＝3.2×103 Ω
(2)①为了保护实验器材，开关闭合后应使两电压表的读数均为零，所以滑动变阻器的滑动触头应置于最左端．
②由题图乙可知，热敏电阻的阻值应为RT＝eq \f(U2,\f(U1,R0))＝eq \f(U2R0,U1)
代入数据解得RT＝3 000 Ω＝3 kΩ
(3)由题图丙可知，热敏电阻的阻值为RT＝2 kΩ时，热敏电阻所处环境的温度约为37℃.
(4)当电饭锅内温度降低时，热敏电阻的阻值增大，根据串并联电路的规律可知A满足要求．工作原理
举例
物理传感器
利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息
力传感器、磁传感器、声传感器等
化学传感器
利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号
离子传感器、气体传感器等
生物传感器
利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质
酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
考点一 常见的传感器
一、传感器及其工作原理
1．概念：能感受被测量的信息，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置叫传感器．
2．传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．
(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．
(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分．
(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分．
3．传感器的分类
二、常见敏感元件
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻越小．
(2)作用：把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量．
2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
a．正温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而增加．
b．负温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而减小．
c．临界温度系数热敏电阻：阻值在很小的温度范围内急剧下降．
如图甲所示为负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线．
(2)金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．
1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件．( √ )
2．传感器只能感受温度和光两个物理量．( × )
3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．( × )
4．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压信号．( √ )
霍尔元件的应用
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等．
(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(3)霍尔电压：UH＝keq \f(IB,d)(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中UH与B成正比，所以霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．
例1 (2022·重庆卷·11)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系．实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V.
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，须调节________________(选填一种给定的实验器材)．当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表．
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是____________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)．
答案 (1)可变电阻R1 远大于 (2)－1.2
解析 (1)由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改变．而要确保电流表的示数仍为50.0 μA，则需控制整个回路的总电阻不变，故须调节可变电阻R1.
连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总减小，则根据并联电阻的关系有R总＝eq \f(RTRV,RT＋RV)＝eq \f(RT,\f(RT,RV)＋1)，则要保证R总不变，须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表．
(2)实验设定恒定电流为50.0 μA，由题图可得温度为35.0 ℃时电压表的电压为1.6 V，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1＝32 kΩ；温度为40.0 ℃时电压表的电压为1.3 V，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2＝26 kΩ，则温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是k＝eq \f(ΔRT,Δt)＝－1.2 kΩ·℃－1，负号表示随着温度升高RT的阻值减小．
例2 (2023·广东茂名市模拟)某小组研究光敏电阻阻值随光照强度的变化规律．实验已选用了规格和量程合适的器材．
(1)用多用电表粗测光敏电阻在实验室正常光照条件下的阻值．选择×1 k倍率的欧姆挡，将两表笔短接，调节________旋钮，使指针指在“0 Ω”处．将两表笔与光敏电阻连接，测量的示数如图甲，则其电阻为________ Ω.
(2)按图乙连接好电路进行测量．
(3)闭合开关S前，将电阻箱R调至________(选填“最大值“或“最小值”)．将一光源对准光敏电阻的透光窗口，利用手机软件测量光敏电阻所处位置的光照强度．闭合开关S，调节电阻箱R，使电压表(可视为理想电表)的指针偏转到某一位置．待示数稳定后记录此时的光照强度，电压表的示数U和R.断开开关S.已知电源电动势为E，内阻可以忽略不计，则此时光敏电阻阻值R1＝________.
(4)改变光敏电阻所处位置的光照强度，测量不同光照强度下的光敏电阻阻值，并据此绘出如图丙的关系图线，可以大致得到光敏电阻阻值随光照强度的变大而________．
答案 (1)欧姆调零 1.6×104 (3)最大值 Req \f(U,E－U) (4)变小
解析 (1)调节欧姆调零旋钮；
如图甲所示，指针恰好指在16刻度上，多用电表欧姆挡不需要估读，所选倍率×1 k，所以阻值为1.6×104 Ω.
(3)为了保护电路，电阻箱的阻值应先调到最大值，使得回路总阻值最大，回路电流最小，因此电压表的电压值最小，避免电压表的指针超过电压表的量程．由闭合电路欧姆定律可知
E＝U＋eq \f(U,R1)R
整理可得R1＝Req \f(U,E－U).
(4)由题图丙可知横坐标为光照强度，纵坐标为光敏电阻阻值，随着光照强度的变大，光敏电阻的阻值变小，但二者无线性关系．
例3 (多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
答案 ABD
解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝eq \f(kIB,d)知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北方向时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面分量的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确．
考点二 传感器的应用
1．传感器的应用步骤
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集．
(2)信息加工、放大、传输．
(3)利用所获得的信息执行某种操作．
2．分析传感器问题要注意三点
(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．
(2)输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．
3．传感器的应用实例
(1)力传感器的应用——电子秤
①构成：电子秤的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成．如图所示．
②工作原理：在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度不变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变片的两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F的大小．
③应用：力传感器常用于测量汽车载重(如图所示)，以及商店超市的电子秤．
(2)温度传感器的应用
①电熨斗
a．温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．
b．电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图所示：
常温下，上下触点应是接触的，当温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
②电饭锅
a．结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．
b．工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103℃时，感温磁体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作．
(3)光传感器的应用——火灾报警器
如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：
带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
例4 (多选)如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R＝a－kG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和 Ω)，下列说法正确的是( )
A．传感器R是一个力电传感器
B．闭合开关测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处
D．如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
答案 AD
解析 R是将压力信号换成电信号的传感器，即力电传感器，故A正确；闭合电路测量时，电路中的电流为：I＝eq \f(E,a－kG＋r＋R′)，显然与人的体重不成线性关系，故B错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故C错误；由Ig＝eq \f(E,a－kGm＋r＋R′)可知，kGm＝a＋r＋R′－eq \f(E,Ig)，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以扩大电子秤的量程，故D正确．
考点三 实验：利用传感器制作简单的自动控制装置
应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路．
1．实验目的．
了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．
2．实验器材．
二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线．
3．实验原理．
由晶闸管VS与灯泡L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图所示．
(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，此时，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，而流向门极G的电流变小，不足以触发导能VS，VS关断．
(2)当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，流向门极G的电流增大，VS获得正向触发电压而导通，灯L亮．
(3)改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．
4．二极管VD、晶闸管VS的特性．
(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．
(2)晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．
5．实验步骤．
(1)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．
(2)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
(3)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．
(4)按照电路图，将各元件焊接、安装好．
(5)检查各元件的连接，确保无误．
(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．
6．注意事项．
(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
(2)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．
例5 为了建设安全校园，某校物理教师带领兴趣小组的学生，利用光敏电阻和电磁继电器，为学校教学楼内所有楼梯口的照明灯安装了亮度自动控制装置．如图甲所示为他们设计的原理图，R0为光敏电阻(阻值随亮度的增加而减小)，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关．
(1)为使楼内亮度降低到一定程度照明灯自动点亮，亮度升高到一定程度照明灯自动熄灭，单刀双掷开关应置于________(选填“a”或“b”)．
(2)为了提升校园安全系数，使照明灯在不太暗的时候就点亮，滑动变阻器接入电路的电阻应____________(选填“调大”或“调小”)．
(3)已知直流电路中的电流达到10 mA时电磁继电器的衔铁正好会被吸下，R0从正午最亮到夜晚最暗的阻值变化范围为50～200 Ω，R2约为5 Ω，直流电源电动势E＝3 V，内阻r约为1 Ω，现有三个最大电阻阻值分别为100 Ω、300 Ω、3 000 Ω的滑动变阻器，为实现调控目标R1最好应选择最大阻值为________ Ω的滑动变阻器．
(4)兴趣小组同学想要对原设计进行改进，使亮度降低到一定程度触发衔铁吸下，请你在图乙的虚线框中用笔画线代替导线重新连接直流电路中c、d、e、f、g、h各点，以实现这一改进目标．
答案 (1)b (2)调大 (3)300 (4)见解析图
解析 (1)亮度降低R0变大，电流减小，电磁继电器力减小，衔铁被放开，此时照明灯应被点亮，所以单刀双掷开关应接b.
(2)电磁继电器的衔铁被吸下或放开有一个电流的临界值，对应一个总电阻的临界值，所以滑动变阻器调得越大，对应R0的触发值越小，能使照明灯在不太暗的时候就点亮．
(3)电动势为3 V，触发电流为10 mA，可得对应总电阻为300 Ω.滑动变阻器选100 Ω，R0可触发的阻值范围约为194～200 Ω，范围太小，对应亮度太低；300 Ω的阻值足够调控，对应R0触发值范围足够大；3 000 Ω阻值太大，对于某一亮度对应阻值的调节不精准．
(4)为了实现“亮度降低到一定程度触发衔铁吸下”可让R0与电磁继电器并联，这样亮度降低时R0增大，电磁继电器中的电流增大，可触发衔铁被吸下，电路图如图．
课时精练
1.(多选)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
解析 由电流表的变化判断半导体的电阻的变化，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A、D正确．
2.(多选)霍尔元件的示意图如图所示，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．电流增大时，|φa－φb|增大
D．其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然一样
答案 AC
解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa＞φb，故A正确，B错误；设前后板面间距为d，因|φa－φb|＝UH＝keq \f(IB,d)，所以电流增大时，|φa－φb|增大，故C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错误．
3．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图．R是光敏电阻，R0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是( )
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
答案 C
解析 日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻R阻值减小，故A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电阻R0，减小了电流，延长了照明时间，故C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D错误．
4．(2023·广东茂名市第一中学月考)利用输出电压为3 V的恒压电源、量程为0～0.6 A的电流表(内阻不计)、定值电阻、阻值随长度均匀变化的电阻丝(长度为0.05 m，总阻值为25 Ω)、弹簧(电阻不计)、开关、导线，改装成如图甲的测力计．
(1)图甲的电路中，定值电阻的作用是________，阻值至少为________ Ω；
(2)弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙．若定值电阻为10 Ω，则电流表的示数I与弹簧所受拉力F的关系式I＝________(A)，可知由电流表改装的测力计刻度________(选填“均匀”或“不均匀”)，当电流表的示数为0.3 A，对应标示的力为________ N.
答案 (1)对电流表起保护作用 5 (2)eq \f(60,700－F) 不均匀 500
解析 (1)电路中接入定值电阻的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到电阻丝的最右端时电流表被烧坏．
当电路中电流达到最大0.6 A时，电路中的总电阻最小值为Rmin＝eq \f(E,I)＝eq \f(3,0.6) Ω＝5 Ω
所以定值电阻至少为5 Ω.
(2)由题图乙可知F＝kΔL，k＝1×104 N/m
设定值电阻为R，电阻丝总电阻为RL，移动距离为x＝ΔL
由闭合电路欧姆定律得I＝eq \f(E,R＋Rx)
又Rx＝RL－eq \f(ΔL,L)RL
联立可得I＝eq \f(E,R＋Rx)＝eq \f(60,700－F)
由上式可得：拉力F与I是非线性关系，所以由电流表改装的测力计刻度不均匀．
当电流表的示数为0.3 A，代入I＝eq \f(60,700－F)
可得F＝500 N
所以对应标示的力为500 N.
5．(2023·广东深圳市模拟)甲、乙两同学查阅资料获得一热敏电阻阻值RT随温度t变化的曲线如图(a)所示，甲、乙两同学想用该热敏电阻随温度的变化规律测量所在学校春季室外温度(温度大约在14～22℃)，除了开关S、导线之外还有下列器材可供选用：
电压表V1(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ)；
电压表V2(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)；
电流表A1(量程0～150 μA，内阻约为100 Ω)；
电流表A2(量程0～10 mA，内阻为500 Ω)；
滑动变阻器RP(阻值范围0～20 Ω，额定电流1 A)；
电源E(电动势3.0 V，内阻不计)．
(1)为了科学合理地测量该热敏电阻RT的阻值，得出甲、乙两同学所在学校在实验进行过程中的室外温度，甲、乙两同学设计了如图(b)所示的电路原理图．电压表应该选用________(填“V1”或“V2”)，电流表应该选用________(填“A1”或“A2”)．
(2)根据该热敏电阻RT的阻值随温度变化的特点，组装一个由该热敏电阻RT控制的报警系统，电路原理图如图(c)所示，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，报警系统开始报警．其中电阻箱(最大阻值为9 999.9 Ω)，直流电源(电动势为3 V，内阻不计)，滑动变阻器(最大阻值为2.0 kΩ)．电路接通前，滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，再将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为________kΩ；将开关拨向________(填“1”或“2”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警系统开始报警，保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．
答案 (1)V2 A1 (2)b 6.0 2
解析 (1)电源电动势为E＝3.0 V，因此电压表选择V2，甲、乙两同学所在学校春季室外温度大约在14～22℃，根据题图(a)可知，热敏电阻的阻值在2.6×104～3.8×104 Ω，则回路中最大电流为I＝eq \f(3.0,2.6×104) A≈115 μA，电流表选用A1.
(2)为防止接通电源后，流过报警器的电流过大，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；本题采用的是等效替代法，先用电阻箱来代替热敏电阻，所以电阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界阻值，也就是在60℃时的阻值6.0 kΩ；将开关拨向2端，先把电阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是6.0 kΩ时，也就是温度达到60℃时，报警器开始报警．
6．(2023·广东佛山市第一中学月考)热敏电阻有很多的应用领域，如家电、开关电源、新能源汽车等．某实验小组的同学为了研究某保温式自动电饭锅中用于监测温度的热敏电阻RT的特性设计了以下实验．
(1)首先利用多用电表粗略测量与电饭锅中型号相同的热敏电阻常温状态下的阻值，多用电表的旋钮置于“×100”的挡位时示数如图甲所示，则该热敏电阻的阻值为________ Ω.(保留2位有效数字)
(2)该实验小组的同学为了进一步探究热敏电阻的特性，设计了图乙所示的电路，电路中的电压表均可看成理想电压表，定值电阻R0＝2 kΩ.
①开关闭合前，滑动变阻器的滑动触头应置于最________(填“左”或“右”)端．
②某次实验时，电压表V1、V2的示数分别为3.0 V、4.5 V，则热敏电阻的阻值应为_______ kΩ.
(3)通过多次实验，得出热敏电阻的阻值随温度变化的规律图像如图丙所示，当热敏电阻的阻值为RT＝2 kΩ时，热敏电阻所处环境的温度约为________℃.
(4)该种保温式自动电饭锅，采用感温磁控元件(可视为用热敏电阻控制的电磁铁开关，通过的电流大于某一值时开关断开)控制电路闭合与断开，从而控制加热电路，锅内米饭温度低于60℃后，加热电路开始工作，则下列电路图可能是该电饭锅中加热电路的是________．
答案 (1)3.2×103
(2)①左 ②3
(3)37(36、38均可)
(4)A
解析 (1)该热敏电阻的阻值为
32×100 Ω＝3.2×103 Ω
(2)①为了保护实验器材，开关闭合后应使两电压表的读数均为零，所以滑动变阻器的滑动触头应置于最左端．
②由题图乙可知，热敏电阻的阻值应为RT＝eq \f(U2,\f(U1,R0))＝eq \f(U2R0,U1)
代入数据解得RT＝3 000 Ω＝3 kΩ
(3)由题图丙可知，热敏电阻的阻值为RT＝2 kΩ时，热敏电阻所处环境的温度约为37℃.
(4)当电饭锅内温度降低时，热敏电阻的阻值增大，根据串并联电路的规律可知A满足要求．工作原理
举例
物理传感器
利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息
力传感器、磁传感器、声传感器等
化学传感器
利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号
离子传感器、气体传感器等
生物传感器
利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质
酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
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