（通用）2026高考物理重难点讲练 传感器及其应用+巩固练习（附解析）

这是一份（通用）2026高考物理重难点讲练 传感器及其应用+巩固练习（附解析），共30页。
1、知道常用的几种传感器
2、理解常用的几种传感器的基本工作原理
3、知道求解传感器问题的思路
4、知道传感器的一般应用模式
5、知道简单的逻辑电路
【知识网络】
【考点梳理】
考点一、传感器
要点诠释：
1、传感器 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，把非电学量转换成电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。
2、制作传感器的敏感元件
（1）光敏电阻
光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。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）热敏电阻和金属热电阻
①热敏电阻：指用半导体材料制成，其阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图为某热敏电阻的阻值——温度特性曲线。
②金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增加，这样的电阻也可以制作温度传感器。
热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换成电学量（电阻），但热敏电阻的灵敏度较好。
热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小，对正温度系数的热敏电阻（PTC）其阻值随温度的升高而增大，而负温度系数的热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。
（3）电容式位移传感器
能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
（4）霍尔元件
把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量，产生的电压称为霍尔电压，式中的d为薄片的厚度，k为霍尔系数，与薄片的材料有关。
3、关于传感器的分类
4、如何求解传感器问题
传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解。但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键。因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构，这样才能对题目的要求作出解释或回答。另外，平时多应注意实际生产、生活中的一些实例，多一些思考，多动一下手，多查一下资料，开阔自己的视野，丰富自己的经验，做到学以致用、活学活用的目的。
5、传感器的一般应用模式
传感器是将所感受到的物理量（如力、热、光等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。其工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量，一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如图所示。

例如，许多食品加工设备（如电烤箱）都要控制在一定的温度范围内工作，可使食品味道鲜美且不失养分，如图所示的控制电路，开始工作时，温度较低，阻值较小，继电器吸合，A与C接通，电热丝L通电加热，达到一定温度时，电阻增大，继电器放开，A与B接通，灯亮铃响，停止加热，温度降低到某一值时，继电器又吸合，A与C接通，又开始加热……如此反复，维持在一定的温度范围（～）内。
空调、电冰箱就是利用这一原理维持在一定温度范围内的。
再例如，如图所示是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是光电传感器——光敏电阻。
当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，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的信号时，光敏电阻的电阻变大，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信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
考点二、传感器的应用
要点诠释：
1、力传感器的应用——电子秤
（1）力传感器
我们经常见到的电子秤所使用的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器是由金属架和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在大多用半导体材料制成。
（2）工作原理
如图所示，弹性钢制成的梁形元件上、下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加F，则梁发生弯曲，上表面拉伸而使电阻增大，下表面压缩而使电阻减小，如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上、下应变片两端产生了一个电压差，传感器把这个电压差值输出，外力越大，输出的电压差值也就越大。
2、声传感器的应用――话筒
（1）话筒
话筒是一种常用的声传感器，类型虽多，但其作用都是将声信号转换为电信号。常见类型有：动圈式话筒、电容式话筒、驻极体话筒。
（2）电容式话筒的工作原理
如图所示，金属膜片M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。
（3）动圈式话筒的工作原理
如图所示是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的。当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动。音圈在永磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号）。感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定。这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
3、温度传感器的应用
温度传感器一般由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻制成。它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。
（1）电熨斗
如图所示，内部装有双金属片温度传感器，双金属片的上部金属膨胀系数大，下部金属膨胀系数小，则双金属片受热向下弯曲，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
主要元件是感温铁氧体，常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，接通电源，但是当上升到约103℃的“居里温度”时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源从而停止加热。

（3）测温仪
测温仪可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来，由于电信号可以由测温地点传输到其他地方，所以应用温度传感器可以远距离读取温度的数值。
测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线、敏感元件等。
4、光传感器的应用
（1）机械式鼠标
鼠标器移动时，滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
（2）火灾报警器
如图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。
考点三、简单的逻辑电路
一、简单的逻辑电路
要点诠释：
1．“与”门电路
（1）“与”逻辑关系：有两个（或多个）控制条件作用会产生一个结果，当两个（或多个）条件都满足时，结果才会成立，这种关系称为“与”逻辑关系。
（2）“与”门电路：满足“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路。
（3）“与”门的逻辑符号：见图。
（4）“与”门反映的逻辑关系：Y=A×B。“与”门的真值表可由此关系填写。
（5）“与”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为“0”；当一个输入为“0”，另一个输入为“1”时，输出为“0”；当输入都为“1”时，输出为“1”。
2．“或”门电路
（1）“或”逻辑关系：在几个控制条件中，只要有一个条件得到满足，结果就会发生这种关系称为“或”逻辑关系。
（2）“或”门电路：满足“或”逻辑关系的电路称为“或”门电路。
（3）“或”门的逻辑符号：见图。
（4）“或”门反映的逻辑关系：Y=A＋B。“或”门的真值表可由此关系填写。
（5）“或”门电路的特点：当输入都为“0”时，输出为“0”；当一个输入为“0”，另一个输入为“1”时，输出为“1”；当输入都为“1”时，输出为“1”。
3．“非”门电路
（1）“非”逻辑关系：输出状态和输入状态成相反的逻辑关系，叫做“非”逻辑。
（2）“非”门电路：满足“非”逻辑关系的电路称为“非”门电路。
（3）“非”门的逻辑符号：见图。
（4）“非”门反映的逻辑关系：，表示Y与A状态相反．“非”门真值表可由此关系填写。
（5）“非”门电路的特点：当输入为“0”时，输出为“1”；当输入为“1”时，输出为“0”；“非”门的逻辑符号的“0”表示反相（又叫反相圈）。
二、斯密特触发器
如图所示，这种“非”门由于性能特别，称为斯密特触发器．当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6 V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25 V），而当输入端A的电压下降到另一个值（0.8 V）的时候，Y会从低电平跳到高电平（3.4 V）。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行光控所需要的。（1）斯密特触发器是一种“非”门，当输入端电压上升（下降）到某值时，输出端电压会从高电平跳到低电平（低电平跳到高电平）。
（2）斯密特触发器一般应用于光控开关或温度报警器，电路中有一光敏电阻或热敏电阻用于改变输入端电压。
三、对逻辑关系的理解
1．对“与”逻辑关系的理解
（1）生活中的“与”逻辑关系：某单位财务室为了安全，规定不准一个人（甲或乙）单独进入。为此，在门上安装了两把锁。只有甲与乙两个人同时打开各自的锁时，门才打开。它体现了“与”逻辑关系。
（2）“与”逻辑电路 （3）“与”门的真值表

2．对“或”逻辑关系的理解
（1）生活中的“或”逻辑关系：某寝室的4名同学每人都配了一把门钥匙，各人都可以用自己的钥匙单独开门，它体现了“或”逻辑关系。
（2）“或”逻辑电路 （3）“或”门的真值表

3．对“非”逻辑关系的理解
（1）“非”逻辑电路 （2）“非”门的真值表

四、逻辑电路与传感器的应用举例
1．光控开关
如图是光控电路的工作原理示意图。白天，光照强度较大，光敏电阻电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通，当天色暗到一定程度时，的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值 （1.6 V)，输出端 Y 突然从高电平跳到低电平 （0.25 V），则发光二极管LED 导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
要想在天更暗时路灯才会亮，应该把的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要的阻值达到更大，即天色更暗。
2．温度报警器
电路原理图如图所示，常温下，调整的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声。当温度升高时热敏电阻阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声。的阻值不同，则报警温度不同。
要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小的阻值，阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
【典型例题】
类型一、敏感元件的特性
金属电阻的阻值随温度的升高而增大，也叫正温度系数热敏电阻；半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，也叫负温度系数热敏电阻。
光敏电阻的阻值随光强的增大而减小。
例1、热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。
由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________（选填“增强”或“减弱”）；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更________（选填“敏感”或“不敏感”）。
【答案】增强、 敏感。
【解析】图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小。所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强，相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感。
故答案为：增强、 敏感。
举一反三
【变式】如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管（电流越大，发光越强），且R与D距离不变，下列说法中正确的是（ ）
A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率可能不变
C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变
【答案】A
【解析】电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大。
类型二、逻辑电路
掌握门电路的逻辑关系，要立足于门电路的类比实例，使抽象的逻辑关系建立在客观事实上，反之逻辑关系又是通过真值表判断电路种类的依据。
例2、电动机的自动控制电路如图所示，其中为热敏电阻，为光敏电阻，当温度升高时，的阻值远小于；当光照射时，其阻值远小于，为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，电路中的虚线框内应选____门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以___的阻值（填“增大”或“减小”）。
【思路点拨】为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，知只要有一个条件满足，事件就能发生，可知是“或”门；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，即光照还没足够强时，输出端就能得到高电势。
【答案】或门；增大。
【解析】为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时，输入为1，输出为1，所以是“或门”。因为若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小即光敏电阻较大时输入为1，输出为1，所以要增大。
【总结升华】解决本题的关键掌握“或”门的特点，即只要有一个条件满足，事件就能发生
【变式】右表是某逻辑电路的真值表，该电路是（ ）
【答案】D
【解析】图A是或门，运算法则是Y=A＋B，所以排除。图B是与门，运算法则是Y=A×B，验证又被排除。图C是或非门，真值表第三行不符，而正确的只有图D。
类型三、热电传感器的应用
温度传感器一般由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻制成。它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。
例3、如图是电饭煲的电路图，是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会自动断开．是一个自动控温开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻500Ω，加热电阻丝50Ω，两灯电阻不计。
（1）分析电饭煲的工作原理。
（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。
【思路点拨】电饭煲的原理是利用其内部感温磁体在居里温度（103℃）前后磁性的有无来控制开关的闭合。两种状态下消耗的功率之比可根据串、并联的特点结合功率计算公式求得。
【解析】（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，自动闭合，同时手动闭合，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态；加热到80℃时，自动断开，仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度降至70℃时，自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，又自动断开，再次处于保温状态。
（2）加热电饭煲消耗的电功率，保温时电饭煲消耗的电功率，
两式中Ω
从而有
【总结升华】如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？（如果不闭合开关，开始总是闭合的，被短路，功率为，当温度上升到80℃时，自动断开，功率降为，温度降低到70℃，自动闭合，温度只能在70℃～80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。）
举一反三
【变式】 温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA；当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻的温度是( )
A．60℃B．80℃
C．100℃D．120℃
【答案】D
【解析】当t＝20℃时，由图可知R＝4kΩ，根据闭合电路欧姆定律E＝I(Rg＋R)，解得Rg＝0.5kΩ； 当I2＝3.6mA时，R＝2kΩ，对应的热敏电阻温度为120℃.
类型四、力电传感器的应用
例4、(2015 江苏省南通市如皋市二模) 如图所示是一个利用压力差来测量加速度的实验装置．在一个具有坚硬外壳的长方形盒内的上、下底板上各装配一个压力传感器A、B，其间用一支轻弹簧将一个物块顶在传感器A上，弹簧的下端抵在传感器B上．整个装置处于静止状态时，A、B传感器示数分别为30N、50N．
从t=0时刻起实验装置沿竖直方向开始运动，两个传感器送出的压力数据在显示器上开始跳动，现将这些数据记录在表中．（g=10m/s2）
根据表格中的数据通过必要的计算回答下列问题：
（1）这个装置在竖直方向做的运动是匀加速运动吗？是向上运动还是向下运动？
（2）被卡在弹簧和传感器A间的物块的质量m=？
（3）1.4s末实验装置运动的瞬时加速度a=？
【思路点拨】（1）对物体和弹簧系统受力分析，受重力和两个传感器的压力，根据牛顿第二定律列式分析即可；
（2）由（1）问知物体重力，可得物体的质量；
（3）1.4s末是，由表格得到上方传感器压力为6N，向下；下方传感器压力向上，为50N；根据牛顿第二定律列式求解加速度
【答案】（1）这个装置在竖直方向做的运动不是匀加速运动；
（2）被卡在弹簧和传感器A间的物块的质量m为2kg．
（3）1.4s末实验装置运动的瞬时加速度a为12m/s2
【解析】（1）对物体和弹簧系统受力分析，受重力和两个传感器的压力；整个装置处于静止状态时，A、B传感器示数分别为30N、50N，故根据平衡条件可得物体的重力为50﹣30=20N；由于两个传感器的压力不断变化，故物体的合力不断变化，加速度不断变化，故不是匀加速运动；
（2）由第（1）问知物体重力为20N，故质量为2kg；
（3）1.4s末是，由表格得到上方传感器压力为6N，向下；下方传感器压力向上，为50N；根据牛顿第二定律，有：
F2﹣F1﹣mg=ma
解得：．
【点评】物块与箱子具有相同的加速度，解决本题的关键对物块受力分析，根据牛顿第二定律进行求解。
【考点】牛顿第二定律；力的合成与分解的运用．牛顿运动定律综合专题．
举一反三
【变式】杂技演员在进行“顶杆”表演时，用的是一根质量可忽略不计的长竹竿，质量为30kg的演员自杆顶由静止开始下滑，滑到杆底时速度正好为零。已知竹竿底部与下面顶杆人肩部之间有一传感器，传感器显示顶杆人肩部的受力情况如图所示，取g= 10。求：
（1）杆上的人下滑过程中的最大速度；
（2）竹竿的长度。
【答案】（1）（2）6 m 。
【解析】（1）以人为研究对象，人加速下滑过程中受重力mg和杆对人的作用力，
由题图可知，人加速下滑过程中杆对人的作用力为180 N。
由牛顿第二定律得，则， 1s末人的速度达到最大，
则
（2）加速下降时位移为：=2 m
减速下降时，由动能定理得
代入数据解得，。
类型五、光电（声电）传感器的应用
例5、如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的（ ）
A．距离变化 B．正对面积变化 C．介质变化 D．电压变化

【思路点拨】电容式话筒就是电容式传感器，是典型的声传感器。
【答案】A
【解析】电容式话筒中振动膜上的金属层和金属板构成的电容器相当于一个平行板电容器，当人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使两极板间的距离发生变化，从而导致电容器的电容发生变化，所以选A。
【总结升华】理解“振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极”的意思，就知道是电容传感器。
举一反三
【变式1】如图所示，唱卡拉OK用的话筒内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在金属膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（ ）
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
【答案】B
【解析】动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的。当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫音圈）随着一起振动。音圈在永磁体的磁场中振动，产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声音信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器，一般以光敏电阻为主要元件，因为光敏电阻电阻值随光照加强而减小，将光敏电阻连接到电路中时，光照改变就会引起电路中其它电学量的改变，从而将光信号转换为电信号。
【变式2】如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上物品，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A
R1
R2
信号处理系统
图3
A.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
【答案】AD
【解析】光敏电阻自动计数器原理图如上，当传送带上没有物品挡住由A射出的光信号时，光敏电阻阻值变小，由分压规律知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射出的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号系统的电压变高并记数一次。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能。故上题应选A、D。
类型六、结合传感器的综合试题
例6、乙同学设计的“直线运动加速度测量仪”如图所示。质量为1.0kg的绝缘滑块B的两侧分别通过一轻弹簧与框架A连接，弹簧的劲度系数均为100N/m。滑块B还通过滑动头与长为12.00 cm的电阻CD相连，CD中任意一段的电阻都与其长度成正比。将框架A固定在被测物体上，使弹簧及电阻CD均与物体的运动方向平行。通过电路中指针式直流电压表的读数，可以得知加速度的大小。不计各种摩擦阻力。电压表内阻足够大，直流电源的内阻可忽略不计。
设计要求如下：
a. 当加速度为零时，电压表示数为1.50V；
b. 当物体向左以可能达到的最大加速度10.00m/s2加速运动时，电压表示数为满量程3.00V；
c. 当物体向右以可能达到的最大加速度10.00m/s2
加速运动时，电压表示数为0。
①当电压表的示数为1.80V时，物体运动加速度的
大小为______m/s2
②当加速度为零时，应将滑动头调在距电阻CD的
C端______cm处；
③应选用电动势为______V的直流电源。
【思路点拨】准确理解题意，加速度为零时，最大加速度10.00m/s2，电压表示数从1.50V变到3.00V，电压表变化了1.50伏。①电压表为1.80V时，示数变化了0.30伏，可以按比例求出加速度。②滑动头在C点是向右运动的最大加速度，当加速度为零时，合外力向右，根据牛顿第二定律求解。
【答案】① 2.00； ② 5.00； ③ 3.60。
【解析】① 向右加速度： 电压表：3.00V
加速度：0， 电压表：1.50V
加速度： 电压表：1.80V
根据比例关系 ，解得 。
② 向右 滑动头在C点
滑动头距C点x 米
左边弹簧被压缩，弹力方向向右，右边弹簧被拉伸弹力也向右，
两边弹簧弹力的合力方向向右，根据牛顿第二定律
，解得
③根据已知条件，电压表内阻足够大，直流电源的内阻可忽略不计，CD两端的电压即为电源电动势。
滑动头距C点5.00厘米 电压表：1.50V
整个电阻CD长12.00厘米 电压表：就是电动势E
根据比例关系 解得电动势应为.
【总结升华】本题基本问题是运动学、牛顿运动定律，但难度较大，做题时要分析理解应用题的基本原理，给定的数据的意义，必要时像本题解析中罗列出来，一看数据，马上就想到用比例求解。
举一反三
【变式】如图所示的装置可以测量飞行器在竖直方向上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的上、下壁上各安装一个可以测力的传感器，分别连接两根劲度系数相同（可拉伸可压缩）的轻弹簧的一端，弹簧的另一端都固定在一个滑块上，滑块套在光滑竖直杆上。现将该装置固定在一飞行器上，传感器P在上，传感器Q在下。飞行器在地面静止时，传感器P、Q显示的弹力大小均为10 N。求：
（1）滑块的质量。（地面处的)
（2）当飞行器竖直向上飞到离地面处，此处的重力加速度为多大？
(R是地球的半径）
（3）若在此高度处传感器P显示的弹力大小为，此时
飞行器的加速度是多大？
【答案】（1）（2）（3）
【解析】（1）
（2），
解之得
（3）由牛顿第二定律，得，
所以。
【巩固练习】
一、选择题
1、传感器时把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用。如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图。
金属棒与导电液构成一个电容器，将金属棒和导电液分别与直流电源的两极相连接，从电容C的导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，即
①电源接通后，电容C减小，反映h减小
②电源接通后，电容C减小，反映h增大
③电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小
④电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大
以上判断正确的是（ ）
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
2、在如图所示的逻辑电路中，当A端输人电信号“1”，B端输入电信号“0”时，则在C和D端输出的电信号分别为（ ）
A．1和0 B．0和1
C．1和1 D．0和0
3、如图所示，下列由基本门组成的电路中，能使蜂鸣器发出声音的是（ ）

4、电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔把手”，属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔元件等，截面如图甲。开启电源时，在霍尔元件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。转把转动永久磁铁也跟着转动，霍尔元件能输出控制车速的电势差，已知电势差与车速关系如图丙，以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（ ）
A. 为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上下端分别为N、S极
B. 按图甲顺时针转动把手，车速变快
C. 图乙中从霍尔器件的左右侧面输出控制车速的电势差
D. 若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极对调，不影响车速控制
5、半导体温度计是利用热敏电阻制造的，如图所示，如果待测点的温度升高，那么（ ）
A．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变大
B．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变小
C．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变大
D．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变小
6、如图所示的电路中，两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED相距不变，下列说法中正确的是（ ）
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变
7、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器。值班室的显示器为电路的电流表，a、b之间接报警器。当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
8、压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是（ ）
A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动 B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动
C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动 D．丁图表示电梯可能做变减速下降运动
9、如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(R2的阻值随温度升高而减小)，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻．当传感器R2所在位置处出现火警时，以下说法中正确的是( )
A．A1的示数不变，A2的示数增大
B．A1的示数增大，A2的示数增大
C．V1的示数增大，V2的示数增大
D．V1的示数不变，V2的示数减小
10、一中学生为“神舟”七号载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化如图所示。连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值。关于这个装置在“神舟”七号载人飞船发射、运行和回收过程中
示数的判断正确的是（ ）
A．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，
则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正
B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，
则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负
C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零
D．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度应约为9.8
11、一惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计。加速度计的构造原理的示意图如图所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度．滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动；指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（ ）
A．方向向左，大小为ks/m
B．方向向右，大小为ks/m
C．方向向左，大小为2ks/m
D．方向向右，大小为2ks/m
二、填空题
1、如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻R的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若用不透光的黑纸将R包裹起来，表针将向_____（填“左”或“右”）转动；若用手电筒光照射R，表针将向______（填“左”或“右”）转动。
2、如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往上擦一些酒精，表针将向______（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向______（填“左”或“右”）移动。
3、如图所示的装置可以测量小车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度．该装置是在车箱前、后壁各安装一个压力传感器a和b，中间用两根相同的轻质弹簧压着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动．小车静止时，传感器a、b的读数均为10N．若当传感器b的读数为8N时，小车运动加速度的方向是______（填“向左”或“向右”），加速度大小为______
。

4、楼梯过道中的电灯往往是楼上楼下两个开关都能控制，试设计出这种电路图。设高电压为“1”，低电压“0”试讨论灯泡的亮暗情况，并列出真值表。
三、解答题
1、如图所示，图中各个电容式传感器各是哪种形式的传感器，请说明它们的工作原理。
2、一个微弱的磁场变化可以在巨磁电阻系统中产生很大的电阻变化，物理探究小组利用“巨磁电阻”效应制作了一个磁报警器，电路如图所示，其中门电路为非门元件。
（1）简述该磁场报警器实验原理；
（2）怎样能够使磁敏电阻在检测到更强的磁场时才报警?

3、如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧，夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N。（取）
（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。

4、现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。

【答案与解析】
一、选择题
1、【答案】B
【解析】此电容器的两极分别是金属棒与电解液，h增大表示电容器的正对面积增大，所以电容就增大，充电后断开，则电量Q不变，h减小，C减小，①正确，②错；而U=Q/C，则U增大，③错，④正确。
故选B。
2、【答案】C
【解析】B输入0经“非”门电路输出端D为1。A、D 输入1经“与”门电路输出端C为1， 故C正确。
3、【答案】B
【解析】选项A中为“与”门, 两个输入必须都为高电平, 输出端才为高电平, 而电路的下边输入都为低电平, 输出为低电平，不能使蜂鸣器发声。 A错误。选项B中为“或”门，输入只要有一个为高电平。输出端即为高电平。能使蜂鸣器发声。选项B正确。选项C中为“非”门，输入为高电平, 输出为低电平，不能使蜂鸣器发声，C错误。选项D中，首先, 高电平输入“或”门，输出为高电平；然后，高电平输入“非”门，输出为低电平，不能使蜂鸣器发声，D错误。
4、【答案】BD
【解析】由于在霍尔元件的上下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上下端分别为N、S极时，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差，A错；当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，因此车速变快，B正确；根据题意，结合图乙的示意图，那么永久磁铁的N、S极可能在左右侧面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的电势差，不一定在霍尔器件的左右侧面，也可能在前、后表面，C错；当霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反，但由图丙可知，不会影响车速控制，D正确。
故选BD。
5、【答案】C
【解析】待测点与热敏电阻接触，温度升高，热敏电阻阻值减小，电路中电流增大，故C正确。
6、【答案】A
【解析】当滑动触头P向左移动时，通过二极管的电流增大，光变强。发光二极管为光敏电阻R提供光源，有光照时光敏电阻R电阻较小，电源两端的电压恒定，电流增加，L消耗的功率增大。
7、【答案】B
【解析】当传感器所在处出现火情时，用半导体热敏材料制成的R3的阻值减小，此时外电阻减小，所以路端电压减小，即报警器两端的电压U减小；因R3与R2并联电路两端的电压减小，所以显示器的电流I减小。故选B。
8、【答案】ACD
【解析】根据欧姆定律有，当电梯静止时，物体对压敏电阻的压力为mg，所以有，所以，甲图表示电梯可能做匀速直线运动，A正确；因为压敏电阻的阻值随着压力的增大而减小，所以，可判断丙图电梯可能做匀加速上升运动，B错误，C正确；同理可判断D也是正确的。
9、【答案】D
【解析】当传感器R2所在位置处出现火警时，温度升高，R2的阻值减小，副线圈负载总电阻减小，故电流增大，所以电压表V2的示数减小，A2的示数减小，输出功率增大，故输入功率增大，而V1的示数不变，所以A1的示数增大，D正确．
10、【答案】AD
【解析】该装置在地面上静止时，弹簧的弹力与重物的重力平衡，其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，飞船在竖直加速升空的过程中，弹簧的弹力大于重物的重力，合力竖直向上，则滑动触头下移，此时，电压表的示数为正，飞船在竖直减速返回地面过程中，加速度方向向上，合力竖直向上，所以此时电压表示数仍为正，则选项A正确，B错误。飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，其加速度等于重力加速度，约为9.8 ，则选项D正确，综上所述选项A、D正确。
11、【答案】D
【解析】当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右，由牛顿第二定律可知选项D正确。
二、填空题
1、【答案】左；右
【解析】用不透光的黑纸将光敏电阻R包裹起来，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用手电筒光照射R，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。
2、【答案】左；右
【解析】若往上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。
3、【答案】向右，2
【解析】小车静止时，传感器a、b的读数均为10N，说明弹簧都处于压缩状态，当传感器b的读数为8N时，右边的弹簧压缩量减小，左边的压缩量增加，传感器a的示数应为12N，设小车向右加速运动，根据牛顿第二定律，
加速度大小。
4、【解析】控制电路如图所示，输出Y定义为：“1”代表灯亮，“0”代表灯暗．真值表如表所示。
三、计算题
1、见解析。
【解析】图（1）是角度的电容式传感器，其工作原理是当动金属片旋进的角度不同时，电容的正对面积不同，电容的容量不同。图（2）是流体的电容式传感器，其工作原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容的容量也随之改变。图（3）是压力的电容式传感器，其工作原理是当作用在一个电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板的距离发生改变，电容的容量也发生改变。图（4）是位移的电容式传感器，其工作原理是和物体固定在一起的电介质板，当物体发生一小段位移时，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容的容量发生变化。
说明：电容式传感器是一多功能传感器，即可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点。
2、见解析。
【解析】（1）是一个磁敏电阻，磁场强时, 电阻值很小，这时输入端A为高电平，接入非门元件后，输出端Y应为低电平，电铃两端有电势差，被接通报警。
（2）磁敏电阻在更强的磁场时，的阻值很小，调节的阻值较小，即可使输入端A为较低电平，输出端Y为高电平，电铃不通。
3、【答案】（1）即向前（向右）。（2）方向向后（向左）。
【解析】（1）依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力
右侧弹簧对滑块向左的推力, 滑块所受合力
产生加速度，根据牛顿第二定律有
得：
与相同，即向前（向右）。
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得
得： 负号表示方向向后（向左）。
4、【解析】热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。
（1）电路图如图所示。
（2）工作过程：闭合Ｓ当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，Ｋ接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，Ｋ断开，电炉丝断电，停止供热，当温度低于设计值，又重复前述过程。
说明：该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的内容，对于培养能力、理论联系实际将起到推动作用，也是高考的趋向。
序号
分类方法
传感器的种类
说明
1
按输入量分类
位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等
传感器以被测物理量命名
2
按工作原理分类
应变式、电容式、电感式、热电式、电压式
传感器以工作原理命名
3
按物理现象分类
结构型传感器
传感器依赖其结构参数的变化实现信息转换
特性型传感器
传感器依赖其敏感元件物理特征的变化实现信息转换
4
按能量关系分类
能量转换型传感器
传感器直接将被测量的能量转换为输出的能量
能量控制型传感器
由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量
5
按输出信号分类
模拟式传感器
输出为模拟量
数字式传感器
输出为数字量