第72讲　传感器的组成和工作原理——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案）

这是一份第72讲　传感器的组成和工作原理——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案），共56页。学案主要包含了六种敏感元件的作用和特点，门窗防盗报警装置，光控开关等内容，欢迎下载使用。

一、六种敏感元件的作用和特点
二、门窗防盗报警装置
1．实验目的
(1)了解门窗防盗报警装置的工作原理。
(2)练习使用传感器自动控制设备。
2．示意图及电路图
3．实验器材和装置
(1)干簧管SA：作为 传感器 ，感知磁体M磁场是否存在。
(2)继电器(虚线框部分)：作为执行装置。
(3)发光二极管LED：作为电路正常工作提示。
(4)电阻R：作为发光二极管的限流电阻，起 保护 作用。
(5)蜂鸣器H：作为 报警提醒 。
4．电路工作原理
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被 磁化相吸 而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁 断开 ，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起 传感器 和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
5．实验操作
(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
(2)确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路。
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
三、光控开关
1．实验目的
(1)了解光控开关电路及控制原理。
(2)会组装光控开关。
2．电路如图所示
3．工作原理
当环境光比较 强 时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。当环境光比较 弱 时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
4．实验器材
发光二极管LED、晶体三极管VT、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸、小灯泡L。
5．实验步骤
(1)按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源。
(2)让 光敏 电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻 R1 使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
(3)遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
6．注意事项
(1)安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
(2)光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接。
(3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
1．传感器担负着信息采集的任务，它常常是将电学量转化为力学量。( × )
2．传感器可以把非电学量转换为电学量。( √ )
3．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，起到开关的作用。( √ )
4．半导体制成的热敏元件，温度升高时电阻大幅度变化。( √ )
5．电子秤中应变片的电阻随形变大小而变化。( √ )
考点1 传感器的组成和工作原理
(基础考点·自主探究)
1．传感器及其工作原理
传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输处理和控制。
传感器应用的一般模式如图所示：
2．传感器的核心元件
(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。
【跟踪训练】
如图所示是一火灾报警器的部分电路示意图。其中R3为热敏电阻(随温度升高电阻减小)。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当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变大，U变小
C．I变小，U变小D．I变小，U变大
[答案] C
[解析] 热敏电阻的阻值随温度升高而减小，发生火情时，R3的阻值减小，则干路电流I总增大，由U＝E－I总r知U将减小，由U1＝I总R1知R1两端电压将增大，由U2＝U－U1知电流表和R2两端电压U2减小，由I＝eq \f(U2,R2＋RA)知I将减小，故C项正确。
(2022·北京卷)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是( )
A．U1U2，A、B错误；根据闭合电路的欧姆定律可知，a、b两端的电压为U＝eq \f(E,R1＋R2)R1＝eq \f(E,1＋\f(R2,R1))，若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警a、b两端的电压大于U1时，压力传感器阻值R1越大，水位越低；当a、b两端的电压小于U2开启高水位预警时，压力传感器阻值R1越大，水位越低，C正确，D错误。
考点2 实验：利用传感器制作简单的自动控制装置
(能力考点·深度研析)
►考向1 利用光敏电阻制作简单的自动控制电路
为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线，由图像可求出照度为0.6 lx时的电阻约为________kΩ。
(2)如图乙，是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间。
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻为________Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合。图乙中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：
R1(0～200 Ω，1 A)、R2(0～2 000 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”或“R2”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动变阻器的滑片向________(填“左”或“右”)端移动。
[答案] (1)2.8 (2)AB (3)140 R2 左
[解析] (1)从图像上可以看出当照度为0.6 lx时的电阻约为2.8 kΩ。
(2)当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，磁性增强，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，说明灯泡接在了AB上。
(3)根据电阻表的读数规则。电阻值为14.0×10 Ω＝140 Ω
回路中的电流为2 mA时回路中总电阻R＝eq \f(E,I)＝eq \f(6,0.002) Ω＝3 000 Ω
所以选择滑动变阻器R2比较合理。若要求天色更暗时才点亮路灯，天色更暗时光敏电阻阻值更大，要先保证回路中的电流2 mA不变，则应减小滑动变阻器的阻值，即向左滑动滑动变阻器滑片。
►考向2 利用压敏电阻制作简单的自动控制电路
某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为________Ω。
[答案] (1)见解析图 (2)318
[解析] (1)连接电路如图所示。
(2)R1与R2串联，有I1＝I2＝Imax＝15 mA＝0.015 A
根据闭合电路的欧姆定律得R1＋R2＋r＝eq \f(E,Imax)
由题图乙可知，F＝800 N时，R1＝80 Ω，所以R2＝eq \f(E,Imax)－r－R1＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(6,0.015)－2－80))Ω＝318 Ω，即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。
【跟踪训练】
(2024·河北卷)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成，要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能
图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应________(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
[答案] (1)负极 (2)①A A D(或C)
②减小 (3)增大
[解析] (1)
(2)①题目要求电压表、电流表读数从零开始，所以应该采用滑动变阻器分压式接法连接电路，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D。②由图像可知，随光照强度增加，I－U图像斜率增大，所以电阻减小。
(3)
提能训练 练案[72]
基础巩固练
1．图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件。安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是( )
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌磁体的N、S极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
[答案] A
[解析] 干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，故D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，故B错误；如将门上镶嵌磁体的N、S极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误。
2．传感器是把非电学量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学量(如电压、电流、电阻等)的一种元件或装置。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是( )
A．图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减少，可判断出h变小
B．图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增加，可判断出θ变小
C．图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大
D．图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
[答案] D
[解析] 题图甲中若h变小，则两极板正对面积变小，由电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)知，C变小，由于两极板所带电荷量不变，则由电容的定义式C＝eq \f(Q,U)分析可知电压变大，故A错误；若题图乙中θ变小，则两极板正对面积增大，由电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)知电容增大，两极板所带电荷量不变，则由电容的定义式C＝eq \f(Q,U)分析可知电压减小，故B错误；题图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则电容器在放电，所带电荷量减小，由电容的定义式C＝eq \f(Q,U)分析可知，电容减小，由电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)知，电介质向外移动，则x变小，故C错误；题图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则电容器在充电，所带电荷量增加，由电容的定义式C＝eq \f(Q,U)分析可知，电容增大，由电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)知，两极板间距离减小，则F变大，故D正确。
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evB＝eq \f(eUH,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。
4．(2022·重庆卷)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，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阻值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阻值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。
能力提升练
5．(2025·河北省联考)某科技兴趣小组对具有自动加水功能的家用电热壶的原理十分感兴趣，于是自行设计了一个简化的装置示意图和电路图，如图甲所示。该装置可以实现在壶中的水量不足时自动加水，而在达到“预设水量”时，又能够自动停止加水的目的。底座可以承受水壶和水的全部重量，底座压在一个以O点为固定转轴的L形杠杆上。杠杆ABO段水平，另一端与压力传感器R1接触，R1的阻值与压力F之间的关系图像如图乙所示。当“控制电路”的输入端电压大于等于1 V时，能控制水泵的电机开始工作，将水抽到水壶中。已知电源的电动势为6 V，内阻为1 Ω，R2为电阻箱(0～99.9 Ω)，水壶中没有水时，水壶和底座的总质量为0.5 kg，重力加速度g取10 m/s2，“控制电路”输入端中的电流十分微弱，可以忽略，杠杆绝缘且质量不计，不考虑加水时水流的冲击力。回答下列问题：
(1)水龙头往水壶加水的过程中，R1的阻值逐渐________，R2两端的电压逐渐________(均选填“增大”或“减小”)；为了实现上述功能，“控制电路”的输入端应该并联在电路的________端点(选填“a、b”或“c、d”)。
(2)该小组的同学调节底座与杠杆的接触位置B，使图甲中OA的长度为OB长度的2倍，并要求“预设水量”为1 L(对应的水的质量为1 kg)。已知电阻R1受到的压力F＝eq \f(|OB|,|OA|)·FB，其中FB为杠杆上B点受到的压力，则应将R2调节为________Ω，此时R2两端的电压为________V。
[答案] (1)减小 增大 a、b (2)24.0 4.8
[解析] (1)加水的过程中，压力F变大，由题图乙知，R1的阻值逐渐减小，则电路总电阻逐渐减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路电流逐渐增大，则R2两端的电压逐渐增大；为了在水量达到“预设水量”时电机停止工作，要使“控制电路”输入端电压随水量的增加而减小，则“控制电路”输入端应该连接电路的a、b端点。
(2)达到“预设水量”1 L时，水壶和水的总重力为G＝(m水＋m0)g＝(1＋0.5)×10 N＝15 N，压力传感器R1上的压力为F＝eq \f(|OB|,|OA|)·FB＝eq \f(1,2)×15 N＝7.5 N，由题图乙读得R1的阻值为5 Ω，由题意知达到“预设水量”时R1的电压应为1 V，通过R1的电流应为I1＝eq \f(1,5) A＝0.2 A，则R2的阻值应为R2＝eq \f(E,I1)－R1－r＝eq \f(6,0.2) Ω－5 Ω－1 Ω＝24 Ω，此时R2两端的电压为U2＝I1R2＝0.2×24 V＝4.8 V。
6．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RG在不同照度下的阻值如下表：
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出光敏电阻的阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点：________________。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RG(符号：，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干。
[答案] (1)见解析图 光敏电阻的阻值随照度的增大而减小 (2)见解析图
[解析] (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图1所示；
特点：光敏电阻的阻值随照度的增大而减小。
(2)电路原理图如图2所示。
控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1。
7．已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在下列虚线框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图a所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图a求得，此时室温为________℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图b所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。
[答案] (1)见解析图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
[解析] (1)滑动变阻器采用分压式接法，电压表可视为理想电表，所以用电流表外接法。连线如图。
(2)由部分电路的欧姆定律得R＝eq \f(U,I)＝eq \f(5.5,3×10－3) Ω≈1.8 kΩ。
(3)由图a可以直接读出该电阻的阻值为2.2 kΩ对应的温度为25.5 ℃。
(4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻。由图线可知，温度为50 ℃时，R1＝0.8 kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U′＝IR2，代入数据解得R2＝1.2 kΩ。
8．(2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空：
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U；
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中；氧气含量为20%时电压表的示数如图(c)，该示数为________V。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。
[答案] (1)见解析 (3)a (6)1.40 17
[解析] (1)滑动变阻器以分压式接法接入电路，毫安表不计内阻，则毫安表选用内接法，实物图连线如图甲所示。
(3)为了保护电路，闭合开关时，气室两端电压应为0，故滑动变阻器的滑片应滑到a端。
(6)由题图(c)可知电压表示数U＝1.40 V，将题图(b)中的点用平滑曲线连接，由题意可知毫安表的示数始终不变，由图乙可以看出，电压表示数为1.50 V时，氧气含量约为17%。
9．(2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲。设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭。当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ)：指示灯L1和L2(2.5 V,0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T。
(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)。
A．按下S1，L1和L2均发光
B．当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D．当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母)。
A．将选择开关旋转到“×100”位置
B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D．测量指示灯L1两端的阻值
E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是________断路损坏；若指针如图4所示，可判断是________断路损坏。(用电路中的元件符号表示)
[答案] (1)CD (2)CABDE L1 R1
[解析] (1)按下S1，灯泡L2短路，不能发光，故A项错误；当锅内温度高于103 ℃时，S1断开，而要温度降到70 ℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则回路中并联的整体电阻R并＝56.64 Ω，则总电阻R总＝1 067.06 Ω，则回路总电流I总＝eq \f(220,R总)＝0.21 A，则L2一定发光，此时并联的整体电压为U并＝I总R并＝11.89 V，则流过L1的电流为IL1＝eq \f(U并,RL1＋R1)＝0.012 A