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2021届高考物理人教版一轮创新教学案：实验专题13 第57讲 传感器的简单使用
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第57讲 传感器的简单使用
基础命题点一 光敏电阻
研究光敏电阻的光敏特性
1．实验原理
闭合电路欧姆定律，用多用电表进行测量和观察。
2．实验器材
光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器、导线、电源。
3．实验步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器、电源按如图所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程；
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
4．数据处理
根据记录数据分析光敏电阻的特性。
5．实验结论
(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；
(2)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。
6．注意事项
(1)实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上光的多少来达到实验目的；
(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
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RP在不同照度下的阻值如表：
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线。
(2)光敏电阻的阻值随照度变化的特点是______________________。
(3)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。
①请利用下列器材将电路图补充完整(不考虑控制开关对所设计电路的影响)：直流电源电动势E＝3 V，内阻不计；光敏电阻RP(符号，阻值见表格)；定值电阻R1＝10 kΩ；开关S，导线若干。
②当天色渐暗照度降低至________lx时启动照明系统。
解析 (1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示。
(2)由第(1)问答图可以看出，光敏电阻的阻值随照度变化的特点是：光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小。
(3)由题意，天色越暗，光敏电阻阻值越大，1、2两端电压越大，故1、2两端之间接光敏电阻，电路图如图所示。当光敏电阻两端电压为2 V时，定值电阻两端电压为1 V，由串联电路的分压特点得：
＝＝，则RP＝2R1＝2×10 kΩ＝20 kΩ。
由表格中的数据可知，当天色渐暗照度降低至1.0 lx时光敏电阻阻值为20 kΩ，此时1、2两端电压为2 V，会启动照明系统。
答案 (1)图见解析
(2)光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小
(3)①电路图见解析 ②1.0
在设计光控电路时，光敏电阻是其中最核心的元件。
电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd
1
2
3
4
5
电阻值/Ω
18
9
6
3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为________cd。
答案 (1)4.5 (2)C (3)3
解析 (1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx＝＝4.5 Ω。
(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合要求，玻璃并联在Rx两端时符合要求，故A错误，C正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。
(3)当R0＝12 Ω、光敏电阻两端的电压Ux＝3 V时，因串联电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压：U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝＝，即＝，解得：Rx′＝6 Ω，此时光照强度E′＝＝3 cd。
基础命题点二 热敏电阻和金属热电阻
1．研究热敏电阻的热敏特性
(1)实验原理
闭合电路欧姆定律，用多用电表进行测量和观察。
(2)实验器材
热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。
(3)实验步骤
①按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；
②把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；
③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；
④将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。
(4)数据处理
在R－t坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图2所示。
(5)实验结论
热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
(6)注意事项
实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
2．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝也可以制作温度传感器，称为热电阻。如图3所示为某金属导线的电阻—温度特性曲线。
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
热敏电阻
金属热电阻
特点
电阻率随温度的升高而减小，非常明显
电阻率随温度的升高而增大
制作材料
半导体
金属导体
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测温范围大
作用
能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
(2019·安徽高考模拟)图甲为某实验小组探究热敏电阻的阻值与温度关系的实验装置。通过酒精灯加热改变水温，在热敏电阻的温度参数允许范围内选取9个不同的温度点进行实验，采集的数据如表所示。
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
90
电阻/kΩ
10.0
8.6
7.0
5.5
4.3
3.6
3.0
2.5
2.0
请完成以下内容：
(1)在图乙的坐标纸上补齐表中所给数据点并作出Rt曲线。
(2)由Rt曲线可知，当温度t＝45 ℃时，该电阻的阻值为________ kΩ(保留一位小数)。
(3)由Rt曲线可知，该电阻的阻值随温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)，可见该电阻的________随温度的升高而减小。
解析 (1)在坐标纸上补齐表中所给数据点，然后用光滑的曲线连接如图。
(2)由图可以读出当t＝45 ℃时，该电阻的阻值约为5.0 kΩ。
(3)由Rt曲线可知，该电阻的阻值随温度的升高而减小，所以该电阻的电阻率随温度的升高而减小。
答案 (1)图见解析 (2)5.0 (3)减小 电阻率
热敏电阻和金属热电阻都可以用来做温度传感器，但其阻值随温度变化的规律不同。
(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________。
②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________。
(4)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)连线如图所示
(2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
解析 (1)见答案。
(2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因电流过大而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，然后缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
能力命题点 其他传感器
对应学生用书P238
1．传感器的工作原理
传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于传送和处理的其他物理量(一般是电学量)。
除常用的热敏电阻、光敏电阻外，传感器还有很多种类，比如霍尔元件可以将磁信号转换成电信号；压力传感器可以将压力信号转换成电信号等。
其工作过程如图：
2．传感器的工作步骤
(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。
3．传感器的应用
(1)力传感器的应用——电子秤。
(2)温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅。
(3)光传感器的应用——火灾报警器。
(2019·广东汕头一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质和轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是( )
A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等
B．当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态
C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大
D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动
解析 当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据电容器的电容公式C＝，当电介质插入极板间深度不同，即相对介电常数εr的大小不同时，电容器的电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定的加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极的电压不变，则电容器所带电荷量不变，电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知，电容器的电容在增大，故C正确；当电路中有顺时针方向的电流时，由以上分析可知电容器的电容在增大，插入极板间的电介质加深，但因条件不足，故传感器的运动状态不可求，传感器可能向左运动，也可能向右运动，故D正确。
答案 CD
(1)不论什么传感器，都是将有关信号先转换成电信号，然后经放大后再进入显示器或控制执行机构执行命令。
(2)有关传感器的题目往往同电路问题联系密切，解题时经常用到欧姆定律。
(2019·湖南高考模拟)用图示装置可以检测霍尔效应。利用电磁铁产生磁场，电流表检测输入霍尔元件的电流，电压表检测元件输出的电压，已知图中的霍尔元件是半导体，与金属导体不同，它内部形成电流的“载流子”是空穴，空穴可视为能自由移动的带正电的粒子，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端，当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是( )
A．电表B为电压表，电表C为电流表
B．接线端4的电势低于接线端2的电势
C．若增大R1，则电压表示数增大
D．若增大R2，则电压表示数减小
答案 D
解析 B表测量通过霍尔元件的电流，C表测量霍尔元件输出的电压，所以电表B为电流表，电表C为电压表，A错误；由安培定则可知，穿过霍尔元件的磁场方向向上，通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，由左手定则可知，带正电的粒子偏向接线端4，所以接线端4的电势高于接线端2的电势，故B错误；若增大R1，则电磁铁中的电流减小，产生的磁感应强度减小，由公式U＝可知，电压表示数减小，故C错误；若增大R2，流过霍尔元件的电流减小，由公式U＝可知，电压表示数减小，故D正确。
课时作业
1．(2019·辽宁瓦房店市第三高级中学高三月考)机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )
A．力传感器
B．温度传感器
C．光传感器
D．声音传感器
答案 C
解析 由图可知，该传感器可以作为机器人的眼睛，则说明它是通过感光原理而确定障碍物的，故应为光传感器，故C正确，A、B、D错误。
2．(2019·河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小便不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹的图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是( )
A．在峪处形成的电容器电容较小
B．充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大
C．在峪处形成的电容器放电较慢
D．湿的手指对指纹识别绝对没有影响
答案 AB
解析 根据平行板电容器电容的公式C＝可得，极板与指纹峪(凹下部分)的距离d大，构成的电容器电容小，放电较快，故A正确，C错误；由于所有的电容器充电后的电压相同，根据Q＝CU＝可知，充电后在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B正确；湿的手指与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹的识别，故D错误。
3．(2019·上海高三期末)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置。如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路，其上放置物块。合上开关后，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内( )
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定在匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．升降机一定在匀加速上升
答案 C
解析 在升降机运动过程中发现电流表的示数I大于升降机静止时电流表的示数I0，则说明此时的运动不可能是匀速运动，故A错误；在升降机运动过程中发现电流表示数不变，则说明此时的运动是匀变速运动，电流表的示数I大于升降机静止时电流表的示数I0，则可知外电压变大，内电压变小，电路中总电流变小，故压敏电阻的阻值变大，由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，可知压力变小，因此升降机的加速度方向向下，处于失重状态，升降机可能匀加速下降，也可能匀减速上升，故B、D错误，C正确。
4．(2019·北京高考模拟)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，在有磁场时电阻很大，并且磁场越强阻值越大，为了探测有无磁场，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源电动势E和内阻r不变，在没有磁场时，调节滑动变阻器R使电灯发光，当探测装置从无磁场区进入强磁场区(设电灯L不会烧坏)时( )
A．电灯L变亮
B．电流表示数增大
C．滑动变阻器R的功率增大
D．磁敏电阻两端的电压减小
答案 A
解析 探测装置从无磁场区进入强磁场区时，磁敏电阻阻值变大，电路的总电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知电路中的总电流I变小，所以电流表的示数减小，B错误；根据U＝E－Ir可知路端电压U增大，所以灯泡两端的电压增大，则电灯L变亮，A正确；流过电灯L的电流增大，而总电流I减小，则流过磁敏电阻的电流减小，因为在进入强磁场区后没有改变滑动变阻器滑片的位置，即滑动变阻器的有效阻值不变，根据P＝I2R可知滑动变阻器R的功率减小，C错误；根据U＝IR可知，R两端的电压减小，而路端电压增大，故磁敏电阻两端的电压增大，D错误。
5．(2019·宁夏高三月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线框内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，压力传感器阻值R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是( )
A．该秤能测量的最大体重是1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 N
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0.375 A处
D．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0.400 A处
答案 AC
解析 当电路中电流Imax＝3 A时，R的阻值最小，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律得Rmin＝－r＝2 Ω，代入Rmin＝30－0.02Fmax，得Fmax＝1400 N，故A正确，B错误；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F，得电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 A，所以该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘0.375 A处，故C正确，D错误。
6．(2016·北京高考) 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 由题图可得出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随着阻值减小导电能力增强。在变化相同的温度时，热敏电阻阻值变化量要大于金属热电阻，故热敏电阻对温度变化的影响更敏感。
7．(2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转
(4)⑤④②③①
解析 (1)若实现对30 ℃温度的控制，继电器和Rt的电压U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V
因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制，
对全电路有E2＝I(R继＋Rt＋R)
即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)
解得R＝330.9 Ω。因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)a、b间电压为0，指针不偏转。
接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
8．(2019·河北衡水中学高考模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为理想电压表。
(1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________端移动(选填“c”或“d”)。
(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30 Ω，滑动变阻器的最大阻值为170 Ω，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则电源E的内阻为________ Ω。(保留两位有效数字)
(3)同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，然后将金属应变片R1、定值电阻R2和理想电压表V2连接成如图乙所示的电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将________，电压表V2的读数将________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1200 N的外力，则工作电压至少为________ V。
答案 (1)c (2)0.21 (3)增大 增大 (4)6.0
解析 (1)根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应向c端移动。
(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，滑动变阻器提供的分压最大，由闭合电路欧姆定律E＝Um＋Ir，I＝，R＝ Ω＝25.5 Ω，联立解得：r≈0.21 Ω。
(3)线圈通电吸引衔铁下移时，应变片R1变长，根据电阻的决定式，R1的阻值将增大。根据串联电路分压规律可知，电压表V2的读数将增大。
(4)由图丙可知，F＝1200 N时对应的工作电压为6.0 V，即要求该锁能抵抗1200 N的外力，则工作电压至少为6.0 V。
第57讲 传感器的简单使用
基础命题点一 光敏电阻
研究光敏电阻的光敏特性
1．实验原理
闭合电路欧姆定律，用多用电表进行测量和观察。
2．实验器材
光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器、导线、电源。
3．实验步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器、电源按如图所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程；
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
4．数据处理
根据记录数据分析光敏电阻的特性。
5．实验结论
(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；
(2)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。
6．注意事项
(1)实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上光的多少来达到实验目的；
(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
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RP在不同照度下的阻值如表：
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线。
(2)光敏电阻的阻值随照度变化的特点是______________________。
(3)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。
①请利用下列器材将电路图补充完整(不考虑控制开关对所设计电路的影响)：直流电源电动势E＝3 V，内阻不计；光敏电阻RP(符号，阻值见表格)；定值电阻R1＝10 kΩ；开关S，导线若干。
②当天色渐暗照度降低至________lx时启动照明系统。
解析 (1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示。
(2)由第(1)问答图可以看出，光敏电阻的阻值随照度变化的特点是：光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小。
(3)由题意，天色越暗，光敏电阻阻值越大，1、2两端电压越大，故1、2两端之间接光敏电阻，电路图如图所示。当光敏电阻两端电压为2 V时，定值电阻两端电压为1 V，由串联电路的分压特点得：
＝＝，则RP＝2R1＝2×10 kΩ＝20 kΩ。
由表格中的数据可知，当天色渐暗照度降低至1.0 lx时光敏电阻阻值为20 kΩ，此时1、2两端电压为2 V，会启动照明系统。
答案 (1)图见解析
(2)光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小
(3)①电路图见解析 ②1.0
在设计光控电路时，光敏电阻是其中最核心的元件。
电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd
1
2
3
4
5
电阻值/Ω
18
9
6
3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为________cd。
答案 (1)4.5 (2)C (3)3
解析 (1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx＝＝4.5 Ω。
(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合要求，玻璃并联在Rx两端时符合要求，故A错误，C正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。
(3)当R0＝12 Ω、光敏电阻两端的电压Ux＝3 V时，因串联电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压：U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝＝，即＝，解得：Rx′＝6 Ω，此时光照强度E′＝＝3 cd。
基础命题点二 热敏电阻和金属热电阻
1．研究热敏电阻的热敏特性
(1)实验原理
闭合电路欧姆定律，用多用电表进行测量和观察。
(2)实验器材
热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。
(3)实验步骤
①按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；
②把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；
③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；
④将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。
(4)数据处理
在R－t坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图2所示。
(5)实验结论
热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
(6)注意事项
实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
2．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝也可以制作温度传感器，称为热电阻。如图3所示为某金属导线的电阻—温度特性曲线。
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
热敏电阻
金属热电阻
特点
电阻率随温度的升高而减小，非常明显
电阻率随温度的升高而增大
制作材料
半导体
金属导体
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测温范围大
作用
能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
(2019·安徽高考模拟)图甲为某实验小组探究热敏电阻的阻值与温度关系的实验装置。通过酒精灯加热改变水温，在热敏电阻的温度参数允许范围内选取9个不同的温度点进行实验，采集的数据如表所示。
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
90
电阻/kΩ
10.0
8.6
7.0
5.5
4.3
3.6
3.0
2.5
2.0
请完成以下内容：
(1)在图乙的坐标纸上补齐表中所给数据点并作出Rt曲线。
(2)由Rt曲线可知，当温度t＝45 ℃时，该电阻的阻值为________ kΩ(保留一位小数)。
(3)由Rt曲线可知，该电阻的阻值随温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)，可见该电阻的________随温度的升高而减小。
解析 (1)在坐标纸上补齐表中所给数据点，然后用光滑的曲线连接如图。
(2)由图可以读出当t＝45 ℃时，该电阻的阻值约为5.0 kΩ。
(3)由Rt曲线可知，该电阻的阻值随温度的升高而减小，所以该电阻的电阻率随温度的升高而减小。
答案 (1)图见解析 (2)5.0 (3)减小 电阻率
热敏电阻和金属热电阻都可以用来做温度传感器，但其阻值随温度变化的规律不同。
(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________。
②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________。
(4)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)连线如图所示
(2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
解析 (1)见答案。
(2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因电流过大而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，然后缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
能力命题点 其他传感器
对应学生用书P238
1．传感器的工作原理
传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于传送和处理的其他物理量(一般是电学量)。
除常用的热敏电阻、光敏电阻外，传感器还有很多种类，比如霍尔元件可以将磁信号转换成电信号；压力传感器可以将压力信号转换成电信号等。
其工作过程如图：
2．传感器的工作步骤
(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。
3．传感器的应用
(1)力传感器的应用——电子秤。
(2)温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅。
(3)光传感器的应用——火灾报警器。
(2019·广东汕头一模)(多选)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质和轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是( )
A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等
B．当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态
C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大
D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动
解析 当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据电容器的电容公式C＝，当电介质插入极板间深度不同，即相对介电常数εr的大小不同时，电容器的电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定的加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极的电压不变，则电容器所带电荷量不变，电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知，电容器的电容在增大，故C正确；当电路中有顺时针方向的电流时，由以上分析可知电容器的电容在增大，插入极板间的电介质加深，但因条件不足，故传感器的运动状态不可求，传感器可能向左运动，也可能向右运动，故D正确。
答案 CD
(1)不论什么传感器，都是将有关信号先转换成电信号，然后经放大后再进入显示器或控制执行机构执行命令。
(2)有关传感器的题目往往同电路问题联系密切，解题时经常用到欧姆定律。
(2019·湖南高考模拟)用图示装置可以检测霍尔效应。利用电磁铁产生磁场，电流表检测输入霍尔元件的电流，电压表检测元件输出的电压，已知图中的霍尔元件是半导体，与金属导体不同，它内部形成电流的“载流子”是空穴，空穴可视为能自由移动的带正电的粒子，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端，当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是( )
A．电表B为电压表，电表C为电流表
B．接线端4的电势低于接线端2的电势
C．若增大R1，则电压表示数增大
D．若增大R2，则电压表示数减小
答案 D
解析 B表测量通过霍尔元件的电流，C表测量霍尔元件输出的电压，所以电表B为电流表，电表C为电压表，A错误；由安培定则可知，穿过霍尔元件的磁场方向向上，通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，由左手定则可知，带正电的粒子偏向接线端4，所以接线端4的电势高于接线端2的电势，故B错误；若增大R1，则电磁铁中的电流减小，产生的磁感应强度减小，由公式U＝可知，电压表示数减小，故C错误；若增大R2，流过霍尔元件的电流减小，由公式U＝可知，电压表示数减小，故D正确。
课时作业
1．(2019·辽宁瓦房店市第三高级中学高三月考)机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )
A．力传感器
B．温度传感器
C．光传感器
D．声音传感器
答案 C
解析 由图可知，该传感器可以作为机器人的眼睛，则说明它是通过感光原理而确定障碍物的，故应为光传感器，故C正确，A、B、D错误。
2．(2019·河南开封高三上第一次模拟)(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小便不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹的图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是( )
A．在峪处形成的电容器电容较小
B．充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大
C．在峪处形成的电容器放电较慢
D．湿的手指对指纹识别绝对没有影响
答案 AB
解析 根据平行板电容器电容的公式C＝可得，极板与指纹峪(凹下部分)的距离d大，构成的电容器电容小，放电较快，故A正确，C错误；由于所有的电容器充电后的电压相同，根据Q＝CU＝可知，充电后在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B正确；湿的手指与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹的识别，故D错误。
3．(2019·上海高三期末)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置。如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路，其上放置物块。合上开关后，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内( )
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定在匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．升降机一定在匀加速上升
答案 C
解析 在升降机运动过程中发现电流表的示数I大于升降机静止时电流表的示数I0，则说明此时的运动不可能是匀速运动，故A错误；在升降机运动过程中发现电流表示数不变，则说明此时的运动是匀变速运动，电流表的示数I大于升降机静止时电流表的示数I0，则可知外电压变大，内电压变小，电路中总电流变小，故压敏电阻的阻值变大，由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，可知压力变小，因此升降机的加速度方向向下，处于失重状态，升降机可能匀加速下降，也可能匀减速上升，故B、D错误，C正确。
4．(2019·北京高考模拟)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，在有磁场时电阻很大，并且磁场越强阻值越大，为了探测有无磁场，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源电动势E和内阻r不变，在没有磁场时，调节滑动变阻器R使电灯发光，当探测装置从无磁场区进入强磁场区(设电灯L不会烧坏)时( )
A．电灯L变亮
B．电流表示数增大
C．滑动变阻器R的功率增大
D．磁敏电阻两端的电压减小
答案 A
解析 探测装置从无磁场区进入强磁场区时，磁敏电阻阻值变大，电路的总电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知电路中的总电流I变小，所以电流表的示数减小，B错误；根据U＝E－Ir可知路端电压U增大，所以灯泡两端的电压增大，则电灯L变亮，A正确；流过电灯L的电流增大，而总电流I减小，则流过磁敏电阻的电流减小，因为在进入强磁场区后没有改变滑动变阻器滑片的位置，即滑动变阻器的有效阻值不变，根据P＝I2R可知滑动变阻器R的功率减小，C错误；根据U＝IR可知，R两端的电压减小，而路端电压增大，故磁敏电阻两端的电压增大，D错误。
5．(2019·宁夏高三月考)(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线框内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，压力传感器阻值R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是( )
A．该秤能测量的最大体重是1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 N
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0.375 A处
D．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0.400 A处
答案 AC
解析 当电路中电流Imax＝3 A时，R的阻值最小，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律得Rmin＝－r＝2 Ω，代入Rmin＝30－0.02Fmax，得Fmax＝1400 N，故A正确，B错误；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F，得电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 A，所以该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘0.375 A处，故C正确，D错误。
6．(2016·北京高考) 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 由题图可得出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随着阻值减小导电能力增强。在变化相同的温度时，热敏电阻阻值变化量要大于金属热电阻，故热敏电阻对温度变化的影响更敏感。
7．(2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转
(4)⑤④②③①
解析 (1)若实现对30 ℃温度的控制，继电器和Rt的电压U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V
因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制，
对全电路有E2＝I(R继＋Rt＋R)
即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)
解得R＝330.9 Ω。因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)a、b间电压为0，指针不偏转。
接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
8．(2019·河北衡水中学高考模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为理想电压表。
(1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________端移动(选填“c”或“d”)。
(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30 Ω，滑动变阻器的最大阻值为170 Ω，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则电源E的内阻为________ Ω。(保留两位有效数字)
(3)同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，然后将金属应变片R1、定值电阻R2和理想电压表V2连接成如图乙所示的电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将________，电压表V2的读数将________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1200 N的外力，则工作电压至少为________ V。
答案 (1)c (2)0.21 (3)增大 增大 (4)6.0
解析 (1)根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应向c端移动。
(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，滑动变阻器提供的分压最大，由闭合电路欧姆定律E＝Um＋Ir，I＝，R＝ Ω＝25.5 Ω，联立解得：r≈0.21 Ω。
(3)线圈通电吸引衔铁下移时，应变片R1变长，根据电阻的决定式，R1的阻值将增大。根据串联电路分压规律可知，电压表V2的读数将增大。
(4)由图丙可知，F＝1200 N时对应的工作电压为6.0 V，即要求该锁能抵抗1200 N的外力，则工作电压至少为6.0 V。
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