考点38　传感器　实验利用传感器制作简单的自动控制装置高考物理总复习精品

1、考点38传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置 题组一基础小题1(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以()A将力学量(如形变量)转变成电学量B将热学量转变成电学量C将光学量转变成电学量D将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器能够感受诸如力、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，即把非电学量转换为电学量。故A、B、C正确，D错误。2(多选)传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是()A电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器B电饭锅能够自动

2、控制温度的原因是它装有温度传感器C电子秤所使用的测力装置是力传感器D电脑所用的光电鼠标主要采用声波传感器答案ABC解析电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器，故A正确；电饭锅能够自动控制温度的原因是它装有温度传感器，故B正确；电子秤所使用的测力装置是力传感器，故C正确；电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，而不是声波传感器，故D错误。3. (多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻

3、，此光电计数器的基本工作原理是()A当有光照射R1时，处理系统获得高电压B当有光照射R1时，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计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AD解析当有光照射R1时，R1电阻减小，处理系统获得高电压，故A正确，B错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故D正确，C错误。4. (多选)据统计，交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而

4、变化。在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度c成正比，则以下说法正确的是()AV的示数越大，表示c越小BV的示数越大，表示c越大C检测到驾驶员喝了酒时，V的示数变小DV的示数越大，表示检测到驾驶员喝酒越多答案BD解析图中酒精气体传感器与R、R0串联，电压表测R0两端的电压，V的示数越大，说明电路中电流越大，酒精气体传感器的电阻越小，因为酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度c成正比，可知c越大，故A错误，B正确；检测到驾驶员喝了酒时，c增大，r减小，电路中

5、总电阻减小，电路中电流增大，则V的示数变大，故C错误；由以上分析可知，V的示数越大，c越大，表示检测到驾驶员喝酒越多，故D正确。5. (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、轻质弹簧，弹簧右端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当电路中没有电流时，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

6、右运动答案CD解析当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，根据电容器的电容公式C，当电介质插入极板间深度不同时，即相对介电常数r大小不同时，电容器电容也不同，因电容器两极板间电压不变，故电容器所带电荷量不相等，故A错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板间的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，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QCU，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C项的分析可知，电容器的电容在增大，电介质插入极板间深度变大，但传感器可能向左运动

7、，也可能向右运动，故D正确。 题组二模拟小题6(2021·山东省淄博市高考模拟)(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车水平向右做直线运动过程中，电流表的示数随时间的变化如图乙所示。以下图像对小车运动描述可能正确的是()答案AB解析0t1时间内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由于重球受力不知，小车可能做匀速直线运动或匀变速直线运动；若0t1小车匀速或匀加速，在t1t2时间内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做加速度增大的加速运动，在t2t3

8、时间内，I恒定，压敏电阻阻值不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，故A、B可能正确，C、D错误。7(2021·北京市海淀区高三下二模)利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小

9、位移的仪表。下列说法中正确的是()A该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向B该仪表的刻度线是均匀的C若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当z<0时，下表面电势高D电流I越大，霍尔电压UH越小答案B解析由于当霍尔元件从位移零点向z轴正方向移动时与向z轴负方向移动时，穿过元件的磁场方向相反，而通过元件的电流方向相同，根据左手定则可知，元件中导电的载流子受到的洛伦兹力的方向相反，则元件的上下极板的电势高低也会相反，电压表的示数正负也会不同，故该仪表可以判断位移的方向，A错误；当受力平衡时F洛F电，故Bqvq，即霍尔电压UHBdv，再由InqSv，故UH×B，因为在位移零点附近小范

10、围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，故该测量微小位移的仪表的刻度线是均匀的，B正确；若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当z<0时，元件离左侧的N极较近，穿过元件的磁场方向水平向右，由左手定则可知，电子受向下的洛伦兹力，故元件的下表面电势低，C错误；由上式UH×B可知，电流I越大，霍尔电压UH越大，D错误。 题组一基础大题8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RP在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60

11、.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据，请在图1给定的坐标系中描绘出光敏电阻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2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，要求当天色渐暗照度降低至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RP(符号 ，阻值见图表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。答案(

12、1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如答图1所示光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见答图2解析(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到光敏电阻阻值随照度变化的曲线，如答图1所示。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 k，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10 k，即选用R1；此电路的原理图见答图2。9一兴趣小组要组装一台酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化规律如图甲所

13、示。目前我国交警常用酒精测试仪测量司机的酒精气体浓度，其中利用酒精测试仪测试认定的酒驾标准是“0.2 mg/mL酒精气体浓度<0.8 mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度0.8 mg/mL”。现能提供的器材有：A二氧化锡半导体型酒精气体传感器RxB直流电源(电动势为5 V，内阻不计)C电压表(量程为3 V，内阻非常大，作为浓度表使用)D电阻箱(最大阻值为999.9 )E定值电阻R1(阻值为20 )F定值电阻R2(阻值为10 )G单刀双掷开关一个，导线若干(1)图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线。(2)电路中R应选用定值电阻_(填“R1”或“R2”)。(3)为便于识别，按照下

14、列步骤调节此测试仪：电路接通前，先将电阻箱调为30.0 ，然后开关向_(填“a”或“b”)端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.2 mg/mL；逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大，按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精气体浓度”。当电阻箱调为_ 时，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.8 mg/mL；将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。答案(1)图见解析(2)R2(3)a10.0解析(1)根据图乙电路图，实物连接如图。(2)由图甲可知，当酒精气体浓度为0.8 mg/mL时，Rx10 ，且酒精气体浓度越大，Rx的阻值越小，若选用R1，此时R两端的电压为5 V

15、5; V，大于电压表量程，若选用R2，此时R两端的电压为5 V×2.5 V，电压表使用安全，故电路中R应选用定值电阻R2。(3)酒精气体浓度为0.2 mg/mL时，由图甲可知传感器阻值为30 ，故电路接通前，先将电阻箱调为30.0 ，然后开关向a端闭合；酒精气体浓度为0.8 mg/mL时，由图甲可知传感器阻值为10 ，则电阻箱调为10.0 。 题组二高考大题10(2021·山东高考)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1.5 V，内阻r约

16、为0.5 )；电阻箱R(阻值范围09999.99 )；滑动变阻器R1(最大阻值20 )；滑动变阻器R2(最大阻值2000 )；微安表(量程100 A，内阻等于2500 )；开关两个，温控装置一套，导线若干。同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：按图示连接电路；闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；记录此时的温度和电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)。(2)请用笔画线代替导线，将图乙中实物图(不含温控装置)连接成完整

17、电路。(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6000.00 ，该温度下热敏电阻的测量值为_(结果保留到个位)，该测量值_(填“大于”或“小于”)真实值。(4)多次实验后，学习小组绘制了如图丙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐_(填“增大”或“减小”)。答案(1)R1(2)图见解析(3)3500大于(4)减小解析(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值时，应尽可能让测量电路两端的电压在S2闭合前、后保持不变。由于该支路与滑动变阻器左半部分并联，滑动变阻器左半部分的阻值越小，则S2闭合前、后并联部分总电阻变化越小，从而使测量电路两端电压变化越小，故滑动变阻器应选最大阻值较小的R1

18、。(2)实物电路连接图如图所示。(3)由于滑动变阻器滑片P的位置不变，则热敏电阻所在支路两端电压大致不变，根据欧姆定律可知，微安表半偏时该支路的总电阻为微安表满偏时总电阻的2倍，则RTRA6000 ，又RA2500 ，可得RT3500 。当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增大，支路两端电压略有升高，根据欧姆定律，该支路总电阻比微安表满偏时总电阻的2倍略大，则电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。(4)由ln RT­图像可知，当温度T升高时，减小，ln RT减小，则RT减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小。11(2019·

19、;全国卷)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 )；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 A时得到的某硅二极管U­t关系曲线。回答下列问题：(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 A，应调节滑动变阻器R，使电压表的示数为U1_ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_(填“变大”或“变小”)，电压表示数_(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向_(填“A”或

20、“B”)端移动，以使示数仍为U1。(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为_×103 V/(保留2位有效数字)。答案(1)5.00变小增大B(2)2.8解析(1)、是理想电压表，R0与硅二极管串联，电流相等，当电路中电流为50.0 A时，R0两端电压U1IR050.0×106×100 V5.00×103 V5.00 mV。由U­t图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又因为电路中电流I50.0 A不变，故硅二极管正向电阻减小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合

21、电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即应将R的滑片向B端移动。(2)由U­t图象可知： V/2.8×103 V/。12(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，当通过继电器的电流超过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 ，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实

22、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(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、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”

23、或“不偏转”)，若将多用电表接入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)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 答案(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)解析(1)若实现对30 温度的控制，继电器和Rt两端的电压之和U0.015×(20199.5) V3.29 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UI(R继RtR)，即6 V0

24、.015 A×(20 49.1 R)，解得R330.9 。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)若b、c间断路，a、b间电压为0，指针不偏转；若将多用电表接入a、c时，多用电表与电源等元器件构成回路，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。 题组三模拟大题13(2021·辽宁省高三上高考模拟)气敏电阻在安全领域有着广泛的应用。有一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rq，正常情况下阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到

25、几千欧。为了研究其阻值随甲醛浓度变化的规律，供选用的器材如下。A电源E0(电动势6 V，内阻不计)B滑动变阻器RC导线若干及开关SD电压表V(量程3 V，内阻1 k)E毫安表mA(量程50 mA，内阻100.0 )(1)探究小组设计了如图a所示实验电路，其中毫安表用来测定_，量程为_。(2)将气敏电阻置于密封小盒内，通过注入甲醛改变盒内甲醛浓度，记录不同甲醛浓度下电表示数，计算出气敏电阻对应阻值，得到如图b所示阻值随甲醛浓度变化的图像(Rq­图像)。当气敏电阻阻值为Rq2.3 k时，盒内甲醛浓度为_。(3)已知国家室内甲醛浓度标准是0.1 mg/m3。探究小组利用该气敏电阻设计了如图

26、c所示的简单测试电路，用来测定室内甲醛是否超标，电源电动势为E5.0 V(内阻不计)，电路中D1、D2分别为红、绿发光二极管，红色发光二极管D1的启动(导通)电压为2.0 V，即发光二极管两端电压U012.0 V时点亮，绿色发光二极管D2的启动电压为3.0 V，发光二极管启动时对电路电阻的影响不计。实验要求当室内甲醛浓度正常时绿灯亮，超标时红灯亮，则两电阻R1、R2中为定值电阻的是_，其阻值为_ k。答案(1)电压5 V(2)6×108 kg/m3(或0.06 mg/m3)(3)R23.9解析(1)毫安表与气敏电阻并联，因此用来测定电压；其量程为U0IgRg0.05×100.0 V5 V。(2)由图b可读出，当气敏电阻Rq2.3 k时，甲醛浓度为6×108 kg/m3或0.06 mg/m3。(3)R1、R2串联分压，由题意知，当气敏电阻的阻值Rq增大时D1两端电压应升高，所以R1为气敏电阻，R2为定值电阻；当时，为红色发光二极管D1处于点亮的临界状态，由图b可知1×107 kg/m3时，Rq2.6 k，故R2Rq3.9 k。1