2025高考物理步步高同步练习选修2第五章 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用含答案

2025高考物理步步高同步练习选修2第五章1认识传感器2常见传感器的工作原理及应用[学习目标]1.知道什么是传感器，了解传感器的种类.2.知道传感器的组成与应用模式.3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及应用．一、传感器及其工作原理1．传感器的定义：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．2．非电学量转换为电学量的意义：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．3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成．4．传感器应用的一般模式二、光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，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．三、金属热电阻和热敏电阻1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻．2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．四、电阻应变片1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象．2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应．3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．判断下列说法的正误．(1)传感器可以把非电学量转化为电学量．(√)(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大．(×)(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低．(×)(4)电阻应变片能够把物体的形变情况转变为电阻的变化．(√)一、传感器导学探究干簧管结构：如图1甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：图1(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？答案(1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通．(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器．知识深化1．传感器的核心元件(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．(2)转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等．2．传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等．这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作．传感器的工作原理如下所示：eq\x(非电学量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(转换元件)→eq\x(转换电路)→eq\x(电学量)关于传感器，下列说法正确的是()A．所有传感器都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．水银温度计是一种传感器答案B解析传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误，B正确；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误．许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是()A．该传感器能够测量的物理量是位移和温度B．该传感器能够测量的物理量是位移和光强C．该传感器能够测量的物理量是光强和声音D．该传感器能够测量的物理量是压力和位移答案C解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确．二、光敏电阻导学探究在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图2所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中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什么？图2答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．知识深化1．光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，载流子增多，导电性能明显增强，光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．(多选)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图3A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误；因路端电压减小，且R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B项正确；因干路电流增大，且R2中电流减小，知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．三、金属热电阻和热敏电阻导学探究如图4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？图4答案由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏．知识深化1．金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如图5图线①所示．2．热敏电阻(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．如图5图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线．图5(2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻．常用的是负温度系数热敏电阻．(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图6所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时()图6A．电容器C的带电荷量增大B．理想电压表的读数增大C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大答案AB解析当环境温度降低时，R2的阻值变大，电路的总电阻变大，由I＝eq\f(E,R总)可知I变小，又U＝E－Ir，则电压表的读数增大，B正确；由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器C两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝eq\f(U2,d)，Q＝CU2可知，Q、E′都增大，故A正确，C错误．四、电阻应变片导学探究如图7所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片．结合力传感器的特点，叙述它的工作原理．图7答案在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．力F越大，输出的电压差值也就越大．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图8所示．它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表(其实质是电流表)．其中AO∶BO＝5∶1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：压力F/N050100150200250300…电阻R/Ω300270240210180150120…踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为4.68V，则：图8(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？(取g＝10N/kg)答案(1)R＝300－0.6F(2)15.6mA(3)55kg解析(1)由表中数据可归纳得出：R＝300－0.6F.(2)依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为零，电阻R1＝300Ω，电路中的电流为I1＝eq\f(U,R1)＝eq\f(4.68,300)A＝15.6mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA处．(3)当电流表刻度盘的读数为I2＝20mA时，压力传感器的电阻R2＝eq\f(U,I2)＝eq\f(4.68,20×10－3)Ω＝234Ω，由R＝300－0.6F，解得F2＝110N.再由F2·AO＝G·BO，可得G＝550N.故人的体重为m＝eq\f(G,g)＝55kg.1．(对传感器的理解)关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是()A．非电信息→敏感元件→处理电路→电信息B．电信息→处理电路→敏感元件→非电信息C．非电信息→敏感元件→电信息→处理电路D．非电信息→处理电路→敏感元件→电信息答案A2．(光敏电阻的应用)(2020·海南海口四中高二上期中)如图9所示，电源的电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻，光照强度增大时，其阻值减小．现增加光照强度，则下列判断正确的是()图9A．B灯变暗，A灯变亮 B．R2两端的电压变大C．B灯变亮，A灯变暗 D．电源的总功率变小答案B解析增加光照强度时，R1的阻值减小，电路的总电阻减小．根据闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流增大，电源的总功率增大，路端电压减小，A灯变暗，A中的电流变小，则R2的电流变大，R2两端的电压变大，R1两端的电压变小，B灯变暗，选项B正确，A、C、D错误．3．(热敏电阻的应用)(多选)如图10所示，R1为定值电阻，R2是正温度系数的热敏电阻(即温度越高，电阻值越大)，L为小灯泡，当温度下降时()图10A．理想电流表的示数增大 B．R1两端的电压增大C．小灯泡变亮 D．小灯泡变暗答案ABD解析当温度下降时，R2减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，电流表测量总电流，则知其示数增大，选项A正确；总电流增大，则R1两端的电压增大，而路端电压减小，所以灯泡两端的电压减小，灯泡变暗，选项B、D正确，C错误．4．(电阻应变片、力传感器的应用)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竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图11甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是()图11A．0到t1时间内，升降机一定静止B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动答案C考点一传感器及其工作原理1．(多选)下列说法正确的是()A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器C．电视遥控接收器的主要元件不是传感器D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具答案ABD解析传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软磁性材料组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确．2．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量答案BC解析通常的传感器是通过将非电学量转换成电学量来传递信号的，一般不直接用来进行自动控制，选项A错误；由于通常的传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器可以用来采集信息，选项B正确；传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，但并不是将所有感受到的信号都转换为电学量，选项C正确，D错误．考点二常见传感器及其应用3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，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，从而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是电容器两板间的()图1A．距离变化 B．正对面积变化C．电介质变化 D．电压变化答案A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．4．(2020·徐州市期末)在公共场所装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就会开通电热器加热，喷出热空气将手烘干．自动干手机使用的传感器应该是()A．磁传感器 B．红外线传感器C．力传感器 D．声传感器答案B解析手靠近干手机时，红外线传感器通过接收身体表面辐射出来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器，故B正确，A、C、D错误．5．(多选)电容式传感器是将非电信号转换为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图2A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC6．(多选)如图3为电阻R随温度T变化的图线．下列说法中正确的是()图3A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高答案BD解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大，但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小，但灵敏度高，故C错误，D正确．7.如图4所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度越高，其阻值越小)，电流表为值班室内的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，流过显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是()图4A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小答案D解析当传感器R2所在处出现火情时，R2的阻值减小，则外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大，由U＝E－Ir可知，路端电压减小，即报警器两端的电压U将减小；因总电流I增大，则R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过R3的电流I3减小，流过R2的电流I2＝I－I3变大，选项A、B、C错误，D正确．8．(2021·龙岩市漳平一中月考)如图5是安装在潜水器上深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是()图5A．通过显示器的电流减小B．R0两端的电压增大C．传感器两端的电压增大D．电路的总功率减小答案B解析在潜水器下潜过程中，压力传感器受到的压力越来越大，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，所以电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,R传＋R0＋r)可知电路中的总电流增大，即通过显示器的电流增大，故A错误；R0两端的电压U＝IR0，电路中的电流增大，则U增大，故B正确；传感器两端的电压U传＝E－I(R0＋r)，由于I增大，E、R0、r都不变，则传感器两端的电压减小，故C错误；由P＝EI可知，电路的总功率增大，故D错误．9．(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图6甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是()图6A．传送带运动的速度是0.1m/sB．传送带运动的速度是0.2m/sC．该传送带每小时输送3600个工件D．该传送带每小时输送7200个工件答案BC解析由题图乙可知，每隔1s记录一个工件，因此传送带运动的速度是0.2m/s，进而可知，每小时该传送带输送3600个工件，故选项B、C正确．10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位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7甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是()图7A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动答案D解析分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出，在t1～t2时间内，电流增大，表明题图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小，即压敏电阻受到的压力逐渐增大，所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动；在t2～t3时间内，电流在较大数值上保持恒定，说明电阻保持一个较小值，即受到的压力保持恒定，说明小车在向右做匀加速直线运动，故选项D正确.11.(2020·重庆市育才中学期中)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图8所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷．则下列说法正确的是()图8A．该元件能把电学量转换为磁学量B．左表面的电势高于右表面C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态D．如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比答案D解析霍尔元件把磁学量转换为电学量，A错误；由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则左右表面间无电压产生，C错误；根据qvB＝qeq\f(U,d)得，U＝Bdv，又I＝nqSv，联立解得U＝eq\f(IBd,nqS)，可知保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确．12.(多选)如图9所示，理想变压器的原线圈与定值电阻r串联，副线圈接热敏电阻RT(温度升高，阻值减小)，在正弦交流电源的电压U0不变的情况下，下列说法正确的是()图9A．当RT的温度升高时，原线圈两端的电压一定减小B．当RT的温度升高时，原线圈中的电流一定减小C．当RT的温度降低时，r消耗的功率一定减小D．当RT的温度降低时，r消耗的功率一定增大答案AC解析设变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，当RT的温度升高时，其阻值减小，副线圈的电流I2增大，根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，可知原线圈的电流I1增大，根据U0＝I1r＋U1，可知原线圈两端的电压U1减小，故A正确，B错误；同理，当RT的温度降低时，其阻值增大，副线圈的电流I2减小，根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，可知原线圈的电流I1减小，根据P＝I12r，可知r消耗的功率一定减小，故C正确，D错误．13．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图10甲中，电源的电动势E＝9.0V，电源内电阻可忽略不计；G为小量程的电流表，电流表内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻值随温度的变化关系如图乙的R－t图线所示．闭合开关S.图10(1)当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA，求电流表内阻RG；(2)当电流表的示数I2＝4.5mA时，求热敏电阻R的温度．答案(1)500Ω(2)140℃解析(1)由R－t图像得，当t＝40℃时，R1＝3500Ω，再由I1＝eq\f(E,R1＋RG)，得RG＝500Ω(2)I2＝eq\f(E,R2＋RG)，代入数据得：R2＝1500Ω由R－t图像可知，此时的温度是140℃.3利用传感器制作简单的自动控制装置[学习目标]1.进一步理解常用传感器的工作原理及应用.2.学会利用传感器制作简单的自动控制装置．实验1门窗防盗报警装置1．实验器材和装置干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图1.图12．电路工作原理当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．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，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．3．实验操作(1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作．(2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作．(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．实验2光控开关1．实验器材和装置光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图2甲．图2为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示．2．电路工作原理(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮．(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，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，点亮小灯泡L.3．实验操作(1)连接电路，检查无误后，接通电源．(2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，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，发光二极管LED或小灯泡L熄灭.一、光控开关的应用把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图3所示，制成光电报警装置．当报警器有光照射时，峰鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声．①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小．②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成．当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态．当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态．电路已经连接一部分，请将电路完整连接好．图3答案见解析图解析电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面的接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的接线构成又一个回路．当有光照时，光敏电阻阻值变小，使得干簧管继电器开关产生磁场，使开关接通，最终使得蜂鸣器发声，电路如图所示．二、热敏电阻的应用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999.9Ω)，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1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，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18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA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650.0Ω.(1)完成如图4所示待调节的报警系统原理电路图的连线．图4(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)见解析图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警解析(1)热敏电阻工作温度达到60℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其电阻为60℃时的热敏电阻的阻值，即将阻值调节到650.0Ω，使报警器能正常报警，电路图如图所示．(2)U＝18V，通过报警器的电流10mA≤Ic≤20mA，电路中总电阻R＝eq\f(U,Ic)，即900Ω≤R≤1800Ω，故滑动变阻器选R2.(3)热敏电阻阻值为650.0Ω时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻箱阻值也应为650.0Ω，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警．为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端.1．(光控开关)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用．街道路灯自动控制就是应用之一，如图5所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流信号放大器，D为路灯．请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果．图5答案见解析图解析当有光照射时，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作，电路如图所示．2．(温控装置)如图6甲所示为一热敏电阻的R－t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为200Ω.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电电池的电动势E＝8V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热电源．图6(1)图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而______(选填“增大”“减小”或“不变”)．(2)应该把恒温箱内加热器接________(选填“AB”或“CD”)端．(3)如果要使恒温箱内的温度保持100℃，滑动变阻器R1接入电路的电阻值为________Ω.答案(1)减小(2)AB(3)150解析(1)由题图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小；(2)当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在AB端．(3)当温度达到100℃时，加热电路就要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20mA＝0.02A，根据闭合电路欧姆定律可得：I＝eq\f(E,R＋R1＋R0)，解得：R1＝150Ω.考点一门窗防盗报警装置1．如图1所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合．下列说法正确的是()图1A．电磁继电器与发电机工作原理相同B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关C．电磁铁工作时，上端为S极D．当有人闯入保密室时，b灯亮答案D解析电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确．2．图2甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用，乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起．当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声．下列有关说法正确的是()图2A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的B．触发器可以由铜制成C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电流的磁效应工作的答案A解析门关上时，磁条与触发器刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确．触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误．无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误．本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误．考点二光控装置与温控装置3.(多选)如图3所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则()图3A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压答案BC解析R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误．4．如图4所示为一温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，下列说法正确的是()图4A．温度升高至74℃时，灯L1亮报警B．温度升高至74℃时，灯L2亮报警C．温度升高至78℃时，灯L1亮报警D．温度升高至78℃时，灯L2亮报警答案D解析当温度低于78℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，不报警；当温度升高到78℃时，线圈中有电流，磁体吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警．5．传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(电学量)，例如热敏传感器．某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图5甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图．问：图5(1)为了使温度过高时报警器响铃，c应接在__________(选填“a”或“b”)处．(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动．(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是______________________________________________________．答案(1)a(2)左(3)电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力小于弹力解析(1)由题图甲可知，热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处．(2)若要使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片P向左移动．6．(2020·梅河口市第五中学高二月考)电饭煲的工作原理如图6所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成．S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起________作用．R3是发热电阻，接通电源并闭合S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，当温度降到70℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(选填“<”“＝”或“>”)，当用电饭煲烧水时，S1________(选填“会”或“不会”)自动断开．图6答案限流>不会解析通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，且并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2>R3；当用电饭煲烧水时，温度达不到居里点(103℃)，S1不会自动断开．本章知识网络构建章末检测试卷(五)(时间：60分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．(2020·沈阳市期末)为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器，该传感器是()A．气体传感器 B．声音传感器C．压力传感器 D．光传感器答案D解析当有烟雾时，光会发生漫反射，火灾报警器将光信号转换成电信号，从而发出警报．所以该传感器是用光传感器实现报警的，故A、B、C错误，D正确．2．话筒内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性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解析当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转变成电信号，是根据电磁感应原理工作的，故A错，B对；膜片随着声波而振动，穿过金属线圈的磁通量也是变化的，故C错；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，故D错．3.如图1所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声音的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号，则当振动膜片向左振动时()图1A．电容器的电容增大B．电容器带电荷量减少C．电容器两极板间的场强增大D．电阻R中的电流方向自右向左答案B解析振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大，由C＝eq\f(rS,4πkd)可知电容器的电容减小，A错误；由C＝eq\f(Q,U)可知，在U不变的情况下，C减小则Q减小，电容器处于放电状态，R中电流方向自左向右，B正确，D错误；依据E＝eq\f(U,d)可知，电容器两极板间的场强减小，C错误．4.如图2所示为一种常见的身高体重测量仪．测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比．当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为()图2A．v(t0－t)，eq\f(M0,U0)UB.eq\f(1,2)v(t0－t)，eq\f(M0,U0)UC．v(t0－t)，eq\f(M0,U0)(U－U0)D.eq\f(1,2)v(t0－t)，eq\f(M0,U0)(U－U0)答案D解析当测重台没有站人时，2x＝vt0，当测重台站人时，2(x－h)＝vt，联立可得h＝eq\f(1,2)v(t0－t)，当测重台没有站人时，U0＝kM0g，当测重台站人时，U＝k(M0g＋mg)，联立可得，m＝eq\f(M0,U0)(U－U0)，故选项D正确．5.如图3所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时()图3A．电路中的电流减小，油箱内油面降低B．电路中的电流减小，油箱内油面升高C．电路中的电流增大，油箱内油面降低D．电路中的电流增大，油箱内油面升高答案D解析油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．6．(2020·湖北武汉新洲区部分学校期末联考)如图4所示是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁，2是衔铁，3是触点，4是水银温度计(水银导电)．则下列说法正确的是()图4A．温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮B．温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭C．温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警D．温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不报警答案D解析温度高于警戒温度时，控制电路的电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过触点与工作电路接通，电铃报警，此时指示灯的电路中没有电流，指示灯熄灭，故A、C错误；温度低于警戒温度时，控制电路处于断路状态，电磁铁中没有电流通过，没有磁性，此时指示灯通过触点与工作电路接通，指示灯亮，电铃不报警，故B错误，D正确．7．如图5所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表．若发现电压表示数增大，可能的原因是()图5①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A．①③B．①④C．②③D．②④答案A解析热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压随之减小，光敏电阻两端电压减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的示数增大，符合题意，故①正确．同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误．光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，通过R3的电流增大，则电压表的示数增大，故③正确．光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，通过R3的电流减小，则电压表的示数减小，故④错误．故A选项正确．8.如图6所示，横截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示方向电流时，导体的上表面M、下表面N的电势有什么关系()图6A．φM＞φNB．φM＝φNC．φM＜φND．无法判断答案A解析霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板带正电，所以φM＞φN.二、多项选择题(本题3小题，每小题8分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得8分，选对但不全的得5分，有选错的得0分)9．如图7所示为用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()图7A．严重污染时，LDR是高电阻B．轻度污染时，LDR是高电阻C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响答案AD解析严重污染时，透过污水照到LDR上的光较弱，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，光照强度增大，阻值减小，反之阻值增大，C错；白天和晚上自然光强弱不同，会