高三一轮复习——传感器的简单应用
1.【典例1】 （2021·广东高考）某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
（1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔 ，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
（2）再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到 端（选填“a”或“b”）。将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01 R02（选填“大于”“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值RT＝ 。
【答案】 （1）短接 减小 （2）①b ②大于 R01－R02
【解析】 （1）选择倍率适当的欧姆挡，将两表笔短接
欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
（2）①闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端。
②因为两次电压表和电流表的示数相同，所以R01＝R02＋RT，即RT＝R01－R02，可知R01大于R02。
2.某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。
（1）光强（E）是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉（cd）。如图（a）所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是： 。
（2）图（b）为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将 （填“A、B”或“C、D”）接照明电路。
（3）请在图（c）中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
（4）已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20.0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图（c）中定值电阻R定＝ Ω。（结果保留2位小数）
【答案】（1）随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢 （2）C、D （3）见解析图 （4）18.95
【解析】（1）由题图（a）可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。
（2）由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁上的线圈连接的是控制电路，触头S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。
（3）要想使照明电路正常工作，需要在光照弱时，使电磁铁线圈中电流足够大，而此时光敏电阻阻值较大，因此必须使用并联电路，且定值电阻位于干路，起到保护电路的作用。则实物电路的连接如图。
（4）由于电源内阻极小，故U控≈E电＝3 V
电磁铁两端电压U0＝I0R0＝50×10－3×20.0 V＝1 V
故定值电阻两端电压U定＝U控－U0＝2 V
当光强E＝2 cd时，光敏电阻的阻值R＝18.0 Ω
通过光敏电阻的电流I＝＝ A
故通过定值电阻的电流I定＝I0＋I
则R定＝＝ Ω≈18.95 Ω。
3.【典例2】 （2022·广东高考）弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
（1）装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。
（2）导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2，电压表的示数 （选填“变大”或“变小”）。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝ （用I1、I2和U表示）。
④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
（3）该电压表内阻对导电绳电阻的测量值 （选填“有”或“无”）影响。
（4）图丙是根据部分实验数据描绘的Rx L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为 cm，即为机械臂弯曲后的长度。
【答案】（2）变小 （3）无 （4）51.80
【解析】（2）断开开关S2，根据欧姆定律可得定值电阻的阻值R0＝。
闭合开关S2，导电绳与定值电阻并联，并联后的总电阻小于定值电阻的阻值R0，电流表示数增大，电压表示数变小。
调节滑动变阻器R使电压表的示数仍为U
则有＋＝I2，联立解得Rx＝。
（3）考虑电压表内阻时，有＝＋，＝＋＋
联立解得Rx＝
与（2）中分析的结果相同，故电压表内阻对导电绳电阻的测量值无影响。
（4）由Rx L图线可知，导电绳电阻Rx＝1.33 kΩ对应的导电绳拉伸后的长度L＝51.80 cm。
【创新点评】
（1）实验目的的创新：测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系
（2）实验方法的创新：消除了测量导电绳的电阻时电压表分流导致的系统误差。
4.传感器可以感受光强、温度、力、磁感应强度等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。
（1）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中，在图甲中，热敏电阻的阻值随温度变化对应的图线是 （选填“1”或“2”）线。
（2）利用压敏电阻制作的传感器，可用于设计制作“车辆闯红灯违规记录仪”，仪器主要由控制电路和工作电路组成，如图乙所示，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开。将控制电路中的压敏电阻埋在路面停止线前侧，压敏电阻阻值随压力的变化如图丙所示。控制电路中电源的电动势为9 V，内阻为 1 Ω，继电器线圈电阻为9 Ω，滑动变阻器连入电路的电阻为50 Ω
当控制电路中的电流大于0.06 A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。
①当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表A的示数会变 （选填“小”或“大”）。
②只有车辆对压敏电阻的压力超过 N后，车辆闯红灯时才会被拍照记录。
【答案】（1）2 （2）①大 ②5×103
【解析】（1）热敏电阻阻值随温度的升高而减小，热敏电阻的阻值随温度变化对应的图线是2线
（2）①当红灯亮时，若车辆越过停止线，压敏电阻所受压力增大，阻值减小，控制电路中总电阻减小，电流增大，电流表的示数会变大。
②压敏电阻阻值为R时，控制电路中的电流等于0.06 A
则R总＝＝ Ω＝150 Ω
又R总＝1 Ω＋9 Ω＋50 Ω＋R
解得R＝90 Ω
由题图丙可知，此时压敏电阻受到的压力为5×103 N，所以车辆对压敏电阻的压力超过5×103 N后，车辆闯红灯时才会被拍照记录。
5.（2022·河北高考）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后L2支路被短路，则L2不会发光，A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，RL1＝10.42 Ω
则回路中并联的整体电阻，R并＝56.64 Ω
则回路总电阻R总＝1 067.06 Ω
回路总电流I总＝＝0.21 A
则L2一定发光，此时并联的整体的电压为
U并＝I总R并＝11.89 V
则流过L1的电流为IL1＝＝ A＝0.012 A
则流过L1的电流小于30 mA，则L1熄灭，B错误
由题意知，S2在锅内温度高于80 ℃时自动断开，锅内温度降到70 ℃以下时S2自动闭合，C正确
当锅内温度低于70 ℃时，S2在自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联
则此时流过L1的电流为IL1'＝＝ A＝0.218 A
则此时流过L1的电流大于30 mA，则L1发光，D正确。
（2）多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零
将选择开关旋转到“×100”位置——选挡
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——欧姆调零
测量指示灯L1两端的阻值——测量
将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表。故正确顺序为CABDE。
由于试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出L1两端有1 060 Ω左右的电阻，接近R1和R串联后的阻值，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏。
由于试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图4可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL1＝10.42 Ω，此时选用的是“×100”挡则说明灯泡L1正常，又加热和保温功能均正常，则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏。
