第五章 传感器\n章末小结\n方法归纳提炼进考场练真题知识网络构建\n知识网络构建\n传感器温度声可用敏感转换转换\n传感器电子秤温度警报器光电计数器电容式位移传感器传感器控制开关自动的双向开关单向电流放大\n方法归纳提炼\n\n2．与传感器相关的物理知识以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的特性，下表是几种传感器及与其相联系的物理知识。传感器种类敏感元件实际应用与之相联系的物理知识光传感器光敏电阻火灾报警器直流电路动态分析温度传感器热敏电阻电熨斗、电饭锅直流电路问题力传感器压敏电阻电子秤力学、运动学与直流电路电容传感器电容器话筒力学、运动学与含电容器的电路\n3.传感器问题的分析方法传感器问题应从如下三个方面分析。(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量；(2)信号分析：分析输入信号及输出信号，以及输出信号与输入信号间的变化规律；(3)执行机构工作分析：分析所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。\n电饭煲的工作原理如下图所示，可分为两部分，即控制部分，由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分，由发热电阻R3、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(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，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，由于煮饭前温度低于70℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)。例1限流闭合的\n接通电源并按下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(填“＜”“＝”“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象。>思路引导：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；根据电饭煲的工作原理和水的沸点说明用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开的原因。\n解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度高于70℃～80℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3。由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开。答案：由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开。\n二、自动控制电路的设计与组装自动控制电路的设计及组装为力学、电学、磁学的一个大综合，通过传感器把它们联系在一起，特别是简单电路的设计，不论是敏感元件的基础知识，还是器材的组装、调试、器材连接、电路设计，考查内容既具体又灵活。近几年来，高考特别重视对动手能力的考查，而不局限于只会做题，更注重学生的研究方法和创新思维。\n1．设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行。(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路，控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线组成。这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关。\n(2)分析自动控制电路的合理性电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。比如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光。\n现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。例2思路引导：本题考查热敏电阻与电磁继电器，热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成控制电路。\n解析：电路图如图所示。\n工作过程：闭合S，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热；当温度达到设定值时，热敏电阻的阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热；当温度低于设定值时，又重复前述过程。\n进考场练真题\n一、高考真题探析典题(2020·全国卷Ⅲ，23)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20Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100Ω)。\n(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。\n(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5.5V和3.0mA，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变化的曲线如图甲所示。1.8\n(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2.2kΩ。由图甲求得，此时室温为__________℃(保留3位有效数字)。25.5\n(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乙所示。图中，E为直流电源(电动势为10V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0V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)。R11.2思路引导：第(1)问要求考生了解滑动变阻器的限流式与分压式、电流表的内接法与外接法；第(2)问直接利用欧姆定律求出该状态下的电阻值即可；第(3)问通过解读R－t图像可直接读出2.2kΩ时环境的温度；第(4)问主要是对电路的动态分析，通过R2两端输出电压的变化，确定热敏电阻，再根据串联电路的特点求出固定电阻的阻值。\n解析：(1)滑动变阻器用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接，连线如图所示。\n(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＝0.8kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入数据解得R2＝1.2kΩ。\n二、临场真题练兵1．(2019·天津卷，4)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的()\n答案：D\n2．(2021·广东卷，12)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“0Ω”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______。短接减小\n(2)再按图连接好电路进行测量。\n①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＝______________。b大于R01－R02\n[解析](1)选择倍率适当的欧姆档，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。
