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传感器及其应用（应用实例）


【学习目标】
1．传感器的传感元件是如何将非电学量转化电学量的。　　2．传感器的应用模式：如如何实现信号的放大、转换显示和执行等。（这些内容限于高中水平只要求了解，不要求理解或掌握）
【要点梳理】
知识点一、温度传感器的应用——电饭锅
1．感温铁氧体
（1）组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约时，失去铁磁性。
（3）居里点：又称居里温度，即指。
2．电饭锅的结构
如图所示：

3．电饭锅的工作原理
开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内水保持不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，温度升至居里点时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源从而停止加热。
要点诠释：如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到才能自动断电。
知识点二、温度传感器的应用——测温仪
1．常见测温元件：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等。
2．温度传感器测温仪的优点：可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输。
知识点三、光传感器的应用
1．机械式鼠标：其内部组成如图所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器）。

工作原理：鼠标器移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
2．火灾报警器
如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器。

带孔的罩子内装有发光二极管、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
要点诠释：常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等。
知识点四、常见传感器的应用实例
1．生活中的传感器
（1）与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。
（2）红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。
（3）照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器。
2．农业生产中的传感器
（1）湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。
（2）温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象。
3．工业生产中的传感器
（1）生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。
（2）在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。
知识点五、光控开关
1．斯密特触发器
当输入端电压逐渐上升到某一个值（）时，输出端会突然突然从高电平跳到低电平（），当输入端电压下降到另一个值（）时，输出端会从低电平跳到高电平（）。
2．工作原理
对于如图所示的光控电路：

白天，光强度较大，光敏电阻电阻值较小，加在斯密特触发器端的电压较低，则输出端输出高电压，发光二极管不导通；当天色暗到一定程度时，的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端的电压上升到某个值（），输出端突然从高电平跳到低电平，则发光二极管导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
要点诠释：要想在天更暗时路灯才会照亮，应该把的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端电压达到某个值（如），就需要的阻值达到更大，即天色更暗。
3．课本图乙电路分析

由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯模仿路灯，就要使用继电器来启闭供电电路，如图所示。灯泡可用“”的，继电器可以使用型微型继电器以便能够插在实验板上。图中为继电器，工作电压为，为它的常开触点。
要点诠释：（1）二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，否则电磁继电器将不能正常工作。
（2）图中与是相互联系的整体。
（3）在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极管的存在可以提供自感电流的通路。
知识点六、温度报警器
电路原理如图所示，常温下，调整的阻值使斯密特触发器的输入端处于低电平，输出端处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻阻值减小，斯密特触发器输入端电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，的阻值不同，则报警温度不同。

要点诠释：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小的阻值，阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
知识点七、一些元器件的原理和使用
1．普通二极管和发光二极管
（1）都具有单向导电性。
（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光。普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于。
2．晶体三极管
（1）晶体三极管能够把微弱的信号放大。晶体三极管的三极分别是发射极、基极和集电极。
（2）传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为基极的电流对集电极的电流起了控制作用。
3．逻辑电路
（1）对于与门电路，只要一个输入端输入为“”，则输出端一定是“”；反之，只有当所有输入端都同时为“”，输出端才是“”。
（2）对于或门电路，只要有一个输入端输入为“”，则输出端一定是“”；反之，只有当所有输入端都为“”时，输出端才是“”。
（3）非门电路中，当输入端为“”时，输出总是“”；当输入端为“”时，输出端反而是“”。非门电路也称反相器。
（4）斯密特触发器是具有特殊功能的非门。
【典型例题】
类型一、温度传感器的应用
例1．如图所示是电饭煲的电路图，是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（）时，会自动断开，是一个自动控温开关，当温度低于时，会自动闭合；温度高于时，会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计。
（1）分析电饭煲的工作原理。

（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。
（3）简要回答，如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？
【思路点拨】先搞清楚、两控温开关的作用，在明确控温过程。
【答案】见解析
【解析】本题考查了温度传感器的实际应用，解题关键是清楚、两控温开关的作用。
（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，自动闭合，同时手动闭合，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到时，自动断开，仍闭合；水烧开后，温度升高到居里点时，开关自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至时，自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到时，又自动断开，再次处于保温状态。
（2）加热时电饭煲消耗的电功率，保温时电饭煲消耗的电功率，两式中
。
从而有。
（3）如果不闭合开关，开关总是闭合的，被短路，功率为，当温度上升到时，自动断开，功率降为，温度降低到，自动闭合……温度只能在之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。
【总结升华】熟悉电饭煲的工作原理，明确控温过程是解题的关键。
例2．(2019 北京四中三模)如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω，S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。
(2)完成下列实验步骤中的填空：
a．依照实验原理电路图连线。
b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃。
c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。
d．闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________。
e．将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________。
f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________。
g．逐步降低T1的数值，直到20 ℃；在每一温度下重复步骤ef。
【答案】(1)见解析
(2)d.电阻箱的读数R0；e．仍为I0　电阻箱的读数R1；f．R0－R1＋150 Ω
【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联。如图：
(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等。
95 ℃和T1时对应的电路的电阻相等，有150 Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω。
类型二、光传感器的应用
例3．如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性设计一个自动光控电路。

【思路点拨】由光敏电阻的特性曲线判断：当入射光增强时，光敏电阻的阻值变化，流过光敏电阻的电流变化。根据题意设计出的路灯自动控制电路。

【答案】如图所示
【解析】由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。
根据题意设计的路灯自动控制电路如图所示。

控制过程是：当有光照时，光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常闭触点断开；当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。
【总结升华】光传感器是重要的传感器之一，人们运用硫化镉对可见光敏感的特性，制作路灯自动开关、光照自动调节装置等自控设备。利用某些半导体材料对红外线敏感的特性，制作遥控设备，广泛地应用在电视机、录像机、空调、影碟机等家庭用电器的操作中，由于对红外线敏感的元件对可见光不敏感，用它制作的装置不受可见光影响，因此它的应用十分广泛。
例4．如图所示，电源两端的电压恒定，为小灯泡，为光敏电阻，为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且与距离不变，下列说法中正确的是 （ ）

A．当滑动触头向左移动时，消耗的功率增大
B．当滑动触头向左移动时，消耗的功率减小
C．当滑动触头向右移动时，消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头，消耗的功率都不变

【答案】A
【解析】本题考查了光敏电阻的特性及电路分析知识。电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则的功率变大。
【总结升华】搞清光敏电阻的特点和注意电源电压是恒定的是解决本题的关键。
类型三、电磁继电器与自动控制
例5．如图所示为低压控制电路操纵路灯工作的电路，试分析其工作原理。

【思路点拨】先搞清楚电磁继电器的工作原理，再分析控制电路原理。
【答案】见解析
【解析】（1）电磁继电器的工作原理
因集成电路允许通过的电流较小，白炽灯泡工作电流较大，所以使用继电器来启闭工作电路。如图所示，虚线框内是电磁继电器，为动触点，是静触点。当线圈中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁向下运动，从而带动触点向下与接触，工作电路接通；当线圈中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁在弹簧作用下拉起，带动触点与分离，自动切断工作电路。
（2）控制电路原理
天较亮时，光敏电阻阻值较小，斯密特触发器输入端电势较低，则输出端输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻电阻增大，斯密特触发器输入端电势升高，当升高到一定值，输出端由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，阻值减小，斯密特触发器输入端电势逐渐降低，降到一定值，输出端突然由低电平跳到高电平，则线圈不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。
【总结升华】在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极管的存在可以提供自感电流的通路。
举一反三:
【 传感器（原理及典型应用）例7】
【变式】如图甲所示为热敏电阻的图像，图乙为用热敏电阻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，当线圈中的电流大于或等于时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池电动势,内阻不计。图乙中的电源是恒温箱加热器的电源，则：

A.应该把恒温箱内的加热器接在端
B.应该把恒温箱内的加热器接在端
C.如果要使恒温箱内的温度保持在，可变电阻的值应调节到
D.如果要使恒温箱内的温度保持在，可变电阻的值应调节到
【答案】AC
类型四、温度报警器
例6．型号为的集成块里面有个非门，其引脚如图甲所示，这种非门由于性能特别，称为斯密特触发器。当加在它的输入端的电压逐渐上升到某个值（）时，输出端会突然从高电平跳到低电平（），而当输入端的电压下降到另一个值的时候（），会从低电平跳到高电平（）。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行自动控制所必须的。

现用斯密特触发器与热敏电阻组成温度报警器，电路如图乙所示，图中蜂鸣器可以选用或型，它两端的直流电压为时会发出鸣叫声；为热敏电阻，常温下阻值约几百欧，温度升高时阻值减小。的最大电阻可在间选择。
接通电源后，先调节，使蜂鸣器在常温下不发声。再用热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警声。
请你说明这个电路的工作原理。想一想：怎样能够使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
【答案】见解析
【解析】该电路的工作原理是：常温下，调整的阻值使斯密特触发器的输入端处于低电平，则输出端处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻研阻值减小，斯密特触发器输入端电势升高，当达到某一值（高电平）时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，的阻值不同，报警温度不同。
要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小的阻值，阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。

【总结升华】斯密特触发器是具有特殊功能的非门，常用符号表示；在逻辑电路中，经常把电势的高低叫做“电平”的高低，“输出低电平”的意思是，输出端处于低电势的状态。
类型五、传感器的其他应用
例7．如图甲所示是一种悬球式加速仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度。金属球的质量为，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在点，是一根长为的均匀电阻丝，其阻值为，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计；电阻丝的中心焊拉一根导体丝，从点引出一根导线，两线之间接入一个电压表，金属丝和导线电阻不计。图中虚线与垂直，且，电阻丝接在电压为的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中，使沿前进的方向。列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。
（1）当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度与电压表读数的关系式（用及重力加速度等表示）。
（2）用导出的与的关系式说明表盘上的刻度是否均匀？
（3）点设置在电阻丝中点的原因是________，对电压表的选择有什么特殊要求________。

【思路点拨】画出受力图，由牛顿第二定律及几何关系得出加速度与有效电阻丝长度及高度的的关系，再用电压与电阻的关系，推出加速度与电压表读数的关系式（用及重力加速度等表示）。分析这个关系得出第二问；考虑加速度的方向性做出第三问。
【答案】见解析
【解析】（1）设列车加速度为时，小球偏离竖直方向角，此时小球受力情况如图乙所示，根据牛顿第二定律得：
， ①
因为 ②
由①②两式得：； ③
又设列车加速度为时，电压表读数为，
， ④
由④得， ⑤
⑤代入③得。 ⑥
（2）由⑥式可知，均为常数，则列车加速度。与电压表读数成正比，可将电压表上的刻度一一对应地改成加速度 的数值，因而可知表盘上加速度的刻度与电压表上刻度一样是均匀的。
（3）列车可能加速运动也可能减速运动（加速度方向变化）；电压表中间刻度为零。
【总结升华】加速度传感器实际上是变式加速度计，它将加速度信号转化为电压信号输出，关键要找到加速度与输出电压的关系。
举一反三:
【 传感器（原理及典型应用）例9】
【变式】可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴转动时，元件发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知的质量为，弹簧的劲度系数为、自然长度为，电源的电动势为、内阻不计。滑动变阻器总长也为 ，电阻分布均匀，系统静止时在点，当系统以角速度转动时，试写出输出电压与的函数式。
【答案】
【解析】设弹簧伸长, 则
．
．
设滑动变阻器单位长度的电阻为
．
．
例8．如图所示装置为一监测锅炉内的压力大小的报警器，在压力小于某个安全值时，绿灯亮；当压力超过安全值时，红灯亮、电铃响，进行报警。试说明其工作原理。


【答案】见解析
【解析】当炉内温度超过安全值时，活塞推动金属片使触点连接，电磁铁通电把衔铁吸下来，使点接通，红灯亮，电铃响，从而起到报警作用。
【总结升华】本题关键是看懂电磁继电器电路和指示灯电路，并能分析得到两电路之间的联系。
举一反三:
【 传感器（原理及典型应用）例８】
【变式】如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为，内阻不计．不称物体时，滑片在端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上间距离为，最大阻值等于定值电阻的阻值，两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为，则所称重物的重力与电流大小的关系为 ( )
　　　
A． B.
C. D.
【答案】A
例9．如图所示是电熨斗温度自动控制装置的示意图。

（1）正常使用时，上、下触点应是分离的还是接触的？
（2）双金属片温度升高时，哪一层形变大？
（3）假设原来温度上升到时，断开电源，现在要求时断开电源，应怎样调节调温旋钮？
【思路点拨】双金属片是将温度转化为双金属片的形变。
【答案】（1）接触 （2）上层片的形变大 （3）向上调节
【解析】（1）由于常温时电熨斗是通电发热的，故上、下触点必须接通而使电热丝工作。
（2）由于上层金属片的膨胀系数比下层金属片的大，则上层金属片的形变大。
（3）应向上调节调温旋钮，使之减小对双金属片的压力，使双金属片受热时易于和触点分离断电。

【总结升华】感温双金属片是将温度转化为双金属片的形变，而应力双应变片是将应变片的形变量转化为电压输出。
举一反三:
【变式】某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈由火线和零线并行绕成，当右侧线圈中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关，从而切断家庭电路，仅考虑在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有

A．家庭电路正常工作时，中磁通量为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，中的磁通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关将被电磁铁吸起。
【答案】ABD
【解析】因原线圈是双线绕法，所以家庭电路正常工作时、磁通量为，A、B正确；家庭电路短路时，、磁通量仍为，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，两根电线电流不等且变化，开关K被磁铁吸起，D正确。
【巩固练习】
一、选择题
1．下列关于电饭锅的说法中正确的是（ ）
A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开后能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位
2．关于光传感器的应用，下列说法正确的是（ ）
A．火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的
B．火灾报警器中的光电；极管平时收不到发光二极管LED发出的光，呈现高电阻状态
C．机械式鼠标器的传感器是红外发射管
D．当鼠标在桌面上移动时，红外接收管接收到的是断续的红外脉冲
3．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是（ ）
A．生物传感器 B．红外传感器 C．温度传感器 D．压力传感器
4．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转换为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭锅中控制加热和保温的温控器
5．某城市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制。这是利用半导体的 （ ）
A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三种特性都利用了
6．如图所示是一火警报警器电路的示意图，其中恐为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大。值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变小 B．I变小，U变大
C．I变小，U变小 D．I变大，U变大
7．下列关于光传感火灾报警器说法正确的是（ ）
A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的
B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号
C．发光二极管发出的是脉冲微光
D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作
8．（2019 莆田校级模拟）某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则(　　)
A．电路中电流随角速度的增大而增大
B．电路中电流随角速度的增大而减小
C．弹簧的伸长量为
D．输出电压U与ω的函数式为
9．如图所示是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是（ ）

A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大RT时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大RT时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
10．如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG是光敏电阻。A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯（发光二极管）会点亮。下列说法正确的是（ ）
A．天黑时，Y处于高电压
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯（发光二极管）点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯（发光二极管）就能点亮
11．演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P。通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x，假设电压表是理想的，则下列说法中正确的是（ ）
A．物体M运动时，电路中的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
二、填空题
12．对于与门电路，当输入________时，输出是“1”；对于或门电路，当输入________时，输出是“1”；对于非门电路，当输入________时，输出是“1”。
13．斯密特触发器是一种特殊的________门电路，它能将连续变化的________信号，转变为连续变化的________
14．机械式鼠标器的内部中的光传感器接收到的是断续的________，输出相应的________信号。
15．烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平常光电三极管收不到LED发出的光，呈现________电阻状态。当有烟雾时因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变________。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
16．如图所示为一实验小车利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，曰为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与c同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被曰接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是________；小车速度的表达式为v=________；行程的表达式为s=________。
三、解答题
17．有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息。如图为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图。试结合图上信息，分析讨论：

（1）在种植蔬菜大棚中要用到哪些传感器？它们的作用是什么？
（2）为了控制大棚中的蔬菜的生长条件，还需要哪些设施与传感器配合使用。
18．(2019 湖北省部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。
19．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同。图甲为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1，R2和自动开关S。

（1）当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？
（2）用电器由照明电路供电（U=220 V），设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？
（3）若将图甲中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图乙所示，其他条件不变，求该用电器工作1 h消耗的电能。
20．请设计一个用光敏电阻来模拟路灯的自动夜开昼关的电路。提供的仪器：光敏电阻、小灯泡、电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线若干。
21．如图所示是一个报警器装置的逻辑电路图。RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端。
（1）为什么在高温时电铃会响起？
（2）为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些？
22．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触点开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。

（1）连接电路图；
（2）简述其工作原理。（涉及的元件可用字母代替）
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】BD
【解析】电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错，B选项正确。因水开时温度约为100℃，达不到居里温度103℃，故不能自动断电，则选项C错。温控开关只能手动闭合，故D正确。
2．【答案】BD
【解析】烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板，平常光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，选项B正确；当有烟雾时，因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化并发出警报，选项A错误；机械式鼠标器的传感器是红外接收管，选项C错误；当鼠标移动时，红外接收管就收到断续的红外脉冲，输出相应的电脉冲信号，选项D正确。
3．【答案】C
【解析】空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确。
4．【答案】A
【解析】遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，所以A选项正确。
5．【答案】B
【解析】题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确。
6．【答案】D
【解析】首先弄清电路的结构：R2与R3并联，再与R1串联，当R3所在处出现火情时，R3的温度升高，则B的电阻增大，故整个外电路的电阻增大，总电流减小，路端电压U增大，R1两端电压减小，则R2两端电压增大，所以I增大。选项D正确。本题考查了闭合电路的欧姆定律和传感器的有关知识。
7．【答案】AB
【解析】发光二极管工作时是持续发光的，挡板撤去，光始终照到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关。
8．【答案】D
【解析】系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)，又输出电压，联立两式得，，故C错误，D正确。
9．BC
【解析】当墨温度升高时，电阻减小，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A错B对。当增大R，时，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发出报警声，C对D错。
10．【答案】BC
【解析】天黑时，R。阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平，R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确。
11．【答案】B
【解析】电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故选项A错误；电压表测得的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动，亦即触头的运动而变化，故选项B正确，选项c、D错误。
二、填空题
12．【答案】都同时为“1” 有一个为“1”为“0”
13．【答案】非 模拟 数字
14．【答案】红外线脉冲 电脉冲
15．【答案】高 小
16．【答案】车轮半径R和齿轮的齿数P
【解析】小车的速度等于车轮周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v=2πRk。若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为。由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即。由以上两式可得，。同理，设车轮转动的累计圈数为k＇，则有s=2πRk＇，且，所以。可见，要测出小车的速度v和行程s，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P。
三、解答题
17．【答案】见解析
【解析】（1）在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器；检测温度的温度传感器；检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器；检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等。
（2）配套设施有：调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置与通风装置，调整湿度的通风加湿装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置。
18．【答案】 (1)A；实验电路图如图所示；(2)0.69，2.33
【解析】(1) 由于小灯泡电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接。根据实验原理，描绘小灯泡伏安特性曲线，应采用分压电路，为便于调节，滑动变阻器应选择A。
(2) 电流传感器的示数为0.3 A，由小灯泡的U-I图像（甲）可知，丙中小灯泡的电压值约为2.3V，小灯泡的电功率为P=UI=2.3×0.3W=0.69W；小灯泡的电阻为，由闭合电路欧姆定律，代入数据可得电源的内阻r=2.33Ω。
19．【答案】（1）S闭合时加热 S断开时保温 （2）121Ω 1089Ω （3）0.22 kW·h
【解析】（1）S闭合，处于加热状态；S断开，处于保温状态。
（2）由电功率公式得，，联立解得R1=121Ω，R2=1089Ω。
（3）（或7.92×105 J）。
20．【答案】见解析
【解析】本题考查学生设计创新能力，关键要利用光敏电阻的特性和继电器启闭工作电路的作用进行设计。电路设计如图所示，原理简述：光敏电阻的阻值随入射光强度的增强而减小，白天时，照射光敏电阻的光强度大，R1阻值减小，电流增大，电磁铁把衔铁P吸下使B脱离A，切断电灯电路，夜晚时相反。

21．【答案】（1）见解析 （2）R的值应大一些
【解析】（1）热敏电阻的温度上升，RT变小，A端的电压低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起。
（2）若R的值大，由于它的分压作用，使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使蹦之间电压降到低电压输入，而当A端的电压降低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起。
22．【答案】见解析
【解析】（1）连接线路图如图所示

（2）按图连接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路（控制电路）工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电机动M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，电动机M工作。

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