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北师大版（2024）九年级全册12.6 设计恒温电热杯
【题型1】敏感电阻引起的动态电路
【典型例题】图甲是中考体能测试中仰卧起坐测试仪，图乙是仰卧起坐计数装置简化电路。R1是一种光敏元件，每当上半身挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次（计数器可视为电压表）。闭合开关，红外线被遮挡时，下列判断正确的是（　　）
A.R2消耗的电功率变大
B.R1两端的电压变小
C.R1与R2两端的电压之比变大
D.通过R1的电流变大
【举一反三1】用石墨烯制成的湿敏电阻，可以准确监测空气湿度，已知如图的湿敏电阻R的阻值会随湿度的减小而减小。当空气湿度减小时，两电表示数I、U的变化情况是（　　）
A.I、U均减小
B.I、U均增大
C.1减小， U增大
D.I增大， U减小
【举一反三2】楼道里，夜间只是偶尔有人经过，电灯总是亮着会浪费电能。科研人员利用光敏材料制成“光控开关”，天黑时自动闭合；天亮时自动断开。利用声敏材料制成“声控开关”，当有人走动发出声音时，自动闭合；无人走动时，自动断开。若将这两个开关配合使用（如图所示），就可以使楼道灯变得“智能化”，这种“智能”电路正确的是（　　）
A.
B.
C.
D.
【举一反三3】现在实行网上阅卷，要求每份试卷必须贴上条形码，其中条形码扫描设备中有发光二极管、光敏二极管等元件，它们均由?????????材料构成；光学扫描部分的镜头相当于照相机，成倒立、?????????（选填“缩小”“等大”或“放大”）的实像。
【举一反三4】体重超标已影响了部分中学生的身心健康，为了动态监测学生的体重情况，班级科技创新小组设计了一台由电流表改装而成的简易体重计，其电路如图甲所示。已知电源电压为6V，恒定不变，定值电阻R0=5Ω，R为压敏电阻，其阻值与所受到的压力关系如图乙所示，电流表量程为0~0.6A，踏板重力不计，求：
(1)闭合开关S，当体重计空载时，压敏电阻R的阻值为多少欧？此时电路中的电流为多少安？
(2)此体重计所能测量的最大体重为多少？
【举一反三5】电阻温度计是由半导体材料制成的。如图甲是某半导体电阻R随温度变化的关系图像。根据这种半导体材料电阻的特性，科技之星小组的同学设计了如图乙的电路，可通过电压表来测定电热水壶中的水温的装置，所用器材有：半导体电阻R、稳压电源、电压表（0~3V）、开关、定值电阻R0（10Ω）、导线若干。
(1)当水温度为20℃，电压表的读数为1V，求电源电压；
(2)当电压表的读数为2V时，电热水壶中的水温；
【题型2】认识敏感元件
【典型例题】下列关于能源、信息和材料的说法正确的是（　　）
A.条形码扫描器中的光敏二极管使用的主要是半导材料
B.太阳能和核能都是可再生能源
C.必须用六颗同步卫星才能实现全球通信
D.塑料和银都是很好的绝缘材料
【举一反三1】下列有关材料的说法中正确的是（　　）
A.光敏电阻是由绝缘材料制成的
B.我国J20战斗机上的新型材料具有高强度、低密度的特性
C.取暖器的发热电阻用超导材料制作可以提高效率
D.保险丝的材料具有电阻小、熔点高的特点
【举一反三2】传感器在日常生活中有广泛应用，有一种开关在有声音并且光照强度低时就自动闭合，这种开关里有????????传感器和????????传感器，这种开关经常用来控制楼道里灯的亮灭。
【举一反三3】海南岛四面环海，海浪蕴含着巨大的能量，如果将海浪具有的能量充分利用，将会节省大量的煤炭、石油等资源。海浪具有能量属于??????（选填“可再生”或“不可再生”）能源。自动照相机所用的感光元件是一种光敏电阻，它是由??????材料制成的（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体”）。
【举一反三4】请阅读《压敏电阻》并回答问题。
压敏电阻
压敏电阻是阻值一种对电压敏感、具有非线性伏安特性的电阻器件，随着加在它上面的电压改变，它的电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级。
图给出了压敏电阻的伏安特性曲线。当外加电压较低时，流过压敏电阻的电流极小，此时它相当于电路中一个处于断开状态的开关。当外加电压达到或超过压敏电阻敏感电压时，压敏电阻器迅速导通，其工作电流会激增几个数量级，此时它相当于一个闭合状态的开关。人们利用压敏电阻的这一功能，可以有效地保护复杂电路中的某些精密元件不会因电压过大而损坏，抑制电路中经常出现的异常电压。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）压敏电阻的阻值随??????而改变；
（2）当外加电压较低时，压敏电阻阻值??????（选填“很大”或“很小”）；
（3）为了保护电路中某些精密元件不会因电压过大而损坏，压敏电阻应与该元件??????（选填“串联”或“并联”）；
（4）小红认为压敏电阻的敏感电压值越大越好。你觉得小红的想法对吗？请说出你的判断并做出解释??????。
【举一反三5】阅读《半导体》材料，回答下列问题。
半导体
自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素，如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。
半导体的导电性能会受到温度、光照和掺和杂质等多种因素的影响。一些半导体在温度升高时，导电性能迅速增强。利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。还有些半导体，在没有光照时不容易导电，有光照时则有良好的导电性。用它们做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。
从电子技术的发展对人类社会的影响来看，以半导体为代表的新材料的研制与开发起到了举足轻重的作用。
1904年，人类发明了电子管，从而出现了无线电技术，电视机，电子计算机等。1947年人类发明了半导体晶体管，导致了电子设备的小型化、轻量化、省能化以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长。1958年，集成电路的出现，使计算机及各种电子设备实现了一次飞跃．进入20世纪90年代，集成电路的集成度进一步提高，存储器的价格不断降低。
但是，随着计算机速度与容量的增加，以电子作为传输媒介逐渐受到限制。因此人们开始考虑更为理想的传输方式---光，即利用光子而不是电子作用携带信息的载体。随后光电子材料得到了快速发展，用光子器件制成的光计算机具有容量大、速度高的优势，而且有助于计算机向智能化方向发展。目前，很多科学家都在致力于量子计算机的研究。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置，其计算能力超过目前的任何超级计算机。研制一台具有实用价值的量子计算机面临很多科学和技术方面的挑战，不过其研究前景非常乐观。
正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除了计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。
请根据上述材料，回答下列问题。
（1）一般情况下，热敏电阻温度升高，电阻变??????，光敏电阻光照强度增加，电阻变??????；
（2）简述以光为载体携带信息的优势有哪些。??????
北师大版（2024）九年级全册12.6 设计恒温电热杯（参考答案）
【题型1】敏感电阻引起的动态电路
【典型例题】图甲是中考体能测试中仰卧起坐测试仪，图乙是仰卧起坐计数装置简化电路。R1是一种光敏元件，每当上半身挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次（计数器可视为电压表）。闭合开关，红外线被遮挡时，下列判断正确的是（　　）
A.R2消耗的电功率变大
B.R1两端的电压变小
C.R1与R2两端的电压之比变大
D.通过R1的电流变大
【答案】C
【解析】闭合开关，红外线被遮挡时，R1的电阻会变大，根据串联电路电阻规律，总电阻变大，由I=UR可知，电路的电流变小，根据串联电路电流处处相等，通过R1的电流变小，通过R2的电流变小，则R2两端的电压变小，根据串联电路电压规律可知，R1两端的电压变大，则R1与R2两端的电压之比变大，由P=UI可知，R2两端的电压变小，通过R2的电流变小，R2消耗的电功率变小，可知ABD错误，C正确。
【举一反三1】用石墨烯制成的湿敏电阻，可以准确监测空气湿度，已知如图的湿敏电阻R的阻值会随湿度的减小而减小。当空气湿度减小时，两电表示数I、U的变化情况是（　　）
A.I、U均减小
B.I、U均增大
C.1减小， U增大
D.I增大， U减小
【答案】D
【解析】如图所示，电阻R和R0串联，当空气湿度减小时，R的阻值减小，电路中总电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律知，电流表示数增大；电压表测量R两端的电压，由串联电路分压原理可知，电压表的示数减小，可知ABC不符合题意，D符合题意。
【举一反三2】楼道里，夜间只是偶尔有人经过，电灯总是亮着会浪费电能。科研人员利用光敏材料制成“光控开关”，天黑时自动闭合；天亮时自动断开。利用声敏材料制成“声控开关”，当有人走动发出声音时，自动闭合；无人走动时，自动断开。若将这两个开关配合使用（如图所示），就可以使楼道灯变得“智能化”，这种“智能”电路正确的是（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】根据题意可得，声控开关和光控开关串联后共同控制灯泡，即用导线将各元件依次连接起来即可。
【举一反三3】现在实行网上阅卷，要求每份试卷必须贴上条形码，其中条形码扫描设备中有发光二极管、光敏二极管等元件，它们均由?????????材料构成；光学扫描部分的镜头相当于照相机，成倒立、?????????（选填“缩小”“等大”或“放大”）的实像。
【答案】半导体 缩小
【解析】发光二极管、光敏二极管等元件，它们均由半导体材料构成，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
光学扫描部分的镜头是凸透镜，物距大于2倍焦距，成倒立、缩小的实像，相当于照相机。
【举一反三4】体重超标已影响了部分中学生的身心健康，为了动态监测学生的体重情况，班级科技创新小组设计了一台由电流表改装而成的简易体重计，其电路如图甲所示。已知电源电压为6V，恒定不变，定值电阻R0=5Ω，R为压敏电阻，其阻值与所受到的压力关系如图乙所示，电流表量程为0~0.6A，踏板重力不计，求：
(1)闭合开关S，当体重计空载时，压敏电阻R的阻值为多少欧？此时电路中的电流为多少安？
(2)此体重计所能测量的最大体重为多少？
【答案】(1)45Ω，0.12A (2)1200N
【解析】（1）由图甲可知，闭合开关S，定值电阻R0与压敏电阻R串联，由图乙可知当体重计空载时，压敏电阻的阻值R=45Ω，根据串联电路电阻的特点可知，此时电路的总电阻为
R总=R0+R=5Ω+45Ω=50Ω
则此时电路的电流为
I=UR总=6V50Ω=0.12A
（2）已知电流表量程为0~0.6A，当电路中的电流最大为Imax=0.6A时，体重计测量最大体重，此时压敏电阻的阻值为
R''=UImax?R0=6V0.6A?5Ω=5Ω
由题图乙可知，所能测量的最大体重为1200N。
【举一反三5】电阻温度计是由半导体材料制成的。如图甲是某半导体电阻R随温度变化的关系图像。根据这种半导体材料电阻的特性，科技之星小组的同学设计了如图乙的电路，可通过电压表来测定电热水壶中的水温的装置，所用器材有：半导体电阻R、稳压电源、电压表（0~3V）、开关、定值电阻R0（10Ω）、导线若干。
(1)当水温度为20℃，电压表的读数为1V，求电源电压；
(2)当电压表的读数为2V时，电热水壶中的水温；
【答案】(1)6V (2)40℃
【解析】(1)由图乙可知，R与R0串联，电压表测量R0两端的电压；
当水温度为20℃，根据串联电路的电流特点可知，电路中的电流
I＝I0＝U0R0＝1V10Ω＝0.1A
由图甲可知，当水温度为20℃时，R的阻值：R＝50Ω，由I＝UR可知，R两端的电压
UR＝IR＝0.1A×50Ω＝5V
根据串联电路的电压特点可知，电源电压
U＝U0+UR＝1V+5V＝6V
(2)根据串联电路的电流特点可知，电压表的读数为2V时，电路中的电流
I'＝I0'＝U0'R0＝2V10Ω＝0.2A
由I＝UR可知，电路中的总电阻
R总＝UI'＝6V0.2A＝30Ω
根据串联电路的电阻特点可知，R的阻值
R′＝R总﹣R0＝30Ω﹣10Ω＝20Ω
由图甲可知，此时水温为40℃；
【题型2】认识敏感元件
【典型例题】下列关于能源、信息和材料的说法正确的是（　　）
A.条形码扫描器中的光敏二极管使用的主要是半导材料
B.太阳能和核能都是可再生能源
C.必须用六颗同步卫星才能实现全球通信
D.塑料和银都是很好的绝缘材料
【答案】A
【解析】条形码扫描器中的光敏二极管使用的主要是半导材料，A正确；可再生能源是可以源源不断地从自然界获得的能源，太阳能是可再生能源；不可再生能源是不能在短期内从自然界得到补充的能源，核能是不可再生能源；B错误；用地球同步卫星作为中继站，3颗地球同步通信卫星就可覆盖地球实现全球通信，不用6颗，C错误；银是导体，塑料是绝缘体，D错误。
【举一反三1】下列有关材料的说法中正确的是（　　）
A.光敏电阻是由绝缘材料制成的
B.我国J20战斗机上的新型材料具有高强度、低密度的特性
C.取暖器的发热电阻用超导材料制作可以提高效率
D.保险丝的材料具有电阻小、熔点高的特点
【答案】B
【解析】有些半导体材料对光比较敏感，可以制成光敏电阻，可知A错误；为减轻飞机的重量，同时保证飞机的强度，在飞机体积一定时，制作飞机的材料应具有高强度、低密度的特点，可知B正确；取暖器的工作原理是利用了电流的热效应，即电流通过取暖器时电能转化为内能，使取暖器发热。超导体即电阻为零的导体，根据焦耳定律可知，如果取暖器的发热电阻用超导材料制作，将不会产生热量，那么取暖器就不能产生热量，无法取暖，可知C错误；保险丝的作用是在电路电流过大时，产生较多的热量，温度升高，自动熔断，从而保护电路。根据焦耳定律可知，电流和时间一定时，电阻越大，产生的热量越多；同时，为更容易熔断，保险丝的材料的熔点应较低，所以保险丝的材料具有电阻大、熔点低的特点，可知D错误。
【举一反三2】传感器在日常生活中有广泛应用，有一种开关在有声音并且光照强度低时就自动闭合，这种开关里有????????传感器和????????传感器，这种开关经常用来控制楼道里灯的亮灭。
【答案】声音 光
【解析】很多电器里都应用了各种传感器，楼道里的声光控开关应用了声音传感器和光传感器。
【举一反三3】海南岛四面环海，海浪蕴含着巨大的能量，如果将海浪具有的能量充分利用，将会节省大量的煤炭、石油等资源。海浪具有能量属于??????（选填“可再生”或“不可再生”）能源。自动照相机所用的感光元件是一种光敏电阻，它是由??????材料制成的（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体”）。
【答案】可再生 半导体
【解析】海浪属于水能的一种，可以源源不断的从自然界获取，是可在再生能源。
感光元件是一种光敏电阻，光敏电阻是半导体，导电能力介于导体和绝缘体之间。
【举一反三4】请阅读《压敏电阻》并回答问题。
压敏电阻
压敏电阻是阻值一种对电压敏感、具有非线性伏安特性的电阻器件，随着加在它上面的电压改变，它的电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级。
图给出了压敏电阻的伏安特性曲线。当外加电压较低时，流过压敏电阻的电流极小，此时它相当于电路中一个处于断开状态的开关。当外加电压达到或超过压敏电阻敏感电压时，压敏电阻器迅速导通，其工作电流会激增几个数量级，此时它相当于一个闭合状态的开关。人们利用压敏电阻的这一功能，可以有效地保护复杂电路中的某些精密元件不会因电压过大而损坏，抑制电路中经常出现的异常电压。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）压敏电阻的阻值随??????而改变；
（2）当外加电压较低时，压敏电阻阻值??????（选填“很大”或“很小”）；
（3）为了保护电路中某些精密元件不会因电压过大而损坏，压敏电阻应与该元件??????（选填“串联”或“并联”）；
（4）小红认为压敏电阻的敏感电压值越大越好。你觉得小红的想法对吗？请说出你的判断并做出解释??????。
【答案】（1）电压 （2） 很大 （3） 并联 （4） 见解析
【解析】（1）由题意“随着加在它上面的电压改变，它的电阻值可以从MΩ（兆欧）级变到mΩ（毫欧）级”可知，压敏电阻的阻值随电压的变化而变化。
（2）结合材料可知，外加电压较低时，通过压敏电阻的电流极小，相当于电路中断开的开关，可知可推知，当外加电压较低时，压敏电阻阻值很大。
（3）将压敏电阻与精密元件并联，当电路电压突然增大时，压敏电阻的阻值瞬间降低，压敏电阻所在支路相当于一条导线将精密元件短路，通过精密元件的电流为零，因此，精密元件会得到保护。
（4）此想法不对。若压敏电阻的敏感电压高于被保护元件所能承受的最大电压，当被保护元件电压过大时，压敏电阻因没能达到敏感电压而不能起到保护作用。所以敏感电压不是越大越好，而是要小于被保护元件所能承受的最大电压。
【举一反三5】阅读《半导体》材料，回答下列问题。
半导体
自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素，如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。
半导体的导电性能会受到温度、光照和掺和杂质等多种因素的影响。一些半导体在温度升高时，导电性能迅速增强。利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。还有些半导体，在没有光照时不容易导电，有光照时则有良好的导电性。用它们做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。
从电子技术的发展对人类社会的影响来看，以半导体为代表的新材料的研制与开发起到了举足轻重的作用。
1904年，人类发明了电子管，从而出现了无线电技术，电视机，电子计算机等。1947年人类发明了半导体晶体管，导致了电子设备的小型化、轻量化、省能化以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长。1958年，集成电路的出现，使计算机及各种电子设备实现了一次飞跃．进入20世纪90年代，集成电路的集成度进一步提高，存储器的价格不断降低。
但是，随着计算机速度与容量的增加，以电子作为传输媒介逐渐受到限制。因此人们开始考虑更为理想的传输方式---光，即利用光子而不是电子作用携带信息的载体。随后光电子材料得到了快速发展，用光子器件制成的光计算机具有容量大、速度高的优势，而且有助于计算机向智能化方向发展。目前，很多科学家都在致力于量子计算机的研究。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置，其计算能力超过目前的任何超级计算机。研制一台具有实用价值的量子计算机面临很多科学和技术方面的挑战，不过其研究前景非常乐观。
正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除了计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。
请根据上述材料，回答下列问题。
（1）一般情况下，热敏电阻温度升高，电阻变??????，光敏电阻光照强度增加，电阻变??????；
（2）简述以光为载体携带信息的优势有哪些。??????
【答案】（1）小 小 （2）见解析
【解析】（1）一些半导体在温度升高时，导电性能迅速增强，利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，说明热敏电阻温度升高，电阻变小。
由材料可知，在没有光照时不容易导电，有光照时则有良好的导电性，说明光敏电阻光照强度增加，电阻变小。
（2）光为载体携带信息的优势：容量大、速度高、有助于计算机向智能化方向发展。

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