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第5章　传感器及其应用
第1节　常见传感器的工作原理
学习目标
1．了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。　2.了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。　3.了解光敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。　4.了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、初识传感器
1．定义：能感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用________(主要是电信号)的器件或装置，称为传感器。
2．应用：传感器通常应用在自动测量和________系统中，担负着信息采集和____任务。
3．组成：传感器主要由敏感元件和________组成。____元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。____元件将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的______。
输出信号
自动控制
转化
转换元件
敏感
转换
电信号
二、敏感元件
1．光敏元件
(1)光敏电阻是一种典型的光敏元件。光敏电阻是用金属硫化物等______材料制成的。
(2)特性：当光照射到这些半导体物质上时，其电阻值会发生改变。光照越强，电阻值越小。
(3)原理：光敏元件除光敏电阻外，还有光敏晶体管、光电池等。它们都是利用某些物质在________电学特性随之变化的特性制成的。
半导体
光照射下
2．热敏元件
(1)分类：NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而____，因此又称为__________热敏电阻；PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而____，称为__________热敏电阻。
(2)原理：热敏元件都是利用敏感元件的某种________随____变化而变化的规律制成的。
减小
负温度系数
增大
正温度系数
电学特性
温度
3．磁敏元件
(1)霍尔元件是根据半导体材料的________制成的一种磁敏元件。
(2)原理：霍尔元件可将磁感应强度的测量转化为____的测量。用霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的__________，还可通过测量电流周围的磁场间接测量电流的大小。
霍尔效应
电压
磁感应强度
判断下列说法是否正确。
(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　　)
(2)传感器是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具。(　　)
(3)所有传感器都是由半导体材料做成的。(　　)
(4)传感器担负着采集信息的任务。(　　)
(5)半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化。(　　)
(6)金属热电阻的温度升高时电阻增大。(　　)
√
×　
√
√
√
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　传感器的组成与应用模式
一冷库中的自动控温设备如图所示，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理。
[提示]　冷库中温度较低时，导电液体体积较小，此时两电极未与导电液体接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液体受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液体温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作。
1．分析思路
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集；
(2)信息加工、放大、传输；
(3)利用所获得的信息执行某种操作。
2．分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。
(2)敏感元件分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析
认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
(4)执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图所示。M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻。车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报，则RM随烟雾浓度的增大而______________；若要提高报警灵敏度可__________R(均选填“增大”或“减小”)。
[解析]　当烟雾浓度增大时，S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小；R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化越明显。
减小
增大
执勤交警常使用酒精浓度测试仪，其电路图如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，酒精浓度传感器电阻R的阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法正确的是(　　)
A．酒精浓度传感器把电信号转化为非电信号
B．电压表的示数变小，电流表的示数变大
C．电压表的示数变大，电流表的示数变小
D．电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比变大
√
[解析]　传感器的作用是将非电信号转变为电信号，酒精浓度传感器的作用是检测酒精浓度并转化为电信号，故A错误；
知识点二　光敏电阻
1．光敏电阻是用半导体材料制成的。
2．特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强时电阻减小，光照减弱时电阻增大。
3．作用是把光学量转换为电学量。
(双选)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是(　　)
A．仅光照变强，小灯泡变暗
B．仅光照变弱，小灯泡变暗
C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮
D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
√
√
[解析]　仅光照变强，可知光敏电阻的阻值变小，则总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，则灯泡的功率变大，灯泡变亮，故A错误；
仅光照变弱，可知光敏电阻的阻值变大，则总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知总电流减小，则灯泡的功率变小，灯泡变暗，故B正确；
仅将滑片向a端滑动，接入电路的有效阻值变小，则总电阻变小，干路电流增大，灯泡的功率变大，灯泡要变亮，故C正确；
仅将滑片向b端滑动，接入电路的有效阻值变大，则总电阻变大，干路电流减小，灯泡的功率变小，灯泡要变暗，故D错误。
(双选)如图所示，这是用光敏电阻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(　　)
A．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
√
√
[解析]　严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，故A正确，B错误；
LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，故C错误；
白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，故D正确。
某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
知识点三　热敏元件
(1)闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
[提示]　温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大。
(2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？
[提示]　温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
1．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
2．热敏电阻
有些半导体在温度变化时导电能力也会变化，因此可以用这种半导体材料制作热敏电阻。
热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在其工作温度范围内，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。
3．金属热电阻和热敏电阻的区别
项目 金属热电阻 热敏电阻(NTC)
特点 电阻率随温度的升高而增大 电阻率随温度的升高而减小
R－T图像
制作材料 金属 半导体
导电原理 自由电子的定向移动 自由电子和空穴等载流子
优点 化学稳定性好，测温范围大 灵敏度较好
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
如图所示的是一火灾报警器的部分电路示意图，其中R3为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当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变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变小 D．I变小，U变大
√
(2025·湖北荆门高二期末)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，广泛应用于测量和自动控制等领域。 在电动自行车中有多处用了霍尔传感器，最典型的是测速、调速转把、断电刹把以及电动车无刷电机和霍尔助力传感器等。实验表明，铜以及大多数金属的导电物质是带负电荷的电子，但锌中的导电物质带的是正电。
知识点四　磁敏元件
(1)霍尔元件的原理图如图所示，若制作霍尔元件的材料使用的是锌，通入如图所示的电流后，N表面的电势________________(选填“高于”“低于”或“等于”)M表面的电势。
[解析]　该霍尔元件中载流子带正电，根据左手定则知，正电荷在洛伦兹力作用下偏向N表面，所以N表面的电势高于M表面的电势。
高于
(2)霍尔元件能够把磁学量_____________转换为电学量_________(填物理量的名称)。
[解析]　霍尔元件能够把磁学量磁感应强度，转换为电学量电压。
磁感应强度
电压
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(传感器的工作原理和分类)关于传感器，下列说法不正确的是(　　)
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器
解析：话筒是一种常用的传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故A错误，符合题意；
电熨斗是利用双金属片温度传感器，控制电路的通断，故B正确，不符合题意；
电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压越大，将力信号变成电信号，故C正确，不符合题意；
半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，故D正确，不符合题意。
√
2．(传感器的组成与应用模式)(双选)电子电路中常用到一种叫作干簧管的元件，如图所示，它的结构很简单，由玻璃管及管内封入的两个软磁性材料制成的簧片组成。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
√
解析：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化后相互吸引而接通，故B错误，C正确；
当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，A错误，D正确。
3．(光敏电阻)如图甲所示，光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的(　　)
√
解析：光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率地先减小后增大，但不会是0，选B。
4．(热敏电阻和金属热电阻)(双选)图为电阻R随温度T变化的图线，下列说法正确的是(　　)
A．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
√
√
解析：金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻(NTC)的阻值随温度升高而减小，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，C错误，D正确。第2节　科学制作：简单的自动控制装置　
第3节　大显身手的传感器
知识点一　科学制作：简单的自动控制装置
1．实验目的
(1)设计并制作光报警装置。
(2)设计并制作温度报警装置。
(3)了解制作的报警装置的工作原理。
2．实验器材：光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。
3．实验原理与设计
(1)根据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)、导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关。
(2)分析自控电路的合理性。
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。例如，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。
图甲和图乙分别是光报警装置和温度报警装置的电路图。
　为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图像可求出照度为0.6 lx时的电阻约为________kΩ。
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 5.8 3.7 2.3 2.0 1.8
(2)图乙所示的是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(选填“AB”或“BC”)之间。
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻为________Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：R1(0～200 Ω，1 A)、R2(0～2 000 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动阻变阻器的滑片向________(选填“左”或“右”)端移动。
[解析]　(1)从图像上可以看出当照度为0.6 lx时的电阻约为2.8 kΩ。
(2)当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，说明灯泡接在了AB之间。
(3)根据多用电表的读数规则，可知线圈的电阻R＝14×10 Ω＝140 Ω；回路中的电流为2 mA时回路中的电阻Rx＝＝ Ω＝3 000 Ω，所以选择滑动变阻器R2比较合理。若要求天色更暗时点亮路灯，则天色更暗时光敏电阻更大，要先保证回路中的电流2 mA不变，则应减小滑动变阻器的阻值，即向左滑动滑片。
[答案]　(1)2.8　(2)AB　(3)140　R2　左
　某同学用热敏电阻制作了一个简易自动报警器，热敏电阻的阻值R 随温度t变化的图像如图甲所示，简易自动报警器的电路图如图丙所示，请回答以下问题：
(1)用多用电表欧姆挡测继电器线圈 ed(图乙所示)的电阻时，将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测继电器线圈 ed电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择开关旋至________(选填“×10”或“×1k”)进行测量，经正确操作，多用表示数如图丁所示，则所测继电器线圈 ed的阻值为________Ω。
(2)为使温度在达到报警温度时，简易报警器响起，单刀双掷开关C应该接________(选填“a”或“b”)。
(3)流过继电器线圈 ed的电流I0≥10 mA时电路才会报警，若直流电源电动势E1为18 V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60 ℃时报警器响起，则滑动变阻器规格应该选择________。
A．0～200 Ω B．0～500 Ω　C．0～1 500 Ω
(4)若工作过程中希望温度达到80 ℃时才报警，则应该选择________(选填“更大”或“更小”)量程范围的滑动变阻器。
[解析]　(1)将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测继电器线圈 ed电阻发现指针偏转角度过大，可知所选倍率太大，则应把选择开关旋至×10挡进行测量；经正确操作，多用表示数如题图丁所示，则所测继电器线圈 ed的阻值为22×10 Ω＝220 Ω。
(2)由于温度升高热敏电阻阻值减小，通过继电器的电流增大，其产生的磁场磁感应强度增大，把铁片向左吸引，所以要让报警器响起，单刀双掷开关C应该接a。
(3)流过继电器线圈ed的电流I0≥10 mA才会报警，若直流电源电动势E1为18 V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60 ℃时报警器响起，当温度达到60 ℃时，热敏电阻的阻值R为580 Ω，则有R＋R滑＝＝ Ω＝1 800 Ω，可得此时滑动变阻器接入电路阻值R滑＝1 800 Ω－580 Ω＝1 220 Ω，故C正确。
(4)若工作过程中希望温度达到80 ℃时才报警，由热敏电阻的阻值R 随温度t变化的图像可知，80 ℃时热敏电阻的阻值小于60 ℃时热敏电阻的阻值，根据R＋R滑＝，可知80 ℃时滑动变阻器接入电路阻值更大，则工作过程中希望温度达到80 ℃时才报警，应该选择更大量程范围的滑动变阻器。
[答案]　(1)×10　220　(2)a　(3)C　(4)更大
知识点二　常见传感器及其应用
1．自动感应门
(1)控制自动门的开关装有一种红外线传感器。
(2)自动门系统三环节：检测门前是否有人；判断检测结果，发出相关指令；执行指令。
2．洗衣机的水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时，凸起的膜片控制触点接触，使控制电路接通，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。
3．指纹识别器：指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值不同。通过读取这些电容的差异，就能获取指纹信息。
4．机器人
(1)机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。
(2)机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。
(3)传感器用途分类
①外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。
②内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
5．力传感器的分析思路
力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值大小，可以得知外力的大小。力传感器的种类繁多，在具体应用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算。
　某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图所示。测量时先调节输入端的电压，使传感器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压U0，现有下列器材：
力电传感器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电传感器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量：
(1)设计一个电路，要求力电传感器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
(2)以下为简要的测量步骤，请将不完整处补充完整：
A．调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；
B．将________放在传感器上，记下输出电压U0；
C．将待测物放在传感器上，记下输出电压U1。
(3)根据以上测量，可求出：比例系数k＝________，待测物体的质量m＝________。
[解析]　(1)根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知，输出端应接电压表。又根据输入电路的电压调节范围尽可能大可知，必须用滑动变阻器在输入端组成分压电路。设计的电路如图所示。
(2)测量步骤与结果：
A．调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；
B．将质量为m0的砝码放在传感器上，记下输出电压U0；
C．将待测物放在转换器上，记下输出电压U1。
(3)由以上测量可知，U0＝km0g，U1＝kmg
可得k＝，所以m＝m0。
[答案]　(1)图见解析　(2)质量为m0的砝码　(3)　m0
知识点三　电容式传感器
常见电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器 随着电介质板进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
　传感器是把非电学量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学量(如电压、电流、电阻等)的一种元件或装置。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大
D．图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
[解析]　题图甲中两极间的电荷量不变，若电压减小则由电容的定义式C＝可知，电容增大，由电容的决定式C＝可知，两极板正对面积增大，h变大，A错误；题图乙中两极间的电荷量不变，若电压增大，则由电容的定义式C＝可知，电容减小，由电容的决定式C＝可知，极板正对面积减小，θ变大，B错误；题图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电荷量减小，由电容的定义式C＝可知，电容减小，由电容的决定式C＝可知，电介质向外移动，则x变小，C错误；题图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电荷量增大，由电容的定义式C＝可知，电容增大，由电容的决定式C＝可知，极板间距离减小，则F变大，D正确。
[答案]　D
1．(热敏电阻)(2025·福建厦门市第二次质量检测)某实验小组为测量一个热敏电阻的阻值(可变范围15～100 Ω)随温度变化的关系，利用下列仪器设计了如图甲所示的电路图：
A．电源E(电动势为12 V，内阻约为1 Ω)
B．电压表V1(量程为0～6 V，内阻约为3 kΩ)
C．电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为5 kΩ)
D．电流计G (量程为0～100 mA，内阻为10 Ω)
E．滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω，额定电流为3 A)
F．定值电阻R0＝10 Ω
(1)断开开关S2，闭合开关S1，调节滑动变阻器测出较低温度时的热敏电阻阻值。
(2)随着热敏电阻温度升高，所测电流也逐渐增大，当通过热敏电阻电流即将超过100 mA时，闭合开关S2，相当于将电流计改装成量程为____________mA的电流表，并继续进行电阻的测量。
(3)为减小实验误差，应保证电表示数超过量程的三分之一，则电压表应选择__________(选填“V1”或“V2”)。
(4)经过测量得出热敏电阻的阻值R与温度t的关系图像如图乙所示，该小组利用此热敏电阻R与继电器组成一个简单恒温箱温控电路如图丙所示，当线圈的电流达到一定值时，继电器的衔铁被吸合，图中“电源”是恒温箱加热器的电源，则恒温箱的加热器应接在________(选填“A、B”或“C、D”)端；若要提高恒温箱内的温度，应________(选填“调大”或“调小”)可变电阻器R′的阻值。
解析：(2)闭合开关S2，电流计与R0并联，则相当于将电流计改装为电流表的量程I＝Ig＋＝200 mA。
(3)由于电源电动势为12 V，为减小实验误差，电表示数超过量程的三分之一，电压表应选择V1。
(4)由于热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当线圈的电流达到一定值时，继电器的衔铁被吸合，电源不再给恒温箱加热器通电，故应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。若恒温箱内的温度保持在更高的数值，热敏电阻的阻值变小，则可变电阻R′的值应调大。
答案：(2)200　(3)V1　(4)A、B　调大
2．(力传感器及其应用)(双选)(2025·湖北荆州阶段练)如图是苹果自动分拣装置的示意图，该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在电阻R1上，R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道；当大苹果通过托盘秤时，R2两端能够获得较大电压，电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准，下列说法正确的是(　　)
A．压力越小，R1越小
B．调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准
C．若电源内阻变小，会提高分拣标准m0
D．若电源电动势变大，会降低分拣标准m0
解析：选BD。小苹果通过托盘秤时，R1受到的压力较小，此时R2两端的电压较小，根据串联分压规律可知，此时R1电阻值较大，即压力越小，R1越大，故A错误；根据题意可知，当苹果质量一定时，R1压力一定，电阻一定，此时R2电阻越大，R2两端获得电压越大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准，故B正确；若电源内阻变小，当苹果质量一定且较小时，R1压力一定，电阻一定，此时回路电流增大，R2两端获得电压变大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即若电源内阻变小，会降低分拣标准m0，故C错误；若电源电动势变大，当苹果质量一定且较小时，R1压力一定，电阻一定，此时回路电流增大，R2两端获得电压变大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即若电源电动势变大，会降低分拣标准m0，故D正确。
3．(电容传感器的应用)某同学制成了一种电容式加速度仪，结构如图所示。A、B两板间连接有劲度系数为k的用绝缘材料制成的轻弹簧，A板固定在运动物体上，B板可自由运动，B板质量为m，电容器的带电量保持恒定，两板与电压传感器连接。物体不动时，弹簧长度为d，电压传感器的示数为U，当物体向右做匀加速直线运动，稳定时，电压传感器的示数为0.8 U，不计一切摩擦，则物体运动的加速度大小为________。
解析：根据C＝，C＝，E＝，可得E＝，由于电容器带电量恒定，因此当两板间的距离改变时，板间的电场强度恒定，则＝，解得d′＝0.8d，根据k×(d－d′)＝ma，解得a＝。
答案：1．电容式话筒的示意图如图所示，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(　　)
A．距离变化
B．正对面积变化
C．电介质变化
D．电压变化
解析：选A。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。
2．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是(　　)
A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大
B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小
C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音
D．压力传感器可以使其有“手感”
解析：选A。温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻和金属热电阻，根据热敏电阻与金属热电阻的特性，阻值不一定随温度升高而增大，故A错误，符合题意；光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，故B正确，不符合题意；超声波传感器是将声强转化为电学量，可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音，故C正确，不符合题意；压力传感器可以将压力转化为电学量，可以使机器人有“手感”，故D正确，不符合题意。
3．随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示的是用平行板电容器制成的厨房电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移，则(　　)
A．电容器储存的电能减少
B．电容器的电容减小，所带电荷量减小
C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流
D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势
解析：选D。根据电容器表达式C＝，当两个极板的距离减小时，电容器的电容增大；由于电容器一直和电源相连，电压不变，再根据电容器定义式C＝，可知当电容增大时，所带电荷量增大，则电容器储存的电能增加，所以A、B错误；膜片下移过程中，电容器充电，则电流表有b到a的电流，C错误；电子秤是一个压力传感器，当压力稳定后，电容器停止充电，电路中的电流为零，即电流表示数为零，两极板间的电势差不变，等于电源的电动势，所以D正确。
4．力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用力敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(　　)
A．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
解析：选D。在t1到t2内，I变大，力敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2到t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。
5．传感器是一种采集信息的重要器件，图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法正确的是(　　)
　
①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生
④若电流表有示数，说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，说明压力F不发生变化
A．②④ B．①④
C．③⑤ D．①⑤
解析：选A。当下压时，因为C＝，d减小，C增大，在U不变时，因为C＝，所以Q增大，即电路中有从b向a的电流，②正确；当F变化时，电容器两板的间距变化，电容变化，电容器上所带的电荷量发生变化，电路中有电流，④正确，故选A。
6．测定压力的电容式传感器如图所示，将平行板电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)
A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
解析：选A。压力F作用时，极板间距d变小，由C＝ 知，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板电荷量变大，所以电容器应充电，电流从灵敏电流计正接线柱流入，所以指针将向右偏。F不变时，极板保持固定后，充电结束后，指针回到零刻度。
7．(2025·浙江宁波市期末)图甲所示的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(该电阻特性是光照强，导电性好)、R2为定值电阻，A、B接监控装置。如图乙所示的是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(　　)
A．图甲中，当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压减小
B．图甲中，仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
C．图乙中，温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
D．图乙中，温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
解析：选A。题图甲中，当有人通过而遮住光线时，光照变弱，R1阻值变大，根据“串反并同”，A、B之间电压减小，A正确；题图甲中，仅减小R2的阻值时，回路电流增大，根据UAB＝E－I(R1＋r) ，A、B之间的电压减小，B错误；题图乙中，温度升高至78 ℃时，回路导通，电磁铁通电，灯L2亮报警，灯L1熄灭，C、D错误。
8．2024年4月15 日，中国科学技术大学发布了我国首台持有体验交互AI美女机器人“佳佳”，其在人机对话理解、面部微表情、躯体动作搭配等方面取得重大突破，机器人对外界事物的感知是通过各类传感器来完成的。一物理兴趣小组对某型薄膜压力传感器的“压力曲线”展开探究，已知该型半导体薄膜压力传感器阻值RF会随所受压力F的增大而减小，其阻值约为几十千欧，重力加速度g取10 m/s2，现利用以下器材测量压力传感器在不同压力下的阻值：
A．压力传感器RF(压力感知范围：20 g～600 g)
B．电源(电动势5 V，内阻不计)
C．电流表A(量程0～250 μA，内阻约为50 Ω)
D．电压表V(量程0～3 V，内阻约为20 kΩ)
E．滑动变阻器R(阻值范围为0～100 Ω)
F．开关S，导线及砝码若干。
(1)请在图1所示的实物连线中，完成余下导线的连接(要求实验尽量精确)。
(2)在薄膜压力传感器上放置适量砝码，调节滑动变阻器滑片使得两电表示数适当大些以便于精确测量。实验时薄膜压力传感器必须________放置，且闭合开关前，应将滑动变阻器滑片调至最左端。某次操作，所放砝码质量m＝200 g，，电压表示数U＝2.60 V，而电流表的示数如图2 所示，其中电流表的读数I＝________μA，进而可得此时薄膜压力传感器电阻的测量值RF＝________kΩ(结果保留3位有效数字)，多次测量并描点连线得到如图3所示的 RF－F曲线。
(3)若将定义为压力传感器的灵敏度，则由图3可知该型薄膜压力传感器的灵敏度随着所受压力的增大而________。
解析：(1)依据题意可知，本实验采用伏安法测量压力传感器在不同压力下的电阻，由实验所给器材可知RF>＝1 kΩ，所以电流表需采用内接法；而所给滑动变阻器的阻值远小于压力传感器的阻值，所以必须采用分压式接法，电路实物连线图如图所示。
(2)实验采用平衡法来测量压力传感器所受到的压力大小，为保证压力等于砝码的重力，传感器应水平放置。实验所用电流表量程为0～250 μA，最小分度值为5 μA，读数时应采用五分之一估读法，即以1 μA为单位进行估读，所以电流表的读数应为223 μA或224 μA。由欧姆定律R＝，可得RF＝≈11.7 kΩ，或RF＝≈11.6 kΩ。
(3)因压力传感器的灵敏度定义为，即压力曲线上各点切线的斜率，结合题图3所示的压力曲线可知，该型压力传感器的灵敏度随压力的增大而减小。
答案：(1)图见解析
(2)水平　223或224　11.7或11.6
(3)减小1．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
解析：选B。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或反射回来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器。
2．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．金属材料也可以制成传感器
B．水银温度计是一种传感器
C．传感器主要是通过感知温度的变化来传递信号的
D．所有传感器都是由塑料制成的
解析：选A。传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A正确，D错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，故B错误；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故C错误。
3．下列有关传感器的叙述，正确的是(　　)
A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作
B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作
C．红外线传感器就是温度传感器
D．传感器是将电学量转换成非电学量的一种元件
解析：选B。交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精浓度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，故A错误；红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，故B正确；红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，不是温度传感器，故C错误；传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D错误。
4．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是(　　)
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析：选A。红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号，走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号，自动洗衣机中的压力传感装置是传感器把压力信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器是传感器把温度信号转换成电信号。
5．干簧管是能够感知磁场的常用传感元件，小明在实验中发现一个常开型干簧管，即初始状态两金属片断开，下列哪些操作不能使干簧管闭合(　　)
解析：选A。干簧管的簧片触点需要被不同极性的磁化才能正常工作，如果磁铁正对触点中心，簧片两端磁化的极性相同，根据“同性相斥”的原理，簧片无法被吸引闭合，则选项A操作不能使干簧管闭合，选项B、C、D操作均能使干簧管闭合。
6．(2025·陕西宝鸡市期末)传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法不正确的是(　　)
A．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是压力传感器
B．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用
C．空调在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，是温度传感器的应用
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
解析：选A。利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器制成的，故A错误，与题意相符，B正确，与题意不符；空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器，故C正确，与题意不符；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确，与题意不符。
7．一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是(　　)
A．光敏电阻　　　　　 B．电阻应变片
C．热敏电阻 D．干簧管
解析：选D。根据题意，应使用干簧管，使得门窗动时穿过干簧管磁通量变化，产生感应电流。
8．科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．激光传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量
B．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制
C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量，干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器主要是通过感知电压的变化或感知电流的变化来传递信号
解析：选B。激光传感器能将光学量按一定规律转换成电学量，A错误；电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，干簧管是一种能够感知磁场的传感器，C错误；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，D错误。
9．(双选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，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(　　)
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
解析：选AD。当有光照射R1时，R1的电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次。
10．(双选)如图所示的是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，下列说法正确的是(　　)
A．电势差的大小仅与磁感应强度有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φD
C．仅增大电流I时，电势差变大
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
解析：选BC。CD间存在电势差，就一定存在电场，载流子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、c，有q＝qvB，又I＝nqvS＝nqvbc，可得UCD＝，n由材料决定，故UCD不仅与材料有关还与厚度c成反比，同时还与磁场B、电流I有关，A错误，C正确；载流子是自由电子时，根据左手定则，电子向D侧面偏转，D侧面带负电，C侧面带正电，所以C侧面的电势高，则UCD>0，即有φC>φD，B正确；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。
11．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是(　　)
A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号
解析：选D。题图甲中，当被测物体左、右移动时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以甲图传感器是位移传感器，故A正确，不符合题意；题图乙中，A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器，当传送带上的物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值会发生变化，供给信号处理系统的电压发生变化，这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确，不符合题意；题图丙中，在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点，当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确，不符合题意；传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误，符合题意。
12．光照传感器在大棚种植中得到了广泛的应用，技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路，增加植物光照时间，有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1，闭合开关后，秋天傍晚6点时，灯泡L两端的电压达到一定值，恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，电流表、电压表均为理想电表，灯泡的光对光敏电阻的影响不计，不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是(　　)
A．光照减弱的过程中电流表示数增大
B．光照减弱的过程中电压表和电流表示数比值不变
C．光照减弱的过程中电压表和电流表变化量绝对值的比值变大
D．若电阻箱阻值大于R1，则秋天傍晚6点之后L才可能发光
解析：选D。光照减弱的过程中，光敏电阻的阻值增大，整个回路的电阻增大，电流表示数减小，故A错误；电压表和电流表示数的比值为并联部分总电阻，光照减弱的过程中，电压表和电流表示数的比值变大，故B错误；根据闭合电路欧姆定律可知，电压表和电流表变化量绝对值的比值为R1＋r，恒定不变，故C错误；若电阻箱阻值大于R1，则当光敏电阻阻值大于傍晚6点时的阻值时，灯泡才可能发光，故D正确。
13．(2025·辽宁锦州阶段练)图甲是某型号负温度系数的热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图像(已做近似处理)，图乙是用R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在0.6 V～1.2 V之间调节，R0为100 Ω的定值电阻。该电路工作原理是：将R1放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使电路中电流保持2 mA不变，可直接从温度计表盘上得出待测温度。下列说法正确的是(　　)
A．温度计表盘上显示30℃时，电源电压为0.68 V
B．该电路R1允许接入的阻值范围为200 Ω～500 Ω
C．该热敏电阻温度计的测温范围为0～30 ℃
D．该电路中R1工作时的功率范围为1.2 mW～2.4 mW
解析：选B。温度计表盘上显示30 ℃时，R1电阻为280 Ω，电路中电流恒为2 mA不变，则电源电压U＝I(R1＋R0)＝0.76 V，故A错误；当电源电压为1.2 V时，电路总电阻最大，有R1max＝－R0＝500 Ω，当电源电压为0.6 V时，电路总电阻最小，有R1min＝－R0＝200 Ω，根据数学方法可知热敏电阻R1的阻值随温度t变化的关系式为R1＝520－8t，代入数据可知该热敏电阻温度计的测温范围为2.5 ℃≤t≤40 ℃，故B正确，C错误；根据P＝I2R1，代入热敏电阻的电阻范围，解得该电路中R1工作时的功率范围为0.8 mW～2 mW，故D错误。单元过关检测(四)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
B．太阳能自动控制路灯一般用热敏电阻作为敏感元件
C．话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将电信号转化为声信号
D．干簧管可以感知磁场的存在，是一种能够测出磁感应强度的传感器
解析：选A。电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，A正确；太阳能自动控制路灯一般用光敏电阻作为敏感元件，B错误；话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将声信号转化为电信号，C错误；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，能够把磁信号转变为电路的通断，故D错误。
2．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
解析：选B。题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确。
3．如图为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交流电的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器(　　)
A．将电流变化信号转化为位移变化信号输出
B．将位移变化信号转化为电流变化信号输出
C．将位移变化信号转化为电阻变化信号输出
D．当物体向左移动时，线圈的自感系数变小
解析：选B。电感式位移传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，故B正确，A、C错误；当物体向左移动时，软铁芯插入线圈的深度增大，则线圈的自感系数增大，故D错误。
4．图甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，P点电流向左为正，下列说法正确的是(　　)
A．0到t1时间内电容器上极板带正电
B．t1到t2时间内电容器中的电场能增大
C．在t3时刻，线圈中的磁场能最大
D．增大电容器两板间距，振荡电流的周期将减小
解析：选D。根据题图乙可知，0到t1时间内电流逐渐减小，则磁场能逐渐减小，电场能逐渐增大，电容器被充电，且电流为正方向，即电流方向为逆时针方向，可知下极板带正电，上极板带负电，故A错误；t1到t2时间内电流逐渐增大，则磁场能逐渐增大，电场能逐渐减小，故B错误；在t3时刻，电流为0，则线圈中的磁场能最小，故C错误；增大电容器两板间距，根据C＝，T＝2π，可知电容减小，振荡电流的周期减小，故D正确。
5．把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图示连成电路。把示波器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，从此刻开始计时，电容器通过线圈放电(规定逆时针方向为电流的正方向)。电路工作过程中，同时会向外辐射电磁波，则电压Uab和电流随时间t变化的波形正确的是(　　)
解析：选D。电容器放电时，电流由a通过线圈流向b，为正方向。起始时刻电压最大，电路向外辐射电磁波的过程中，电路中的能量减小，则电容器两极板的最大电压逐渐减小。
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
6．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示。已知可见光的频率范围是4.2×1014～7.8×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波(　　)
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为3.0×108 m/s
D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小
解析：选BC。由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；由题图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确；在真空中电磁波(包括可见光)的传播速度大小均为c＝3×108 m/s，故C正确，D错误。
7．图甲为智能停车位，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。当车辆靠近自感线圈L时，相当于在线圈中插入铁芯，使自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率变化。智能停车位计时器根据振荡电流频率变化，进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A．t2时刻电容器C所带电量为零
B．t1到t2过程，线圈L中磁场能在减小
C．t1到t2过程，线圈L的自感电动势在增大
D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位
解析：选BC。t2时刻电流为零，此时电容器C所带电量最大，故A错误；t1到t2过程，电流逐渐减小，电容器充电，磁场能向电场能转化，线圈L中磁场能在减小，故B正确；t1到t2过程，电流变化率越来越大，线圈L的自感电动势在增大，故C正确；由题图乙可知，振荡电路的周期变大，根据T＝2π可知线圈自感系数变大，则汽车正驶入智能停车位，故D错误。
8．图甲为LC振荡电路，电容器M板上的电荷量q随时间t变化的图像如图乙所示。在某段时间里，回路的磁场能在减小，且M板仍带正电，则下列说法正确的是(　　)
A．在这段时间里，M板上的电荷量q的变化可能对应图中的O～a段
B．在这段时间里，M板上的电荷量q的变化可能对应图中的b～c段
C．在这段时间里，电路中电流方向为逆时针
D．在这段时间里，电路中的电流值不断减小
解析：选AD。在某段时间里，回路的磁场能在减小，电容器充电，电荷量逐渐增大，因M板仍带正电，即M板上的电荷量q的变化可能对应题图乙中的O～a段，电路中电流方向为顺时针，充电完毕的瞬间，电流为零，即电路中的电流值不断减小。
9．力敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用力敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置。如图甲所示，将力敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电压表示数为U0，电源内阻不能忽略，若在某个运动过程中，电压表的示数变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A.0到t1时间内电梯内的物体处于超重状态
B．t2到t3时间内电梯内的物体处于失重状态
C．t1到t2时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态
D．t2到t3时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态
解析：选BC。电梯静止时，电压表的示数为U0，力敏电阻受到的压力是mg，设此时力敏电阻的阻值为R 1，0到t3时间内，电压表的示数大于U0，电路中的总电阻变大，则力敏电阻的阻值变大，即大于R1，则力敏电阻受到的压力小于mg，则物体在该过程一直处于失重状态，故A错误，B正确；在t1到t2时间内，电梯内的物体处于失重状态，电梯的加速度向下且保持不变，则电梯可能处于向下的匀加速直线运动状态，C正确；t2到t3时间内，由于电压表读数是变化的，则外电阻是变化的，力敏电阻阻值是变化的，所受压力是变化的，则电梯不可能做匀变速运动，D错误。
三、非选择题(本题共6小题，共56分)
10．(3分)如图所示的是空间磁感应强度B随时间t的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点的电场强度E应________(选填“逐渐增强”“逐渐减弱”或“不变”)。
解析：由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故电场强度E不变。
答案：不变
11．(12分)磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V，内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝1 kΩ、开关、导线若干。
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，实验小组设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V，电流表读数为0.5 mA，则此时磁敏电阻的阻值为____________。
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示。某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图戊中E为直流电源(电动势为6.0 V，内阻可忽略)，当图戊中的输出电压达到或超过2.0 V时，便触发报警器(图戊中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T，则图戊中________(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻，另一定值电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。
解析：(1)根据题图甲，在题图乙中补充实物连线图如图所示。
(2)电压表的最小刻度值为0.1 V，如题图丙所示，电压表的读数为1.30 V，根据串联电路电压与电阻成正比的关系，磁敏电阻两端的电压为×(2 kΩ＋1 kΩ)＝1.95 V，电流表读数为0.5 mA，故此时磁敏电阻的阻值R＝ Ω＝3.9×103 Ω。
(3)根据闭合电路可得输出电压U＝，要求输出电压达到或超过2.0 V时报警，即要求磁感应强度增大时，电阻的阻值增大，从而需要输出电压增大，故需要R2的阻值增大才能实现此功能，故R2为磁敏电阻；开始报警时磁感应强度为0.2 T，此时R2＝1.4 kΩ，电压U＝2.0 V，根据电路关系＝，解得另一定值电阻的阻值R1＝2.8 kΩ。
答案：(1)实物连接图见解析　(2)1.30　3.9×103 Ω　(3)R2　2.8
12．(12分)某物理兴趣小组制作了一个简易电子体温计，其结构如图1所示。
(1)兴趣小组测出某种热敏电阻的I－U图像如图2所示，那么他们选用的应该是图________(选填“3”或“4”)电路，由图2可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)。
(2)按图5所示的电路测量热敏电阻t ℃时的电阻Rt。小明将单刀双掷开关分别打到a处和b处，通过观察分析，发现电压表示数变化更明显，由此判断开关打到________(选填“a”或“b”)处时进行实验系统误差较小。
(3)小明为了消除系统误差，他设计用电流计G和电阻箱替代电压表，电路如图6所示。实验绘制出了－R箱图线是如图7所示直线，斜率为k，纵截距为b。R箱为电阻箱阻值读数，I为A示数，Ig为G示数，则Rt＝________。
(4)热敏电阻的阻值随温度的变化如图9所示，在设计的电路中(如图8所示)，已知电源电动势为5.0 V(内阻不计)，电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动(导通)电压为3.0 V，即发光二极管两端电压U≥3.0 V时点亮，同时电铃发声。实验要求当热敏电阻的温度高于38 ℃时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻________(选填“R1”或“R2”)为定值电阻，其阻值应调为________Ω(结果保留2位有效数字)。
解析：(1)由题图2可知，电压、电流均从0开始变化，则电路采用分压式，即题图4。由题图2可知，电压与电流的比值越来越小，即热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)将单刀双掷开关分别打到a处和b处，通过观察分析，发现电压表示数变化更明显，说明电压表分流影响小，电流表应该采用外接法，即开关打到a。
(3)由并联电路电压相等得(Rg＋R箱)Ig＝Rt(I－Ig)，化简得＝＋R箱，则k＝，解得Rt＝。
(4)由于热敏电阻阻值随温度的升高而降低，要使发光二极管电压U≥3.0 V时点亮，则有R2分压随总电阻的减小而增大，由串联电路中的电压之比等于电阻之比，所以R1为热敏电阻，R2为定值电阻。由题图9可知，当温度为38 ℃时，热敏电阻阻值为40.0 Ω。由闭合电路欧姆定律列出表达式＝，解得R2＝60 Ω。
答案：(1)4　减小　(2)a　(3)　(4)R2　60
13．(12分)某研究性学习小组利用力敏电阻制作电子秤。已知力敏电阻在压力作用下发生微小形变，它的电阻也随之发生变化，其阻值R随压力F变化的图像如图(a)所示，其中R0＝15 Ω，图像斜率k＝1.4 Ω/N。小组同学按图(b)所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计)，电路中电源电动势E＝3.5 V，内阻未知，电流表量程为0～10 mA，内阻RA＝18 Ω，g取10 m/s2。实验步骤如下：
(1)实验有下列一些步骤，则最合理的步骤为________。
①秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器电阻接入电阻不变，读出此时毫安表示数I；
②换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值；
③秤盘上不放重物时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏；
④将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。
(2)实验时发现电流表量程偏小，根据需要将其量程扩大为100 mA，则应该给该电流表________(选填“串联”或“并联”)阻值为________Ω的电阻。
(3)用改装后的电流表进行操作，若电流表示数为20 mA，则待测重物质量m＝________kg。(结果保留2位有效数字)
(4)电流表表盘改动后，正确的刻线及0刻度位置最合理的是________。
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台电子秤称重前，进行了步骤③的操作，则测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)在本实验中应先让秤盘上不放重物，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏，然后在秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器接入电阻不变，读出此时毫安表示数I，再换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值，最后将电流表刻度盘改装为质量刻度盘，故合理的实验操作顺序为③①②④。
(2)要将小量程的电流表改装成量程较大的电流表时，需要并联一个小电阻，有I＝IA＋，代入数据解得R＝2 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得，当秤盘上不放重物时，调节滑动变阻器使得电流表满偏，有Ig＝，当秤盘上放上重物，且电流表示数为20 mA时，有I0＝，R＝R0＋kmg，联立可得m＝10 kg。
(4)由于力敏电阻阻值R随压力增大而增大，则电流表示数随压力增大而减小，所以改装后的刻度盘，其零刻度线在电流表的满刻度处。
(5)根据操作过程③可知，当电源电动势不变，而内阻增大时，仍可以使得电流表达到满偏，滑动变阻器接入电路的阻值减小，但回路中电源内阻和滑动变阻器接入电路的总电阻不变，所以测量结果不变。
答案：(1)③①②④　(2)并联　2　(3)10　(4)A
(5)不变
14．(7分)传感器在日常生活中的应用越来越广泛，利用温度传感器制成的温控开关就是其中的一种。烘箱就是利用温控开关来自动控制电路的。常温下，该开关是闭合的；当温度达到某一设定值时，开关自动断开，从而切断整个电路。如图所示的四个电路图中，能够实现自动控温的是哪一种？判断并说明理由。
解析：由于常温下温控开关闭合，当温度达到某一设定值时，温控开关自动断开，切断整个电路，说明温控开关应该处于干路，故题图(a)电路能够实现自动控温。
答案：见解析
15．(10分)如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，电阻为0，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V　2 W”。开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时，求：
(1)当t＝×10-3 s时，电容器的右极板带何种电荷；(5分)
(2)当t＝π×10-3 s时，LC回路中的电流大小。(5分)
解析：T＝2π＝2π× s＝2π×10-3 s。
(1)断开S时，电流最大，t＝×10-3 s＝，即经电流最小，电容器两极板间的电压最大，在此过程中对电容器充电，右极板带正电。
(2)t＝π×10-3 s＝，此时电流最大，与没断开开关时的电流大小相等，则I＝＝ A＝0.5 A。
答案：(1)正电荷　(2)0.5 A(共3张PPT)
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THANKS模块综合检测卷(二)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．关于电磁波的应用，下列说法正确的是(　　)
A．雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B．移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C．X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子的间距相近
D．工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：选C。雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应不明显，故A错误；微波和其他波段的电磁波的波速一样，都为光速，故B错误；X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子的间距相近，故C正确；工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性弱的特点，故D错误。
2．如图所示的是远距离输电的示意图，已知交流电源电压为U，升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶m，降压变压器的原、副线圈匝数比为n∶1，负载R正常工作。现输电距离增大，输电线电阻随之增大，若要保证负载仍能正常工作，且只改变选项中的一个量，下列做法可行的是(　　)
A．增大m　　　　　　　 B．减小m
C．减小n D．减小U
解析：选A。现输电距离增大，输电线电阻随之增大，上面消耗的电压增多，要保证负载仍能正常工作，即副线圈两端电压不变。增大m，升压变压器副线圈上的电压增大，可保证降压变压器原线圈上的电压不变，故A正确，B错误；减小n，降压变压器副线圈上的电压可能会变小，不能保证负载正常工作，故C错误；减小U，负载两端电压变小，负载不能正常工作，故D错误。
3．图甲为按压式发电手电筒。以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流。已知发电机内阻r＝2 Ω，与其串联的白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω。若该灯泡恰好正常发光，则该发电机(　　)
A．输出电流的有效值为0.5 A
B．输出电流的最大值为0.5 A
C．电动势的最大值为10 V
D．输出的交流电频率为50 Hz
解析：选A。白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω，灯泡恰好正常发光，则输出电流的有效值I＝＝ A＝0.5 A，故A正确；题图乙中电流为正弦式交变电流，则输出电流的最大值Im＝I＝ A，故B错误；电动势的最大值Em＝Im(R＋r)＝10 V，故C错误；根据题图乙可知，周期为0.2 s，则频率f＝＝5 Hz，故D错误。
4．如图所示的是我国研制的超导型核磁共振仪(MRI)。在圆筒状机器内部，通电的超导型线圈能在受检者周围制造高强度磁场环境，借由高频无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核会将吸收的能量释放出来，按特定频率发出射频电信号，被电脑收录并加以分析，继而转换成2D影像。下列说法正确的是(　　)
A．超导线圈的电流产生高强度磁场是电磁感应现象
B．无线电波是电磁波，传播需要介质，不能在真空中传播
C．无线电波脉冲激发身体的氢原子核应用了电流的磁效应
D．检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件
解析：选D。超导线圈的电流产生高强度磁场是电流的磁效应，不是电磁感应现象，A错误；无线电波是电磁波，传播不需要介质，能在真空中传播，B错误；无线电波脉冲激发身体的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量，不是应用了电流的磁效应，C错误；检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件，以防对仪器产生影响，D正确。
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
5．关于电场强度和磁感应强度，下列说法正确的是(　　)
A．磁感应强度的方向与置于该处的通电导线所受的安培力方向垂直
B．由真空中点电荷的电场强度公式E＝知，当r→0时，其电场强度趋于无穷大
C．电场强度的定义式E＝适用于任何电场
D．由公式B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场
解析：选AC。根据左手定则可知，磁感应强度的方向与置于该处的通电导线所受的安培力方向垂直，A正确；真空中点电荷的电场强度公式E＝，当r→0时，电荷不能看成点电荷，公式不再适用，B错误；电场强度的定义式E＝适用于任何电场，C正确；由公式B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明此处可能无磁场，也可能导线与磁场平行，D错误。
6．图甲是一台小型发电机构造示意图。磁极N、S间的磁场看成匀强磁场，磁感应强度大小为 T，线圈共100匝，矩形线圈的面积为S。该发电机产生的感应电动势图像如图乙所示，该交流电通过自耦变压器对一定值电阻R供电，不计发电机内阻，则下列说法正确的是(　　)
A．矩形线圈面积为0.12 m2
B．电阻中电流方向每秒钟改变10次
C．当变压器的滑片P向上滑动时，电阻R消耗的功率增大
D．线圈从t＝0开始转过90°的过程中，电压表的读数先增大后减小
解析：选AB。从题图乙中可知线圈转动过程中产生的感应电动势最大值为12 V，周期为0.2 s，根据Em＝NBSω＝NBS，解得S＝0.12 m2，A正确；由于周期为0.2 s，则1 s内共有5个周期，每个周期内电流方向变化2次，故电阻中电流方向每秒钟改变10次，B正确；电压表测得数值是电压有效值，保持不变，D错误；变压器的滑片P向上滑动时，原线圈的匝数n1增大，根据＝，可知变压器副线圈输出电压U2减小，故电阻R消耗的功率减小，C错误。
7．如图所示，半径为R的圆形区域内存在匀强磁场，方向垂直于纸面向里。边界上C点有一粒子源，可平行于纸面向磁场内任意方向发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子，粒子速度大小均为v0。不计粒子重力以及粒子间的相互作用，所有粒子运动半径均为R且离开磁场时速度方向均与AB平行，AB、CD为互相垂直的直径，则(　　)
A．粒子离开磁场时速度方向平行于AB向下
B．磁感应强度大小为
C．经过圆心O的粒子在磁场中运动的时间为
D．沿着CO方向射入的粒子在磁场中运动的时间为
解析：选BC。由于粒子做圆周运动的半径等于磁场圆的半径，根据磁发散原理可知，带正电的粒子从C点射入磁场中均平行于AB向上射出，故A错误；根据洛伦兹力提供向心力有qv0B＝m eq \f(v,R)，所以B＝，故B正确；若粒子经过圆心O，则其圆心角等于120°，则t1＝T，T＝，所以粒子在磁场中运动的时间t1＝，故C正确；若粒子沿着CO方向射入磁场，其圆心角等于90°，所以粒子在磁场中运动的时间t2＝T＝，故D错误。
8．我国建造的第一台回旋加速器的工作原理如图所示，其核心部分是两个D形盒，两盒中间接入交变电压。粒子源O置于D形盒的圆心，能不断释放出带电粒子，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化。现用该回旋加速器分别对H、He粒子进行加速，下列说法正确的是(　　)
A．粒子能获得的最大动能跟所加交变电压的大小有关
B．两种粒子离开出口处的动能之比为1∶2
C．两种粒子在回旋加速器中运动的时间相等
D．两种粒子在回旋加速器中运动的时间不相等
解析：选BC。粒子在磁场中的最大轨道半径为D形盒的半径，此时对应速度也最大，则有qvmB＝m eq \f(v,R)，最大动能Ekm＝mv＝，所以粒子能获得的最大动能跟所加交变电压的大小无关，故A错误；由Ekm＝可知He粒子离开出口处的动能为H粒子的两倍，故B正确；设粒子加速的次数为n，则有Ekm＝nqU，则粒子运动的时间t＝n，由T＝，解得t＝，可知两种粒子在回旋加速器中运动的时间相等，故C正确，D错误。
三、非选择题(本题共8小题，共60分)
9．(3分)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。t＝0.02 s时线圈平面与磁场方向________(选填“平行”或“垂直”)；1 s内电流方向改变________次。
解析：t＝0.02 s时感应电流最大，线圈平面与磁场方向平行；根据频率与周期的关系可知f＝＝50 Hz，1 s内电流方向改变100次。
答案：平行　100
10．(3分)如图所示，螺线管导线的两端与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两金属板间，并处于静止状态。若使一条形磁体从左向右靠近螺线管，则小球________(选填“向左摆动”“向右摆动”或“不动”)；螺线管的左端相当于条形磁体的________(选填“N”或“S”)极。
解析：当磁体靠近时，导致线圈的磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电动势，假设电路闭合，则由楞次定律可知，感应电流方向是从右极板向下通过线圈再到左极板，由于线圈相当于电源，因此左极板电势高，所以带正电小球将向右摆动；假如电路闭合，则螺线管中的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则可知螺线管的左端相当于条形磁体的S极。
答案：向右摆动　S
11．(3分)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的质量相等的离子P和P′，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里，有一定的宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P、P′在磁场中转过的角度θ分别为30°和60°，则离子P和P′(离子重力忽略不计)在磁场中运动的半径之比为________，二者电量之比为________。
解析：设磁场宽度为L，离子通过磁场转过的角度等于其圆心角，根据几何关系可得sin θ＝，两离子在磁场中运动的半径之比为∶1；带电粒子在加速电场中，由动能定理可得qU＝Ek－0＝mv2，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝，整理可得R＝，结合半径之比可算得两离子电量之比为1∶3。
答案：∶1　1∶3
12．(6分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，需调节________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，需将原电压表更换为内阻__________(选填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
解析：(1)由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改变，而要确保电流表的示数仍为50.0 μA，则需控制整个回路的总电阻不变，故需要调节的器材是可变电阻R1。连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总减小，则根据并联电阻的关系有R总＝＝，则要保证R总不变，需将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。
(2)根据题图可得温度为35.0 ℃时电压表的电压为1.60 V，且实验设定恒定电流为50.0 μA，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1＝ 32 kΩ；温度为40.0 ℃时电压表的电压为1.30 V，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2＝ 26 kΩ，则温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是k＝＝－1.2 kΩ·℃-1，负号表示随着温度升高RT的阻值减小。
答案：(1)可变电阻R1　远大于　(2)－1.2
13.(10分)智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格，其中包括对光照强度的调控，光照强度简称照度I，反映光照的强弱，光越强，照度越大，单位为勒克斯(lx)。为了控制照度，科技人员设计了图甲所示的智能光控电路。
(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R，某同学用如图乙所示电路，测量光敏电阻在不同照度时的阻值，实验所用器材：电源E1(9 V)、滑动变阻器R4(最大阻值为20 Ω)、电压表V(量程为0～3 V，内阻为3 kΩ)、毫安表A(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝6 kΩ、开关、导线若干，则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器的滑片移到________(选填“左”或“右”)端。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，其读数为________V，电流表读数为1.5 mA，
此时光敏电阻的阻值为________kΩ。
(3)通过测量得到6组数据如下表，请在图丁中作出阻值R随照度I变化的图像，由图可判断光敏电阻的阻值与照度________(选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。
照度I/(klx) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
电阻R/(kΩ) 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8
(4)该同学用上述光敏电阻接入图甲所示的电路，其中电源电动势E＝6.0 V，内阻忽略不计，电阻R1＝100 Ω，电阻箱R2的阻值调节范围是0～9 999.9 Ω，光敏电阻R的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作，为了使照度降低到4 klx时，自动控制系统开始补光，R2的阻值应该调节为________kΩ。
(5)要加快蔬菜的生长，适度提高光照时间，可调节的方法是__________________。
解析：(1)为了保证电路的安全闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑到左端，从而使光敏电阻两端的电压为零。
(2)电压表的最小刻度值为0.1 V，由题图丙可知，电压表的读数为1.80 V；根据串联电路电压与电阻成正比的关系，光敏电阻两端的电压为×(3 kΩ＋6 kΩ)＝5.40 V，电流表读数为1.5 mA，故此时光敏电阻的阻值R＝ Ω＝3.6 kΩ。
(3)根据图像可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数，所以光敏电阻的阻值R与照度不满足反比例函数关系。
(4)根据闭合电路欧姆定律得I＝，根据图像可知在照度降低到4 klx时，对应的阻值R＝4 kΩ，又有U＝IR，其中U＝2 V，联立可得R2＝7.9 kΩ。
(5)减小R2 的阻值，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流变大，R两端的电压变大，从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度高于4 000 lx，加快蔬菜的生长。
答案：(1)左　(2)1.80　3.6　(3)图像见解析　不满足　(4)7.9　(5)减小R2的阻值
14．(9分)如图所示的是一个小型交流发电机的示意图。线框abcd处于匀强磁场中，已知ab＝bc＝20 cm，B＝ T，线圈匝数n＝50，线圈电阻r＝5 Ω，外电路负载电阻R＝5 Ω，线圈以n′＝120 r/min的转速匀速转动。所示电流表和电压表均为理想交流电表。
(1)若从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，求感应电动势瞬时值表达式。(3分)
(2)求电压表和电流表的示数。(3分)
(3)由图示位置转过60°角的过程中，求产生的平均感应电动势的大小。(3分)
解析：(1)线圈转动产生的是正弦交流电，最大值
Em＝nBSω
由题意可知ω＝2πn′＝4π rad/s
联立代入数据可得Em＝8 V
由于从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，故电动势的瞬时值表达式为e＝8sin 4πt(V)。
(2)由有效值计算公式有
E＝＝8 V，U＝E＝4 V
由闭合电路欧姆定律，回路中电流I＝＝0.8 A。
(3)由题图所示位置转过60°角的过程中磁通量的变化量ΔΦ＝BS sin 60°
产生的平均感应电动势＝n
其中Δt＝
联立可解得＝ V。
答案：(1)e＝8sin 4πt(V)　(2)4 V　0.8 A
(3) V
15．(10分)正方形导线框的质量m＝4 kg，边长L＝1 m，匝数n＝100匝，总电阻R＝2 Ω，用绳子将其吊在天花板下，线框竖直静止且上下两边水平，在线框的中间位置以下区域分布有与线框平面垂直的匀强磁场，磁场方向如图甲所示，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示，g取10 m/s2。
(1)判断线框中的电流方向。(2分)
(2)求前6 s内流过导线横截面的电荷量q。(4分)
(3)在t＝4 s时绳子的拉力大小F。(4分)
解析：(1)由题图乙可知，穿过线框的磁通量在减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向也是垂直于线框平面向里，结合右手螺旋定则可知，线框中的电流方向为顺时针方向。
(2)根据法拉第电磁感应定律可知，线框的感应电动势
E＝n·＝5 V
通过线框的电流I＝＝2.5 A
前6 s内流过导线横截面的电荷量q＝It＝15 C。
(3)由题图乙可知，t＝4 s时磁感应强度B＝0.4 T，线框受到安培力的大小F安＝nBIL＝100 N
根据楞次定律和左手定则可知，安培力的方向竖直向下，根据平衡条件可得，绳子的拉力大小F＝F安＋mg＝140 N。
答案：(1)顺时针方向　(2)15 C　(3)140 N
16．(16分)如图所示的xOy平面内，x轴上方存在平行于y轴向下的匀强电场，x轴下方存在垂直于xOy平面向外的匀强磁场，在y轴上坐标为L处的P点有一质量为m、电荷量为q(q > 0)的带电粒子，以v0的速度平行于x轴进入电场中，并从x轴上的M点(图中未标出)以与x轴成60°角方向首次进入磁场中，粒子在磁场中做匀速圆周运动，随后从x轴上的N点(图中未标出)首次离开磁场，且恰能回到P点，不计粒子重力。
(1)求匀强电场的场强大小。(3分)
(2)求匀强磁场的磁感应强度大小B。(5分)
(3)若改变磁感应强度的大小，粒子经多次进出磁场之后能再次经过M点，求磁感应强度可能的值及粒子相邻两次经过M点的时间间隔。(8分)
解析：(1)粒子在电场中做平抛运动，由牛顿第二定律可知qE＝ma
根据匀变速直线运动的规律可得v＝2aL
vy＝v0tan 60°
联立上述各式解得E＝ eq \f(3mv,2qL)。
(2)由题意知带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动，圆心在y轴上，轨迹关于y轴对称，如图所示，
粒子首次进入磁场时的速度大小
v＝＝2v0
洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，则有
Bqv＝
根据几何关系可知
OM＝＝
OM＝r sin 60°＝r
解得r＝L
联立可得B＝。
(3)要使得粒子经多次进出磁场之后能再次经过M点，磁感应强度应增大，使粒子在磁场中的轨道半径变小，粒子每次进出磁场的位置将向右移动，设粒子第n次出磁场的位置恰好在M点，则粒子每次出磁场的位置相对于上一次出磁场的位置右移的长度正好为MN的，即MN＝2r sin 60°＝n·2(r－r′)sin 60°(n＝2，3，4，…)
解得r′＝r
再结合牛顿第二定律可知B′qv＝
解得B′＝·(n＝2，3，4，…)
粒子在电场中运动的时间
t1＝(n－1)＝
粒子在磁场中运动的周期
T＝＝
粒子在磁场中运动的时间
t2＝n·T＝
粒子先后两次经过M点的时间间隔t＝t1＋t2＝＋＝(＋)(n＝2，3，4，…)。
答案：(1) eq \f(3mv,2qL)　(2)　(3)见解析(共43张PPT)
第2节　科学制作：简单的自动控制装置
第3节　大显身手的传感器
课堂深度探究
PART
01
第一部分
知识点一　科学制作：简单的自动控制装置
1．实验目的
(1)设计并制作光报警装置。
(2)设计并制作温度报警装置。
(3)了解制作的报警装置的工作原理。
2．实验器材：光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。
3．实验原理与设计
(1)根据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)、导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关。
(2)分析自控电路的合理性。
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。例如，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。
图甲和图乙分别是光报警装置和温度报警装置的电路图。
为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图像可求出照度为0.6 lx时的电阻约为________kΩ。
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 5.8 3.7 2.3 2.0 1.8
[解析]　从图像上可以看出当照度为0.6 lx时的电阻约为2.8 kΩ。
2.8
(2)图乙所示的是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(选填“AB”或“BC”)之间。
[解析]　当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，说明灯泡接在了AB之间。
AB
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻为________Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：R1(0～200 Ω，1 A)、R2(0～2 000 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动阻变阻器的滑片向________(选填“左”或“右”)端移动。
140
R2
左
某同学用热敏电阻制作了一个简易自动报警器，热敏电阻的阻值R 随温度t变化的图像如图甲所示，简易自动报警器的电路图如图丙所示，请回答以下问题：
(1)用多用电表欧姆挡测继电器线圈 ed(图乙所示)的电阻时，将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测继电器线圈 ed电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择开关旋至________(选填“×10”或“×1k”)进行测量，经正确操作，多用表示数如图丁所示，则所测继电器线圈 ed的阻值为________Ω。
×10
220
[解析]　将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测继电器线圈 ed电阻发现指针偏转角度过大，可知所选倍率太大，则应把选择开关旋至×10挡进行测量；经正确操作，多用表示数如题图丁所示，则所测继电器线圈 ed的阻值为22×10 Ω＝220 Ω。
(2)为使温度在达到报警温度时，简易报警器响起，单刀双掷开关C应该接________(选填“a”或“b”)。
[解析]　由于温度升高热敏电阻阻值减小，通过继电器的电流增大，其产生的磁场磁感应强度增大，把铁片向左吸引，所以要让报警器响起，单刀双掷开关C应该接a。
a
(3)流过继电器线圈 ed的电流I0≥10 mA时电路才会报警，若直流电源电动势E1为18 V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60 ℃时报警器响起，则滑动变阻器规格应该选择________。
A．0～200 Ω B．0～500 Ω　C．0～1 500 Ω
C
(4)若工作过程中希望温度达到80 ℃时才报警，则应该选择________(选填“更大”或“更小”)量程范围的滑动变阻器。
更大
知识点二　常见传感器及其应用
1．自动感应门
(1)控制自动门的开关装有一种红外线传感器。
(2)自动门系统三环节：检测门前是否有人；判断检测结果，发出相关指令；执行指令。
2．洗衣机的水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时，凸起的膜片控制触点接触，使控制电路接通，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。
3．指纹识别器：指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值不同。通过读取这些电容的差异，就能获取指纹信息。
4．机器人
(1)机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。
(2)机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。
(3)传感器用途分类
①外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。
②内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
5．力传感器的分析思路
力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值大小，可以得知外力的大小。力传感器的种类繁多，在具体应用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算。
某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图所示。测量时先调节输入端的电压，使传感器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压U0，现有下列器材：
力电传感器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电传感器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量：
(1)设计一个电路，要求力电传感器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
[解析]　根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知，输出端应接电压表。又根据输入电路的电压调节范围尽可能大可知，必须用滑动变阻器在输入端组成分压电路。设计的电路如图所示。
[答案]　图见解析
(2)以下为简要的测量步骤，请将不完整处补充完整：
A．调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；
B．将____________________放在传感器上，记下输出电压U0；
C．将待测物放在传感器上，记下输出电压U1。
[解析]　测量步骤与结果：
A．调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；
B．将质量为m0的砝码放在传感器上，记下输出电压U0；
C．将待测物放在转换器上，记下输出电压U1。
质量为m0的砝码
(3)根据以上测量，可求出：比例系数k＝________，待测物体的质量m＝________。
常见电容式传感器
知识点三　电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
名称 传感器 原理
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器 随着电介质板进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
√
传感器是把非电学量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学量(如电压、电流、电阻等)的一种元件或装置。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中两极板所带电荷量不变，
若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极板所带电荷量不变，
若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大
D．图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
1．(热敏电阻)(2025·福建厦门市第二次质量检测)某实验小组为测量一个热敏电阻的阻值(可变范围15～100 Ω)随温度变化的关系，利用下列仪器设计了如图甲所示的电路图：
A．电源E(电动势为12 V，内阻约为1 Ω)
B．电压表V1(量程为0～6 V，内阻约为3 kΩ)
C．电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为5 kΩ)
D．电流计G (量程为0～100 mA，内阻为10 Ω)
E．滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω，额定电流为3 A)
F．定值电阻R0＝10 Ω
(1)断开开关S2，闭合开关S1，调节滑动变阻器测出较低温度时的热敏电阻阻值。
(2)随着热敏电阻温度升高，所测电流也逐渐增大，当通过热敏电阻电流即将超过100 mA时，闭合开关S2，相当于将电流计改装成量程为____________mA的电流表，并继续进行电阻的测量。
200
(3)为减小实验误差，应保证电表示数超过量程的三分之一，则电压表应选择__________(选填“V1”或“V2”)。
解析：由于电源电动势为12 V，为减小实验误差，电表示数超过量程的三分之一，电压表应选择V1。
V1
(4)经过测量得出热敏电阻的阻值R与温度t的关系图像如图乙所示，该小组利用此热敏电阻R与继电器组成一个简单恒温箱温控电路如图丙所示，当线圈的电流达到一定值时，继电器的衔铁被吸合，图中“电源”是恒温箱加热器的电源，则恒温箱的加热器应接在________(选填“A、B”或“C、D”)端；若要提高恒温箱内的温度，应________(选填“调大”或“调小”)可变电阻器R′的阻值。
A、B
调大
解析：由于热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当线圈的电流达到一定值时，继电器的衔铁被吸合，电源不再给恒温箱加热器通电，故应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。若恒温箱内的温度保持在更高的数值，热敏电阻的阻值变小，则可变电阻R′的值应调大。
√
2．(力传感器及其应用)(双选)(2025·湖北荆州阶段练)如图是苹果自动分拣装置的示意图，该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在电阻R1上，R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道；当大苹果通过托盘秤时，R2两端能够获得较大电压，电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准，下列说法正确的是(　　)
A．压力越小，R1越小
B．调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准
C．若电源内阻变小，会提高分拣标准m0
D．若电源电动势变大，会降低分拣标准m0
√
解析：小苹果通过托盘秤时，R1受到的压力较小，此时R2两端的电压较小，根据串联分压规律可知，此时R1电阻值较大，即压力越小，R1越大，故A错误；
根据题意可知，当苹果质量一定时，R1压力一定，电阻一定，此时R2电阻越大，R2两端获得电压越大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准，故B正确；
若电源内阻变小，当苹果质量一定且较小时，R1压力一定，电阻一定，此时回路电流增大，R2两端获得电压变大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即若电源内阻变小，会降低分拣标准m0，故C错误；
若电源电动势变大，当苹果质量一定且较小时，R1压力一定，电阻一定，此时回路电流增大，R2两端获得电压变大，电磁铁将吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，即若电源电动势变大，会降低分拣标准m0，故D正确。
3．(电容传感器的应用)某同学制成了一种电容式加速度仪，结构如图所示。A、B两板间连接有劲度系数为k的用绝缘材料制成的轻弹簧，A板固定在运动物体上，B板可自由运动，B板质量为m，电容器的带电量保持恒定，两板与电压传感器连接。物体不动时，弹簧长度为d，电压传感器的示数为U，当物体向右做匀加速直线运动，稳定时，电压传感器的示数为0.8 U，不计一切摩擦，则物体运动的加速度大小为________。(共22张PPT)
课后达标检测
√
1．电容式话筒的示意图如图所示，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(　　)
A．距离变化 B．正对面积变化
C．电介质变化 D．电压变化
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。
√
2．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是(　　)
A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大
B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小
C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音
D．压力传感器可以使其有“手感”
解析：温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻和金属热电阻，根据热敏电阻与金属热电阻的特性，阻值不一定随温度升高而增大，故A错误，符合题意；
光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，故B正确，不符合题意；
超声波传感器是将声强转化为电学量，可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音，故C正确，不符合题意；
压力传感器可以将压力转化为电学量，可以使机器人有“手感”，故D正确，不符合题意。
√
3．随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示的是用平行板电容器制成的厨房电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移，则(　　)
A．电容器储存的电能减少
B．电容器的电容减小，所带电荷量减小
C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流
D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势
膜片下移过程中，电容器充电，则电流表有b到a的电流，C错误；
电子秤是一个压力传感器，当压力稳定后，电容器停止充电，电路中的电流为零，即电流表示数为零，两极板间的电势差不变，等于电源的电动势，所以D正确。
√
4．力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用力敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(　　)
A．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
解析：在t1到t2内，I变大，力敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；
在t2到t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。
√
5．传感器是一种采集信息的重要器件，图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法正确的是(　　)　
①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生
④若电流表有示数，说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，说明压力F不发生变化
A．②④ B．①④
C．③⑤ D．①⑤
√
6．测定压力的电容式传感器如图所示，将平行板电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)
A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
7．(2025·浙江宁波市期末)图甲所示的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(该电阻特性是光照强，导电性好)、R2为定值电阻，A、B接监控装置。如图乙所示的是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(　　)
A．图甲中，当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压减小
B．图甲中，仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
C．图乙中，温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
D．图乙中，温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
√
解析：题图甲中，当有人通过而遮住光线时，光照变弱，R1阻值变大，根据“串反并同”，A、B之间电压减小，A正确；
题图甲中，仅减小R2的阻值时，回路电流增大，根据UAB＝E－I(R1＋r) ，A、B之间的电压减小，B错误；
题图乙中，温度升高至78 ℃时，回路导通，电磁铁通电，灯L2亮报警，灯L1熄灭，C、D错误。
8．2024年4月15 日，中国科学技术大学发布了我国首台持有体验交互AI美女机器人“佳佳”，其在人机对话理解、面部微表情、躯体动作搭配等方面取得重大突破，机器人对外界事物的感知是通过各类传感器来完成的。一物理兴趣小组对某型薄膜压力传感器的“压力曲线”展开探究，已知该型半导体薄膜压力传感器阻值RF会随所受压力F的增大而减小，其阻值约为几十千欧，重力加速度g取10 m/s2，现利用以下器材测量压力传感器在不同压力下的阻值：
A．压力传感器RF(压力感知范围：20 g～600 g)
B．电源(电动势5 V，内阻不计)
C．电流表A(量程0～250 μA，内阻约为50 Ω)
D．电压表V(量程0～3 V，内阻约为20 kΩ)
E．滑动变阻器R(阻值范围为0～100 Ω)
F．开关S，导线及砝码若干。
(1)请在图1所示的实物连线中，完成余下导线的连接(要求实验尽量精确)。
答案：图见解析
(2)在薄膜压力传感器上放置适量砝码，调节滑动变阻器滑片使得两电表示数适当大些以便于精确测量。实验时薄膜压力传感器必须________放置，且闭合开关前，应将滑动变阻器滑片调至最左端。某次操作，所放砝码质量m＝200 g，，电压表示数U＝2.60 V，而电流表的示数如图2 所示，其中电流表的读数I＝___________μA，进而可得此时薄膜压力传感器电阻的测量值RF＝__________kΩ(结果保留3位有效数字)，多次测量并描点连线得到如图3所示的 RF－F曲线。
水平
223或224
11.7或11.6
减小(共27张PPT)
课后达标检测
√
1．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
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或反射回来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器。
2．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．金属材料也可以制成传感器
B．水银温度计是一种传感器
C．传感器主要是通过感知温度的变化来传递信号的
D．所有传感器都是由塑料制成的
√
解析：传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A正确，D错误；
水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，故B错误；
传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故C错误。
3．下列有关传感器的叙述，正确的是(　　)
A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作
B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作
C．红外线传感器就是温度传感器
D．传感器是将电学量转换成非电学量的一种元件
√
解析：交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精浓度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，故A错误；
红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，故B正确；
红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，不是温度传感器，故C错误；
传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D错误。
4．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是(　　)

A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
√
解析：红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号，走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号，自动洗衣机中的压力传感装置是传感器把压力信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器是传感器把温度信号转换成电信号。
5．干簧管是能够感知磁场的常用传感元件，小明在实验中发现一个常开型干簧管，即初始状态两金属片断开，下列哪些操作不能使干簧管闭合(　　)
√
解析：干簧管的簧片触点需要被不同极性的磁化才能正常工作，如果磁铁正对触点中心，簧片两端磁化的极性相同，根据“同性相斥”的原理，簧片无法被吸引闭合，则选项A操作不能使干簧管闭合，选项B、C、D操作均能使干簧管闭合。
6．(2025·陕西宝鸡市期末)传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法不正确的是(　　)
A．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是压力传感器
B．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用
C．空调在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，是温度传感器的应用
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
√
解析：利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器制成的，故A错误，与题意相符，B正确，与题意不符；
空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器，故C正确，与题意不符；
电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确，与题意不符。
√
7．一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是(　　)
A．光敏电阻　　　　　 B．电阻应变片
C．热敏电阻 D．干簧管
解析：根据题意，应使用干簧管，使得门窗动时穿过干簧管磁通量变化，产生感应电流。
√
8．科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．激光传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量
B．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制
C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量，干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器主要是通过感知电压的变化或感知电流的变化来传递信号
解析：激光传感器能将光学量按一定规律转换成电学量，A错误；
电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；
霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，干簧管是一种能够感知磁场的传感器，C错误；
传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，D错误。
9．(双选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，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(　　)
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
√
√
解析：当有光照射R1时，R1的电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次。
10．(双选)如图所示的是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，下列说法正确的是(　　)

A．电势差的大小仅与磁感应强度有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φD
C．仅增大电流I时，电势差变大
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
√
√
载流子是自由电子时，根据左手定则，电子向D侧面偏转，D侧面带负电，C侧面带正电，所以C侧面的电势高，则UCD>0，即有φC>φD，B正确；
在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。
√
11．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是(　　)

A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号
解析：题图甲中，当被测物体左、右移动时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以甲图传感器是位移传感器，故A正确，不符合题意；
题图乙中，A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器，当传送带上的物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值会发生变化，供给信号处理系统的电压发生变化，这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确，不符合题意；
题图丙中，在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点，当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确，不符合题意；
传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误，符合题意。
√
12．光照传感器在大棚种植中得到了广泛的应用，技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路，增加植物光照时间，有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1，闭合开关后，秋天傍晚6点时，灯泡L两端的电压达到一定值，恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，电流表、电压表均为理想电表，灯泡的光对光敏电阻的影响不计，不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是(　　)
A．光照减弱的过程中电流表示数增大
B．光照减弱的过程中电压表和电流表示数比值不变
C．光照减弱的过程中电压表和电流表变化量绝对值的比值变大
D．若电阻箱阻值大于R1，则秋天傍晚6点之后L才可能发光
解析：光照减弱的过程中，光敏电阻的阻值增大，整个回路的电阻增大，电流表示数减小，故A错误；
电压表和电流表示数的比值为并联部分总电阻，光照减弱的过程中，电压表和电流表示数的比值变大，故B错误；
根据闭合电路欧姆定律可知，电压表和电流表变化量绝对值的比值为R1＋r，恒定不变，故C错误；
若电阻箱阻值大于R1，则当光敏电阻阻值大于傍晚6点时的阻值时，灯泡才可能发光，故D正确。
√
13．(2025·辽宁锦州阶段练)图甲是某型号负温度系数的热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图像(已做近似处理)，图乙是用R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在0.6 V～1.2 V之间调节，R0为100 Ω的定值电阻。该电路工作原理是：将R1放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使电路中电流保持2 mA不变，可直接从温度计表盘上得出待测温度。下列说法正确的是(　　)
A．温度计表盘上显示30℃时，电源电压为0.68 V
B．该电路R1允许接入的阻值范围为200 Ω～500 Ω
C．该热敏电阻温度计的测温范围为0～30 ℃
D．该电路中R1工作时的功率范围为1.2 mW～2.4 mW
解析：温度计表盘上显示30 ℃时，R1电阻为280 Ω，电路中电流恒为2 mA不变，则电源电压U＝I(R1＋R0)＝0.76 V，故A错误；
根据P＝I2R1，代入热敏电阻的电阻范围，解得该电路中R1工作时的功率范围为0.8 mW～2 mW，故D错误。(共47张PPT)
模块综合检测卷(一)
√
解析：对于给定的电源，从负极到正极移动单位正电荷非静电力做功越多，电动势就越大，故A错误；
电磁波谱按波长由小到大排列的顺序是γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线，故B正确；
在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，故C错误；
√
√
3．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1，原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压u，R为阻值随光强增大而减小的光敏电阻，L1和L2是两个完全相同的灯泡，电表均为理想交流电表，则(　　)

A．通过光敏电阻的交变电流频率为10 Hz
B．若L2的灯丝烧断，则电压表的示数仍为5 V
C．当照射R的光强增大时，电流表的示数变小
D．图像上对应的0.01 s时刻，发电机中的线圈平面与中性面垂直
图像上对应的0.01 s时刻，电压瞬时值为零，发电机中的线圈平面与中性面重合，D错误。
√
4．为了测量物体的位移，将与被测物体固定相连的电介质板插入平行金属板电容器中，电容器C可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。当开关S从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知被测物体的位移。关于此装置，下列说法正确的是(　　)
A．电源电动势越小，则振荡电流的频率越低
B．当电容器中电量最大时，电路中的电流也最大
C．当电感自感电动势最大时，电容器中电场能最大
D．检测到振荡电流的频率增加，说明被测物体向左运动
由LC振荡电路可知，当电容器中电量最大时，电路中的电流为零，故B错误；
当电感自感电动势最大时，此时刚刚充电完毕，电容器中电场能最大，故C正确；
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
5．如图所示的是一种经颅磁刺激的医疗技术，在人体头部上方放置的金属线圈内通以脉冲电流，电流流经线圈产生高强度脉冲磁场，磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感应电流，下列说法正确的是(　　)
√
A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象
B．变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场
C．若将脉冲电流改为恒定电流，也会持续对脑部产生感应电流
D．若脉冲电流最大值不变，但脉冲电流时间Δt缩短，则在脑部产生的感应电流会增强
√
解析：脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场，是电流的磁效应，故A错误；
脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流，是电磁感应现象，即变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场，故B正确；
将脉冲电流改为恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生感应电流，不可持续对脑部产生电刺激作用，故C错误；
若脉冲电流最大值不变，但缩短脉冲电流时间，则产生的磁场变化得更快，在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，故D正确。
6．如图所示，半径为L的导电圆环(电阻不计)绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OA、OB、OC，辐条互成120°。在圆环圆心角∠MON＝120°的范围内(两条虚线之间)分布着垂直于圆环平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，圆环的边缘通过电刷P和导线与一个阻值也为r的定值电阻R0相连，定值电阻R0的另一端通过导线接在圆环的中心轴上。在圆环匀速转动过程中，下列说法正确的是(　　)
√
√
解析：由题意知，三根金属辐条始终有一根在磁场中切割磁感线，切割磁感线的金属辐条相当于内阻为r的电源，另外两根金属辐条和定值电阻R0并联，辐条进出磁场前后电流的大小、方向均改变，故A错误；
√
√
√
8．如图，在光滑绝缘水平桌面上建立平面直角坐标系xOy，其第一象限存在匀强磁场B，方向垂直于桌面向里。从P点垂直于Ox轴滚入一个带电金属小球甲，随后沿着轨迹b离开磁场，在磁场中经历的时间为t。现在轨迹b上的Q点静止放置另一金属小球乙，再次从P点垂直于Ox轴以相同速度滚入带电金属小球甲。小球甲、乙均可视为质点，二者发生碰撞并结合在一起，若结合体(　　)
A．沿着轨迹a离开磁场，则小球甲、乙带同种电荷
B．继续沿着轨迹b离开磁场，则小球甲、乙带异种电荷
C．继续沿着轨迹b离开磁场，则在磁场中运动的总时间等于t
D．沿着轨迹c离开磁场，则结合体在磁场运动时的角速度比甲单独运动时的小
√
三、非选择题(本题共8小题，共60分)
9．(3分)如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直
向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运
动，t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为d的正方形，为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0时开始，请推导在这种情况下B与t的定量关系式____________。
10．(3分)如图，图甲为方波交变电流，图乙为正弦交变电流，则甲、乙交流电的有效值之比为________。
11．(3分)如果用220 V和11 kV两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同，则两次输电导线的横截面积之比为________。
2 500∶1
12．(6分)某同学完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)他在实验室找到下列器材：
A．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B．开关、导线若干
C．低压交流电源
在本实验中，还需用到的实验器材有______________________。
解析：由于要测原、副线圈的电压，故需要交流电压表或多用电表。
交流电压表或多用电表
(2)该同学做实验时，保持原、副线圈的匝数不变，改变原线圈的输入电压，并对原线圈电压和副线圈电压做了测量，得到下表。


上述操作过程中有一个操作存在安全隐患，是_____________________，
有一组数据的记录不符合要求，是第______组。
组别 1 2 3 4 5 6 7 8
U1 2.30 4.60 6.69 8.81 10.8 13.10 15.21 17.31
U2 1.13 2.28 3.34 4.38 5.4 6.51 7.59 8.64
原线圈电压高于12 V
5
解析：在有关变压器的实验中为了安全起见，所用低压交流电源的电压不要超过12 V，但实验中出现了几组大于12 V的电压，这是安全隐患；从数据记录的结果看，只有第5组的数据是保留了1位小数，其他组的数据都是保留的2位小数，故第5组数据的记录不符合要求。
(3)他将数据输入Excel图表，并利用插入散点图得到图像如图所示，查阅资料知道此时原、副线圈的匝数分别为n1＝800和n2＝400，由此可知变压器原、副线圈电压与匝数的关系为________。(用物理量符号表示)
13．(10分)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：
待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值几百欧到几千欧)；
电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)；
电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)；
滑动变阻器R1(最大阻值为20 Ω)；
滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)；
微安表(量程0～100 μA，内阻等于2 500 Ω)；
开关两个，温控装置一套，导线若干。
同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：
①按图示连接电路；
②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；
③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
解析：用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。
回答下列问题：
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用__________(选填“R1”或“R2”)。
R1
(2)请用笔画线代替导线，将实物图乙(不含温控装置)连接成完整电路。
解析：电路连接图如图所示。
答案：图见解析
(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________Ω(结果保留到个位)，该测量值________(选填“大于”或“小于”)真实值。
解析：微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝R＝
6 000.00 Ω，可得RT＝3 500 Ω，当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律可知，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。
3 500
大于
(4)多次实验后，学习小组绘制了如图丙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(选填“增大”或“减小”)。
减小
14．(9分)如图所示，不计电阻的金属导轨固定在水平桌面上，间距d＝0.5 m，处在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面夹角θ＝37°斜向下，导轨左侧接入电动势E＝3 V、内阻r＝1 Ω的直流电源。现将一质量m＝20 g、接入电路的电阻R＝2 Ω的金属杆垂直放在导轨上且接触良好，闭合开关后，金属杆仍静止不动。已知重力加速度g取10 m/s2。求：
(1)闭合开关后金属杆受到的安培力的大小；(3分)
解析：由闭合电路的欧姆定律可知
E＝I(R＋r)
安培力大小F＝BId
解得F＝0.1 N。
答案：0.1 N　
(2)闭合开关后金属杆受到的摩擦力的大小。(2分)
解析：根据左手定则可知，安培力方向与竖直方向成θ角斜向右上方，根据共点力平衡条件有F sin θ＝f
解得f＝0.06 N。
答案：0.06 N　
(3)金属杆与导轨之间的动摩擦因数的最小值。(4分)
解析：竖直方向有FN＋F cos θ＝mg
根据摩擦力公式有f＝μFN
解得μ＝0.5。
答案：0.5
15．(12分)如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内，导轨间距L＝1.0 m，左端连接阻值R＝4.0 Ω的电阻，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，方向垂直于平面向下。质量m＝0.2 kg、长度L＝1.0 m、电阻r＝1.0 Ω的金属杆置于导轨上，向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好。从t＝0时刻开始对杆施加一平行于导轨方向的外力F，杆运动的v－t图像如图乙所示，其余电阻不计。
(1)在t＝2.0 s时，求电路中的电流I和金属杆PQ两端的电压UPQ。(4分)
答案：0.2 A　0.8 V　
(2)在t＝2.0 s时，求外力F的大小。(3分)
答案：0.3 N
(3)若前3.0 s内克服外力F做功1.8 J，求此过程流过电阻R的电荷量和电阻R产生的焦耳热。(5分)
答案：0.9 C　1.44 J
16．(14分)平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴负半轴上的P点与y轴正方向成120°角垂直于磁场射入第Ⅳ象限，经x轴上的N点与x轴正方向成120°角射入电场，最后从y轴正半轴上的M点以垂直于y轴方向的速度射出电场，粒子从P点射入磁场的速度为v，不计粒子重力，求：
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R；(2分)
(2)粒子从P点运动到M点的总时间t；(8分)
(3)匀强电场的场强大小E。(4分)(共42张PPT)
单元过关检测(四)
√
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
B．太阳能自动控制路灯一般用热敏电阻作为敏感元件
C．话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将电信号转化为声信号
D．干簧管可以感知磁场的存在，是一种能够测出磁感应强度的传感器
解析：电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，A正确；
太阳能自动控制路灯一般用光敏电阻作为敏感元件，B错误；
话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将声信号转化为电信号，C错误；
干簧管是一种能够感知磁场的传感器，能够把磁信号转变为电路的通断，故D错误。
√
2．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
解析：题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确。
√
3．如图为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交流电的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器(　　)

A．将电流变化信号转化为位移变化信号输出
B．将位移变化信号转化为电流变化信号输出
C．将位移变化信号转化为电阻变化信号输出
D．当物体向左移动时，线圈的自感系数变小
解析：电感式位移传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，故B正确，A、C错误；
当物体向左移动时，软铁芯插入线圈的深度增大，则线圈的自感系数增大，故D错误。
√
4．图甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，P点电流向左为正，下列说法正确的是(　　)

A．0到t1时间内电容器上极板带正电
B．t1到t2时间内电容器中的电场能增大
C．在t3时刻，线圈中的磁场能最大
D．增大电容器两板间距，振荡电流的周期将减小
解析：根据题图乙可知，0到t1时间内电流逐渐减小，则磁场能逐渐减小，电场能逐渐增大，电容器被充电，且电流为正方向，即电流方向为逆时针方向，可知下极板带正电，上极板带负电，故A错误；
t1到t2时间内电流逐渐增大，则磁场能逐渐增大，电场能逐渐减小，故B错误；
在t3时刻，电流为0，则线圈中的磁场能最小，故C错误；
5．把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图示连成电路。把示波器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，从此刻开始计时，电容器通过线圈放电(规定逆时针方向为电流的正方向)。电路工作过程中，同时会向外辐射电磁波，则电压Uab和电流随时间t变化的波形正确的是(　　)

解析：电容器放电时，电流由a通过线圈流向b，为正方向。起始时刻电压最大，电路向外辐射电磁波的过程中，电路中的能量减小，则电容器两极板的最大电压逐渐减小。
√
√
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
6．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示。已知可见光的频率范围是4.2×1014～7.8×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波(　　)
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为3.0×108 m/s
D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小
√
解析：由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；
由题图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确；
在真空中电磁波(包括可见光)的传播速度大小均为c＝3×108 m/s，故C正确，D错误。
√
7．图甲为智能停车位，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。当车辆靠近自感线圈L时，相当于在线圈中插入铁芯，使自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率变化。智能停车位计时器根据振荡电流频率变化，进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A．t2时刻电容器C所带电量为零
B．t1到t2过程，线圈L中磁场能在减小
C．t1到t2过程，线圈L的自感电动势在增大
D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位
√
解析：t2时刻电流为零，此时电容器C所带电量最大，故A错误；
t1到t2过程，电流逐渐减小，电容器充电，磁场能向电场能转化，线圈L中磁场能在减小，故B正确；
t1到t2过程，电流变化率越来越大，线圈L的自感电动势在增大，故C正确；
√
8．图甲为LC振荡电路，电容器M板上的电荷量q随时间t变化的图像如图乙所示。在某段时间里，回路的磁场能在减小，且M板仍带正电，则下列说法正确的是(　　)

A．在这段时间里，M板上的电荷量q的变化可能对应图中的O～a段
B．在这段时间里，M板上的电荷量q的变化可能对应图中的b～c段
C．在这段时间里，电路中电流方向为逆时针
D．在这段时间里，电路中的电流值不断减小
√
解析：在某段时间里，回路的磁场能在减小，电容器充电，电荷量逐渐增大，因M板仍带正电，即M板上的电荷量q的变化可能对应题图乙中的O～a段，电路中电流方向为顺时针，充电完毕的瞬间，电流为零，即电路中的电流值不断减小。
√
9．力敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用力敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置。如图甲所示，将力敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电压表示数为U0，电源内阻不能忽略，若在某个运动过程中，电压表的示数变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A.0到t1时间内电梯内的物体处于超重状态
B．t2到t3时间内电梯内的物体处于失重状态
C．t1到t2时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态
D．t2到t3时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态
√
解析：电梯静止时，电压表的示数为U0，力敏电阻受到的压力是mg，设此时力敏电阻的阻值为R1，0到t3时间内，电压表的示数大于U0，电路中的总电阻变大，则力敏电阻的阻值变大，即大于R1，则力敏电阻受到的压力小于mg，则物体在该过程一直处于失重状态，故A错误，B正确；
在t1到t2时间内，电梯内的物体处于失重状态，电梯的加速度向下且保持不变，则电梯可能处于向下的匀加速直线运动状态，C正确；
t2到t3时间内，由于电压表读数是变化的，则外电阻是变化的，力敏电阻阻值是变化的，所受压力是变化的，则电梯不可能做匀变速运动，D错误。
三、非选择题(本题共6小题，共56分)
10．(3分)如图所示的是空间磁感应强度B随时间t的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点的电场强度E应________(选填“逐渐增强”“逐渐减弱”或“不变”)。
解析：由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故电场强度E不变。
不变
11．(12分)磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。某实验小组利用伏安法测量一磁敏电阻RM的阻值(几千欧)随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E(6 V)、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0～3 V，内阻为2 kΩ)、毫安表(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝1 kΩ、开关、导线若干。
(1)为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，实验小组设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
解析：根据题图甲，在题图乙中补充实物连线图如图所示。
答案：实物连接图见解析　
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V，电流表读数为0.5 mA，则此时磁敏电阻的阻值为____________。
1.30
3.9×103 Ω
(3)实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示。某同学利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图戊中E为直流电源(电动势为6.0 V，内阻可忽略)，当图戊中的输出电压达到或超过2.0 V时，便触发报警器(图戊中未画出)报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2 T，则图戊中________(选填“R1”或“R2”)应使用磁敏电阻，另一定值电阻的阻值应为___________kΩ(保留2位有效数字)。
R2
2.8
12．(12分)某物理兴趣小组制作了一个简易电子体温计，其结构如图1所示。
(1)兴趣小组测出某种热敏电阻的I－U图像如图2所示，那么他们选用的应该是图________(选填“3”或“4”)电路，由图2可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)。
解析：由题图2可知，电压、电流均从0开始变化，则电路采用分压式，即题图4。由题图2可知，电压与电流的比值越来越小，即热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
4
减小
(2)按图5所示的电路测量热敏电阻t ℃时的电阻Rt。小明将单刀双掷开关分别打到a处和b处，通过观察分析，发现电压表示数变化更明显，由此判断开关打到________(选填“a”或“b”)处时进行实验系统误差较小。
解析：将单刀双掷开关分别打到a处和b处，通过观察分析，发现电压表示数变化更明显，说明电压表分流影响小，电流表应该采用外接法，即开关打到a。
a
(4)热敏电阻的阻值随温度的变化如图9所示，在设计的电路中(如图8所示)，已知电源电动势为5.0 V(内阻不计)，电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动(导通)电压为3.0 V，即发光二极管两端电压U≥3.0 V时点亮，同时电铃发声。实验要求当热敏电阻的温度高于38 ℃时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻________(选填“R1”或“R2”)为定值电阻，其阻值应调为________Ω(结果保留2位有效数字)。
R2
60
13．(12分)某研究性学习小组利用力敏电阻制作电子秤。已知力敏电阻在压力作用下发生微小形变，它的电阻也随之发生变化，其阻值R随压力F变化的图像如图(a)所示，其中R0＝15 Ω，图像斜率k＝1.4 Ω/N。小组同学按图(b)所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计)，电路中电源电动势E＝3.5 V，内阻未知，电流表量程为0～10 mA，内阻RA＝18 Ω，g取10 m/s2。实验步骤如下：
(1)实验有下列一些步骤，则最合理的步骤为________。
①秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器电阻接入电阻不变，读出此时毫安表示数I；
②换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值；
③秤盘上不放重物时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏；
④将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。
③①②④
解析：在本实验中应先让秤盘上不放重物，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏，然后在秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器接入电阻不变，读出此时毫安表示数I，再换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值，最后将电流表刻度盘改装为质量刻度盘，故合理的实验操作顺序为③①②④。
(2)实验时发现电流表量程偏小，根据需要将其量程扩大为100 mA，则应该给该电流表________(选填“串联”或“并联”)阻值为________Ω的电阻。
并联
2
(3)用改装后的电流表进行操作，若电流表示数为20 mA，则待测重物质量m＝________kg。(结果保留2位有效数字)
10
(4)电流表表盘改动后，正确的刻线及0刻度位置最合理的是________。
解析：由于力敏电阻阻值R随压力增大而增大，则电流表示数随压力增大而减小，所以改装后的刻度盘，其零刻度线在电流表的满刻度处。
A
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台电子秤称重前，进行了步骤③的操作，则测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：根据操作过程③可知，当电源电动势不变，而内阻增大时，仍可以使得电流表达到满偏，滑动变阻器接入电路的阻值减小，但回路中电源内阻和滑动变阻器接入电路的总电阻不变，所以测量结果不变。
不变
14．(7分)传感器在日常生活中的应用越来越广泛，利用温度传感器制成的温控开关就是其中的一种。烘箱就是利用温控开关来自动控制电路的。常温下，该开关是闭合的；当温度达到某一设定值时，开关自动断开，从而切断整个电路。如图所示的四个电路图中，能够实现自动控温的是哪一种？判断并说明理由。
解析：由于常温下温控开关闭合，当温度达到某一设定值时，温控开关自动断开，切断整个电路，说明温控开关应该处于干路，故题图(a)电路能够实现自动控温。
答案：见解析
15．(10分)如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，电阻为0，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V　2 W”。开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时，求：
答案：正电荷　
(2)当t＝π×10-3 s时，LC回路中的电流大小。(5分)
答案：0.5 A章末知识网络建构
定义：将非电学量转化为
①
答案」
热敏电阻
②传感器
①电学量
传感器及其应用
敏感元件
光敏电阻
③
传感器
磁敏元件
④
②温度
科学制作：简单的自动控制装置
③光
自动感应门
洗衣机水位控制
④霍尔元件
大显身手的传感器
指纹识别器
机器人第1节　常见传感器的工作原理
　
1．了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。　2.了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。　3.了解光敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。　4.了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。
一、初识传感器
1．定义：能感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是电信号)的器件或装置，称为传感器。
2．应用：传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务。
3．组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。敏感元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。转换元件将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号。
二、敏感元件
1．光敏元件
(1)光敏电阻是一种典型的光敏元件。光敏电阻是用金属硫化物等半导体材料制成的。
(2)特性：当光照射到这些半导体物质上时，其电阻值会发生改变。光照越强，电阻值越小。
(3)原理：光敏元件除光敏电阻外，还有光敏晶体管、光电池等。它们都是利用某些物质在光照射下电学特性随之变化的特性制成的。
2．热敏元件
(1)分类：NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此又称为负温度系数热敏电阻；PTC
热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，称为正温度系数热敏电阻。
(2)原理：热敏元件都是利用敏感元件的某种电学特性随温度变化而变化的规律制成的。
3．磁敏元件
(1)霍尔元件是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件。
(2)原理：霍尔元件可将磁感应强度的测量转化为电压的测量。用霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的磁感应强度，还可通过测量电流周围的磁场间接测量电流的大小。
判断下列说法是否正确。
(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　　)
(2)传感器是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具。(　　)
(3)所有传感器都是由半导体材料做成的。(　　)
(4)传感器担负着采集信息的任务。(　　)
(5)半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化。(　　)
(6)金属热电阻的温度升高时电阻增大。(　　)
提示：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
知识点一　传感器的组成与应用模式
　
一冷库中的自动控温设备如图所示，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理。
[提示]　冷库中温度较低时，导电液体体积较小，此时两电极未与导电液体接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液体受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液体温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作。
1．分析思路
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集；
(2)信息加工、放大、传输；
(3)利用所获得的信息执行某种操作。
2．分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。
(2)敏感元件分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析
认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
(4)执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
　为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图所示。M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻。车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报，则RM随烟雾浓度的增大而______________；若要提高报警灵敏度可__________R(均选填“增大”或“减小”)。
[解析]　当烟雾浓度增大时，S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小；R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化越明显。
[答案]　减小　增大
　执勤交警常使用酒精浓度测试仪，其电路图如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，酒精浓度传感器电阻R的阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法正确的是(　　)
A．酒精浓度传感器把电信号转化为非电信号
B．电压表的示数变小，电流表的示数变大
C．电压表的示数变大，电流表的示数变小
D．电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比变大
[解析]　传感器的作用是将非电信号转变为电信号，酒精浓度传感器的作用是检测酒精浓度并转化为电信号，故A错误；由于该电路属于串联电路，当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，电阻R减小，由闭合电路欧姆定律有I＝，可知电路中电流增大，即电流表示数变大，内阻r分压增多，R0两端电压增大，则电阻R两端的电压减小，所以电压表示数变小，故B正确，C错误；电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值等于内阻r和R0之和，即＝r＋R0，不变，故D错误。
[答案]　B
知识点二　光敏电阻
1．光敏电阻是用半导体材料制成的。
2．特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强时电阻减小，光照减弱时电阻增大。
3．作用是把光学量转换为电学量。
　(双选)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是(　　)
A．仅光照变强，小灯泡变暗
B．仅光照变弱，小灯泡变暗
C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮
D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
[解析]　仅光照变强，可知光敏电阻的阻值变小，则总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，则灯泡的功率变大，灯泡变亮，故A错误；仅光照变弱，可知光敏电阻的阻值变大，则总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知总电流减小，则灯泡的功率变小，灯泡变暗，故B正确；仅将滑片向a端滑动，接入电路的有效阻值变小，则总电阻变小，干路电流增大，灯泡的功率变大，灯泡要变亮，故C正确；仅将滑片向b端滑动，接入电路的有效阻值变大，则总电阻变大，干路电流减小，灯泡的功率变小，灯泡要变暗，故D错误。
[答案]　BC
　(双选)如图所示，这是用光敏电阻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(　　)
A．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
[解析]　严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，故A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，故C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，故D正确。
[答案]　AD
知识点三　热敏元件
　
某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(1)闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
(2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？
[提示]　(1)温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大。
(2)温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
1．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
2．热敏电阻
有些半导体在温度变化时导电能力也会变化，因此可以用这种半导体材料制作热敏电阻。
热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在其工作温度范围内，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。
3．金属热电阻和热敏电阻的区别
项目 金属热电阻 热敏电阻(NTC)
特点 电阻率随温度的升高而增大 电阻率随温度的升高而减小
R－T图像
制作材料 金属 半导体
导电原理 自由电子的定向移动 自由电子和空穴等载流子
优点 化学稳定性好，测温范围大 灵敏度较好
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
　如图所示的是一火灾报警器的部分电路示意图，其中R3为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当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变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变小 D．I变小，U变大
[解析]　热敏电阻的阻值随温度升高而减小，发生火情时，R3的阻值减小，则干路电流I总增大，由U＝E－I总r知U将减小，由U1＝I总R1知R1两端电压将增大，由U2＝U－U1知U2减小，由I＝知I将减小，故C正确。
[答案]　C
知识点四　磁敏元件
　(2025·湖北荆门高二期末)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，广泛应用于测量和自动控制等领域。 在电动自行车中有多处用了霍尔传感器，最典型的是测速、调速转把、断电刹把以及电动车无刷电机和霍尔助力传感器等。实验表明，铜以及大多数金属的导电物质是带负电荷的电子，但锌中的导电物质带的是正电。
(1)霍尔元件的原理图如图所示，若制作霍尔元件的材料使用的是锌，通入如图所示的电流后，N表面的电势________________(选填“高于”“低于”或“等于”)M表面的电势。
(2)霍尔元件能够把磁学量_________转换为电学量_________(填物理量的名称)。
[解析]　(1)该霍尔元件中载流子带正电，根据左手定则知，正电荷在洛伦兹力作用下偏向N表面，所以N表面的电势高于M表面的电势。
(2)霍尔元件能够把磁学量磁感应强度，转换为电学量电压。
[答案]　(1)高于　(2)磁感应强度　电压
1．(传感器的工作原理和分类)关于传感器，下列说法不正确的是(　　)
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器
解析：选A。话筒是一种常用的传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故A错误，符合题意；电熨斗是利用双金属片温度传感器，控制电路的通断，故B正确，不符合题意；电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压越大，将力信号变成电信号，故C正确，不符合题意；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，故D正确，不符合题意。
2．(传感器的组成与应用模式)(双选)电子电路中常用到一种叫作干簧管的元件，如图所示，它的结构很简单，由玻璃管及管内封入的两个软磁性材料制成的簧片组成。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
解析：选CD。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化后相互吸引而接通，故B错误，C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，A错误，D正确。
3．(光敏电阻)如图甲所示，光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的(　　)
解析：选B。光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率地先减小后增大，但不会是0，选B。
4．(热敏电阻和金属热电阻)(双选)图为电阻R随温度T变化的图线，下列说法正确的是(　　)
A．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
解析：选BD。金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻(NTC)的阻值随温度升高而减小，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，C错误，D正确。(共49张PPT)
模块综合检测卷(二)
√
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．关于电磁波的应用，下列说法正确的是(　　)
A．雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B．移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C．X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子的间距相近
D．工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应不明显，故A错误；
微波和其他波段的电磁波的波速一样，都为光速，故B错误；
X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子的间距相近，故C正确；
工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性弱的特点，故D错误。
√
2．如图所示的是远距离输电的示意图，已知交流电源电压为U，升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶m，降压变压器的原、副线圈匝数比为n∶1，负载R正常工作。现输电距离增大，输电线电阻随之增大，若要保证负载仍能正常工作，且只改变选项中的一个量，下列做法可行的是(　　)
A．增大m　　　　　　　 B．减小m
C．减小n D．减小U
解析：现输电距离增大，输电线电阻随之增大，上面消耗的电压增多，要保证负载仍能正常工作，即副线圈两端电压不变。增大m，升压变压器副线圈上的电压增大，可保证降压变压器原线圈上的电压不变，故A正确，B错误；
减小n，降压变压器副线圈上的电压可能会变小，不能保证负载正常工作，故C错误；
减小U，负载两端电压变小，负载不能正常工作，故D错误。
√
3．图甲为按压式发电手电筒。以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流。已知发电机内阻r＝2 Ω，与其串联的白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω。若该灯泡恰好正常发光，则该发电机(　　)
A．输出电流的有效值为0.5 A
B．输出电流的最大值为0.5 A
C．电动势的最大值为10 V
D．输出的交流电频率为50 Hz
√
4．如图所示的是我国研制的超导型核磁共振仪(MRI)。在圆筒状机器内部，通电的超导型线圈能在受检者周围制造高强度磁场环境，借由高频无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核会将吸收的能量释放出来，按特定频率发出射频电信号，被电脑收录并加以分析，继而转换成2D影像。下列说法正确的是(　　)
A．超导线圈的电流产生高强度磁场是电磁感应现象
B．无线电波是电磁波，传播需要介质，不能在真空中传播
C．无线电波脉冲激发身体的氢原子核应用了电流的磁效应
D．检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件
解析：超导线圈的电流产生高强度磁场是电流的磁效应，不是电磁感应现象，A错误；
无线电波是电磁波，传播不需要介质，能在真空中传播，B错误；
无线电波脉冲激发身体的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量，不是应用了电流的磁效应，C错误；
检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件，以防对仪器产生影响，D正确。
√
√
解析：根据左手定则可知，磁感应强度的方向与置于该处的通电导线所受的安培力方向垂直，A正确；
√
√
由于周期为0.2 s，则1 s内共有5个周期，每个周期内电流方向变化2次，故电阻中电流方向每秒钟改变10次，B正确；
电压表测得数值是电压有效值，保持不变，D错误；
√
√
解析：由于粒子做圆周运动的半径等于磁场圆的半径，根据磁发散原理可知，带正电的粒子从C点射入磁场中均平行于AB向上射出，故A错误；
√
√
三、非选择题(本题共8小题，共60分)
9．(3分)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。t＝0.02 s时线圈平面与磁场方向________(选填“平行”或“垂直”)；1 s内电流方向改变________次。
平行
100
10．(3分)如图所示，螺线管导线的两端与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两金属板间，并处于静止状态。若使一条形磁体从左向右靠近螺线管，则小球________(选填“向左摆动”“向右摆动”或“不动”)；螺线管的左端相当于条形磁体的________(选填“N”或“S”)极。
向右摆动
S
解析：当磁体靠近时，导致线圈的磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电动势，假设电路闭合，则由楞次定律可知，感应电流方向是从右极板向下通过线圈再到左极板，由于线圈相当于电源，因此左极板电势高，所以带正电小球将向右摆动；假如电路闭合，则螺线管中的电流方向如图所示，根据右手螺旋定则可知螺线管的左端相当于条形磁体的S极。
11．(3分)在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的质量相等的离子P和P′，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里，有一定的宽度的匀强磁场区域，如图所示。已知离子P、P′在磁场中转过的角度θ分别为30°和60°，则离子P和P′(离子重力忽略不计)在磁场中运动的半径之比为________，二者电量之比为________。
1∶3
12．(6分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，
其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验
设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流
电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，需调节___________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，需将原电压表更换为内阻______(选填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表。
可变电阻R1
远大于
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
－1.2
13.(10分)智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格，其中包括对光照强度的调控，光照强度简称照度I，反映光照的强弱，光越强，照度越大，单位为勒克斯(lx)。为了控制照度，科技人员设计了图甲所示的智能光控电路。
(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R，某同学用如图乙所示电路，测量光敏电阻在不同照度时的阻值，实验所用器材：电源E1(9 V)、滑动变阻器R4(最大阻值为20 Ω)、电压表V(量程为0～3 V，内阻为3 kΩ)、毫安表A(量程为0～3 mA，内阻不计)、定值电阻R0＝6 kΩ、开关、导线若干，则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器的滑片移到________(选填“左”或“右”)端。
左
解析：为了保证电路的安全闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑到左端，从而使光敏电阻两端的电压为零。
(2)某次测量时电压表的示数如图丙所示，其读数为________V，电流表读数为1.5 mA，此时光敏电阻的阻值为________kΩ。
1.80
3.6
(3)通过测量得到6组数据如下表，请在图丁中作出阻值R随照度I变化的图像，由图可判断光敏电阻的阻值与照度________(选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。
照度I/(klx) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
电阻R/(kΩ) 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8
解析：根据图像可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数，所以光敏电阻的阻值R与照度不满足反比例函数关系。
不满足
答案：图像见解析　
(4)该同学用上述光敏电阻接入图甲所示的电路，其中电源电动势E＝6.0 V，内阻忽略不计，电阻R1＝100 Ω，电阻箱R2的阻值调节范围是0～9 999.9 Ω，光敏电阻R的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作，为了使照度降低到4 klx时，自动控制系统开始补光，R2的阻值应该调节为________kΩ。
7.9
(5)要加快蔬菜的生长，适度提高光照时间，可调节的方法是__________________。
解析：减小R2 的阻值，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流变大，R两端的电压变大，从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度高于4 000 lx，加快蔬菜的生长。
减小R2的阻值
(2)求电压表和电流表的示数。(3分)
答案：4 V　0.8 A
(3)由图示位置转过60°角的过程中，求产生的平均感应电动势的大小。(3分)
15．(10分)正方形导线框的质量m＝4 kg，边长L＝1 m，匝数n＝100匝，总电阻R＝2 Ω，用绳子将其吊在天花板下，线框竖直静止且上下两边水平，在线框的中间位置以下区域分布有与线框平面垂直的匀强磁场，磁场方向如图甲所示，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示，g取10 m/s2。

(1)判断线框中的电流方向。(2分)
解析：由题图乙可知，穿过线框的磁通量在减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向也是垂直于线框平面向里，结合右手螺旋定则可知，线框中的电流方向为顺时针方向。
答案：顺时针方向　
(2)求前6 s内流过导线横截面的电荷量q。(4分)
答案：15 C　
(3)在t＝4 s时绳子的拉力大小F。(4分)
解析：由题图乙可知，t＝4 s时磁感应强度B＝0.4 T，线框受到安培力的大小F安＝nBIL＝100 N
根据楞次定律和左手定则可知，安培力的方向竖直向下，根据平衡条件可得，绳子的拉力大小F＝F安＋mg＝140 N。
答案：140 N
16．(16分)如图所示的xOy平面内，x轴上方存在平行于y轴向下的匀强电场，x轴下方存在垂直于xOy平面向外的匀强磁场，在y轴上坐标为L处的P点有一质量为m、电荷量为q(q > 0)的带电粒子，以v0的速度平行于x轴进入电场中，并从x轴上的M点(图中未标出)以与x轴成60°角方向首次进入磁场中，粒子在磁场中做匀速圆周运动，随后从x轴上的N点(图中未标出)首次离开磁场，且恰能回到P点，不计粒子重力。
(1)求匀强电场的场强大小。(3分)
(2)求匀强磁场的磁感应强度大小B。(5分)
(3)若改变磁感应强度的大小，粒子经多次进出磁场之后能再次经过M点，求磁感应强度可能的值及粒子相邻两次经过M点的时间间隔。(8分)
答案：见解析模块综合检测卷(一)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．奥斯特的电流磁效应实验具有划时代的意义，引领人类进入了电气时代。下列关于电和磁的说法正确的是(　　)
A．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大
B．电磁波谱按波长由小到大排列的顺序是，γ射线、紫外线、可见光、红外线
C．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
D．电场强度E＝和磁感应强度B＝都采用比值定义法，它们的方向与力F的方向相同或相反
解析：选B。对于给定的电源，从负极到正极移动单位正电荷非静电力做功越多，电动势就越大，故A错误；电磁波谱按波长由小到大排列的顺序是γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线，故B正确；在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，故C错误；电场强度E＝和磁感应强度B＝都采用比值定义法，电场强度的方向与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反，磁感应强度方向与磁场力的方向垂直，故D错误。
2．如图所示，回旋加速器由两个D形金属盒组成，盒面与匀强磁场垂直，并接有高频交变电压。中心S处的粒子源产生初速度为零的质子，每次经过窄缝都被加速。已知质子的电荷量为q、质量为m，加速时电极间电压为U，磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为R。质子每次加速的时间可忽略，加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。下列说法正确的是(　　)
A．高频交变电压的周期为
B．质子做圆周运动的半径越大周期越大
C．质子能获得的最大动能与R2成正比
D．质子能获得的最大动能与U成正比
解析：选C。加速电压的周期等于质子在磁场中运动的周期，即T＝，故A错误；根据A选项分析可知，周期与半径无关，故B错误；根据qvB＝m，Ek＝mv2，得质子射出时的动能Ek＝，质子能获得的最大动能与R2成正比，与U无关，故C正确，D错误。
3．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1，原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压u，R为阻值随光强增大而减小的光敏电阻，L1和L2是两个完全相同的灯泡，电表均为理想交流电表，则(　　)
A．通过光敏电阻的交变电流频率为10 Hz
B．若L2的灯丝烧断，则电压表的示数仍为5 V
C．当照射R的光强增大时，电流表的示数变小
D．图像上对应的0.01 s时刻，发电机中的线圈平面与中性面垂直
解析：选B。由题图乙可知，原线圈的交流电的周期T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，变压器副线圈交流电的频率与原线圈相同，A错误；U1m＝25 V，U1＝＝25 V，由＝得U2＝5 V，若L2的灯丝烧断，则电压表的示数仍为5 V，B正确；当照射R的光强增大时，R的阻值减小，副线圈消耗的功率变大，副线圈中的电流I2变大，由＝，原线圈电流I1增大，电流表的示数变大，C错误；图像上对应的0.01 s时刻，电压瞬时值为零，发电机中的线圈平面与中性面重合，D错误。
4．为了测量物体的位移，将与被测物体固定相连的电介质板插入平行金属板电容器中，电容器C可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。当开关S从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知被测物体的位移。关于此装置，下列说法正确的是(　　)
A．电源电动势越小，则振荡电流的频率越低
B．当电容器中电量最大时，电路中的电流也最大
C．当电感自感电动势最大时，电容器中电场能最大
D．检测到振荡电流的频率增加，说明被测物体向左运动
解析：选C。振荡电流的频率f＝，则振荡频率与电源电动势无关，故A错误；由LC振荡电路可知，当电容器中电量最大时，电路中的电流为零，故B错误；当电感自感电动势最大时，此时刚刚充电完毕，电容器中电场能最大，故C正确；检测到振荡电流的频率增加，则电容减小，根据C＝可知，电介质在被拔出，说明被测物体向右运动，故D错误。
二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
5．如图所示的是一种经颅磁刺激的医疗技术，在人体头部上方放置的金属线圈内通以脉冲电流，电流流经线圈产生高强度脉冲磁场，磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感应电流，下列说法正确的是(　　)
A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象
B．变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场
C．若将脉冲电流改为恒定电流，也会持续对脑部产生感应电流
D．若脉冲电流最大值不变，但脉冲电流时间Δt缩短，则在脑部产生的感应电流会增强
解析：选BD。脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场，是电流的磁效应，故A错误；脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流，是电磁感应现象，即变化的磁场会使得脑部特定区域产生感应电场，故B正确；将脉冲电流改为恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生感应电流，不可持续对脑部产生电刺激作用，故C错误；若脉冲电流最大值不变，但缩短脉冲电流时间，则产生的磁场变化得更快，在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，故D正确。
6．如图所示，半径为L的导电圆环(电阻不计)绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OA、OB、OC，辐条互成120°。在圆环圆心角∠MON＝120°的范围内(两条虚线之间)分布着垂直于圆环平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，圆环的边缘通过电刷P和导线与一个阻值也为r的定值电阻R0相连，定值电阻R0的另一端通过导线接在圆环的中心轴上。在圆环匀速转动过程中，下列说法正确的是(　　)
A．金属辐条OA、OB、OC进出磁场前后，辐条中电流的大小不变，方向改变
B．定值电阻R0两端的电压为BL2ω
C.通过定值电阻R0的电流为
D．圆环转动一周，定值电阻R0产生的热量为
解析：选CD。由题意知，三根金属辐条始终有一根在磁场中切割磁感线，切割磁感线的金属辐条相当于内阻为r的电源，另外两根金属辐条和定值电阻R0并联，辐条进出磁场前后电流的大小、方向均改变，故A错误；电路的总电阻R＝，圆环匀速转动时感应电动势E＝BL＝，所以定值电阻R0两端的电压U＝·＝，通过定值电阻R0的电流I＝＝，故B错误，C正确；圆环转动一周，定值电阻R0产生的热量Q＝I2rT＝，故D正确。
7．实验室中手摇发电机的原理如图所示，两磁体间的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为B，发电机的正方形线圈ABCD绕OO′轴以转速
n匀速转动。已知线圈的边长为L，匝数为N，总电阻为r，外接小灯泡的电阻为R。其余电阻不计，下列说法正确的是(　　)
A．回路中感应电动势的峰值为4π2n2NBL2
B．小灯泡两端的电压为
C．通过小灯泡的电流为
D．小灯泡的功率为
解析：选CD。回路中感应电动势的峰值Em＝NBSω＝2πnNBL2，故A错误；回路中感应电动势的有效值E有＝＝πnNBL2，通过小灯泡的电流I＝＝，故C正确；小灯泡两端的电压U＝IR＝，故B错误；小灯泡的功率P＝I2R＝，故D正确。
8．如图，在光滑绝缘水平桌面上建立平面直角坐标系xOy，其第一象限存在匀强磁场B，方向垂直于桌面向里。从P点垂直于Ox轴滚入一个带电金属小球甲，随后沿着轨迹b离开磁场，在磁场中经历的时间为t。现在轨迹b上的Q点静止放置另一金属小球乙，再次从P点垂直于Ox轴以相同速度滚入带电金属小球甲。小球甲、乙均可视为质点，二者发生碰撞并结合在一起，若结合体(　　)
A．沿着轨迹a离开磁场，则小球甲、乙带同种电荷
B．继续沿着轨迹b离开磁场，则小球甲、乙带异种电荷
C．继续沿着轨迹b离开磁场，则在磁场中运动的总时间等于t
D．沿着轨迹c离开磁场，则结合体在磁场运动时的角速度比甲单独运动时的小
解析：选AD。根据Bqv＝，可得r＝，二者发生碰撞并结合在一起后，动量守恒，若结合体沿着轨迹a离开磁场，则半径变小，所以电荷量变大，则小球甲、乙带同种电荷，故A正确；若结合体继续沿着轨迹b离开磁场，则电荷量不变，所以乙不带电，周期T＝，根据动量守恒定律可知，结合体速度变小，所以周期变大，磁场中运动的总时间大于t，故B、C错误；由ω＝＝可知，若结合体沿着轨迹c离开磁场，则半径变大，所以电荷量变小，结合体质量变大，则结合体在磁场运动时的角速度比甲单独运动时的小，故D正确。
三、非选择题(本题共8小题，共60分)
9．(3分)如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀
速运动，t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为d的正方形，为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0时开始，请推导在这种情况下B与t的定量关系式____________。
解析：根据法拉第电磁感应定律可知，要使棒不产生感应电流，穿过回路的磁通量应保持不变，则有B0d2＝Bd(d＋vt)，解得B＝。
答案：B＝
10．(3分)如图，图甲为方波交变电流，图乙为正弦交变电流，则甲、乙交流电的有效值之比为________。
解析：根据有效值的定义，则有方波，IR＋IR＝IRT，解得甲的有效值I甲＝I0，正弦交流电的电流有效值I乙＝，则I甲∶I乙＝∶2。
答案：∶2
11．(3分)如果用220 V和11 kV两种电压来输电，设输送的电功率、输电线上功率损失、导线的长度和电阻率都相同，则两次输电导线的横截面积之比为________。
解析：根据公式I＝可得P损＝I2R＝R，即R＝，因为输送的电功率、输电线上的功率损失相同，可得电阻之比＝＝，导线的长度和电阻率相同，根据R＝ρ可得导线的横截面积之比为2 500∶1。
答案：2 500∶1
12．(6分)某同学完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)他在实验室找到下列器材：
A．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B．开关、导线若干
C．低压交流电源
在本实验中，还需用到的实验器材有___________________。
(2)该同学做实验时，保持原、副线圈的匝数不变，改变原线圈的输入电压，并对原线圈电压和副线圈电压做了测量，得到下表。
组别 1 2 3 4 5 6 7 8
U1 2.30 4.60 6.69 8.81 10.8 13.10 15.21 17.31
U2 1.13 2.28 3.34 4.38 5.4 6.51 7.59 8.64
上述操作过程中有一个操作存在安全隐患，是_____________________，
有一组数据的记录不符合要求，是第______________组。
(3)他将数据输入Excel图表，并利用插入散点图得到图像如图所示，查阅资料知道此时原、副线圈的匝数分别为n1＝800和n2＝400，由此可知变压器原、副线圈电压与匝数的关系为________。(用物理量符号表示)
解析：(1)由于要测原、副线圈的电压，故需要交流电压表或多用电表。
(2)在有关变压器的实验中为了安全起见，所用低压交流电源的电压不要超过12 V，但实验中出现了几组大于12 V的电压，这是安全隐患；从数据记录的结果看，只有第5组的数据是保留了1位小数，其他组的数据都是保留的2位小数，故第5组数据的记录不符合要求。
(3)由题图可知图线的斜率k＝＝，原、副线圈的匝数比＝，所以变压器原、副线圈电压与匝数的关系为＝。
答案：(1)交流电压表或多用电表　(2)原线圈电压高于12 V　5　(3)＝
13．(10分)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：
待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值几百欧到几千欧)；
电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)；
电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)；
滑动变阻器R1(最大阻值为20 Ω)；
滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)；
微安表(量程0～100 μA，内阻等于2 500 Ω)；
开关两个，温控装置一套，导线若干。
同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：
①按图示连接电路；
②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；
③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题：
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用__________(选填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线，将实物图乙(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________Ω(结果保留到个位)，该测量值________(选填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后，学习小组绘制了如图丙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(选填“增大”或“减小”)。
解析：(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。
(2)电路连接图如图所示。
(3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝R＝6 000.00 Ω，可得RT＝3 500 Ω，当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律可知，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。
(4)由于是ln RT－图像，当温度T升高时，减小，从题图丙中可以看出ln RT减小，从而RT减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小。
答案：(1)R1　(2)图见解析　(3)3 500　大于　(4)减小
14．(9分)如图所示，不计电阻的金属导轨固定在水平桌面上，间距d＝0.5 m，处在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面夹角θ＝37°斜向下，导轨左侧接入电动势E＝3 V、内阻r＝1 Ω的直流电源。现将一质量m＝20 g、接入电路的电阻R＝2 Ω的金属杆垂直放在导轨上且接触良好，闭合开关后，金属杆仍静止不动。已知重力加速度g取10 m/s2。求：
(1)闭合开关后金属杆受到的安培力的大小；(3分)
(2)闭合开关后金属杆受到的摩擦力的大小。(2分)
(3)金属杆与导轨之间的动摩擦因数的最小值。(4分)
解析：(1)由闭合电路的欧姆定律可知
E＝I(R＋r)
安培力大小F＝BId
解得F＝0.1 N。
(2)根据左手定则可知，安培力方向与竖直方向成θ角斜向右上方，根据共点力平衡条件有F sin θ＝f
解得f＝0.06 N。
(3)竖直方向有FN＋F cos θ＝mg
根据摩擦力公式有f＝μFN
解得μ＝0.5。
答案：(1)0.1 N　(2)0.06 N　(3)0.5
15．(12分)如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内，导轨间距L＝1.0 m，左端连接阻值R＝4.0 Ω的电阻，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，方向垂直于平面向下。质量m＝0.2 kg、长度L＝1.0 m、电阻r＝1.0 Ω的金属杆置于导轨上，向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好。从t＝0时刻开始对杆施加一平行于导轨方向的外力F，杆运动的v－t图像如图乙所示，其余电阻不计。
(1)在t＝2.0 s时，求电路中的电流I和金属杆PQ两端的电压UPQ。(4分)
(2)在t＝2.0 s时，求外力F的大小。(3分)
(3)若前3.0 s内克服外力F做功1.8 J，求此过程流过电阻R的电荷量和电阻R产生的焦耳热。(5分)
解析：(1)根据题图乙可知t＝2.0 s时，v＝2 m/s，则此时电动势E＝BLv＝1 V
电路中的电流I＝＝0.2 A
金属杆PQ两端的电压为外电压，即
UPQ＝IR＝0.8 V。
(2)v－t图像中图线的斜率表示加速度，由题图乙可知加速度大小a＝＝2 m/s2
对金属杆PQ进行受力分析，则由牛顿第二定律得
F＋BIL＝ma
解得F＝0.3 N
方向与运动方向相反。
(3)根据电荷量表达式可知q＝t＝＝＝，v－t图像与横轴围成的面积表示位移大小，则x＝ m＝9 m
解得q＝0.9 C
根据能量守恒定律可知WF＋Q＝mv
解得Q＝1.8 J
电阻R产生的焦耳热
QR＝Q＝×1.8 J＝1.44 J。
答案：(1)0.2 A　0.8 V　(2)0.3 N
(3)0.9 C　1.44 J
16．(14分)平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴负半轴上的P点与y轴正方向成120°角垂直于磁场射入第Ⅳ象限，经x轴上的N点与x轴正方向成120°角射入电场，最后从y轴正半轴上的M点以垂直于y轴方向的速度射出电场，粒子从P点射入磁场的速度为v，不计粒子重力，求：
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R；(2分)
(2)粒子从P点运动到M点的总时间t；(8分)
(3)匀强电场的场强大小E。(4分)
解析：(1)根据qvB＝m
可得粒子在磁场中运动的轨道半径R＝。
(2)由几何关系可知，粒子在磁场中转过的角度为150°，则运动的时间t1＝·＝
因ON＝R sin 30°＋R cos 30°＝
从N到M运动的时间
t2＝＝
则粒子从P点运动到M点的总时间
t＝t1＋t2＝。
(3)在电场中竖直方向有v sin 60°＝t2
解得E＝。
答案：(1)　(2)
(3)

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