实验：传感器的简单应用

第5讲 实验：传感器的简单应用

★考情直播

（一）、传感器的含义：

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能

把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换

为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

传感器一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并

转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。

常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声

波传感器、磁敏传感器等。

（二）、常见的传感器元件：

（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；

随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻

能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

（2）金属热电阻金属热电阻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。

它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

（3）热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度

升高电阻减小，如图－1为某一热敏电阻－温度特性曲线。热敏电阻

的灵敏度较好。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温

范围大，但灵敏度较差。

（4）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。

（5）霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量

（三）、传感器的简单应用

1、力电传感器

力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学

信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在

导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS 防抱死制动系统等。

2、 热电传感器（温度传感器）

热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（金属热电阻的电阻率随温度的升高

而增大）的原理制成的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器

(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。

3、光电传感器

光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。

非电物理敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 → → → →

光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光

照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。光敏

电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强

弱。

自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原

理。

4、磁电传感器——霍尔元件的应用

霍尔元件能够把磁感强度(磁学量)转换为电压(电学量)。

霍尔元件：如图－2所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C 、D 、E 、F ，就制成为一个霍尔元件。霍尔电压：d

IB k U H = 其中k 为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d 、比例系数k 为定值，再保持I 恒

定，则电压U H 的变化就与B 成正比，因此，霍尔元件又

称磁敏元件。

霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹

力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余

的另一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施

加与洛仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平

衡时，导体板两侧会形成稳定的电压.

设图中CD 方向长度为L 2，则：qvB L U q H =2

根据电流的微观解释 I ＝nqSv ， 整理后，得：nqd IB U H = 令 nq

k 1= ，因为n 为材料单位体积的带电粒子个数，q 为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以有：d

IB k U H = 例题1. 如图6－1－3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R 1为光敏电阻，R 2

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R 1时，信号处理系统获得高电压

B ．

当有光照射R 1时，信号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] 当光照射到光敏电阻R 1上时，R 1电阻减小，电路中电流增大．R 2两端电压升高，

信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数

目的，由以上分析选项A 、C 正确．

[规律总结] 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小．

★高考重点热点题型探究

传感器及电路知识的综合应用

[例1]（2006·广东）热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其它备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5KΩ）、滑动变阻器（0～20Ω）、开关导线若干。

（1）在图8（a）的方框画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。

（2）根据电路图，在图8（b）的实物图上边线。

（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤__________________________.

[剖析] 因为要求伏安曲线尽可能完整，所以采用分压式电路，且该热敏电阻的阻值比较小，测量电路应接成外接法。此题类同于2003年上海的高考实验题（见例2）。

[答案]（1）如答图1所示。

（2）如答图2所示。

（3）①往保温杯中加入一些热

水，待温度稳定时读出温度计值；

②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；

③重复①～②，测量不同温度下的数据；

④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。

[例2]（2008上海卷）19．（10分）如图所示是测量通电

螺线管A内部磁感应强度B及其与电流I关系的实验装置。将

截面积为S、匝数为N的小试测线圈P置于螺线管A中间，

试测线圈平面与螺线管的轴线垂直，可认为穿过该试测线圈的磁场均匀。将试测线圈引线的

两端与冲击电流计D 相连。拨动双刀双掷换向开关K ，改变通入螺线管的电流方向，而不

改变电流大小，在P 中产生的感应电流引起D 的指针偏转。

（1）将开关合到位置1，待螺线管A 中的电流稳定后，再将K 从位置1拨到位置2，测

得D 的最大偏转距离为d m ，已知冲击电流计的磁通灵敏

度为D φ， D φ＝m d N φ?，式中φ?为单匝试测线圈磁通量的变化量。则试测线圈所在处磁感应强度B ＝＿＿＿＿＿＿；若将K 从位置1拨到位置2的过程所用的时间为Δt ，则试测线圈P 中产生的平均感应电动势ε＝＿＿＿＿。 （2）调节可变电阻R ，多次改变电流并拨动K ，得到A 中电流I 和磁感应强度B 的数据，见右表。由此可得，螺线管A 内部在感应强度B 和电流I 的关系为B ＝＿＿＿＿

＿＿＿＿。

（3）（多选题）为了减小实验误差，提高测量的准确性，可采取的措施有

（A ）适当增加试测线圈的匝数N

（B ）适当增大试测线圈的横截面积S

（C ）适当增大可变电阻R 的阻值

（D ）适当拨长拨动开关的时间Δt

答案：（1）2m d ND S φ，m d D t φ? （2）0.00125I （或kI ） （3）A ，B

解析：（1）改变电流方向，磁通量变化量为原来磁通量的两倍，即2BS ，代入公式计算得

B =2m d ND S φ，由法拉第电磁感应定律可知电动势的平均值ε＝m d D t

φ?。 （2）根据数据可得B 与I 成正比，比例常数约为0.00125，故B =kI （或0.00125I ）

（3）为了得到平均电动势的准确值，时间要尽量小，由B 的计算值可看出与N 和S 相关

联，故选择A 、B 。

[例3]（2006·上海）演示位移传感器的工作原理如下图所示，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，则下列说法正确的是（ ）

A.物体M 运动时，电源内的电流会发生变化

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

[剖析] 物体M运动时，电压表测的对应电阻发生改变，所以其示数会发生变化，但整个电路的总电阻没改变，所以电路中的电流不变。

[答案] B

[例4] 07-08学年清华大学附中模拟试题14．传感器是把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体

构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极

相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能

反映液面的升降情况，即

①电源接通后，电容C减小，反映h减小．

②电源接通后，电容C减小，反映h增大．

③电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小．

④电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大．

以上判断正确的是（ B ）．

A．①③B．①④C．②③D．②④

[答案] B

[例5]（2006·上海）用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。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.电饭煲中控制加热和保温的温控器

[剖析] 红外线的特性之一是可以进行遥感。

[答案] A

★抢分频道

◇限时基础训练（20分钟）

班级姓名成绩

1.（2008·汕头）吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者，电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美音乐声。如图是拾音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦（电吉他不能使用尼龙弦）之间，当弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流。关于感应电流，以下说法正确的是（）

A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的

金属棒

B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变

C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变。方向变化

D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化

1．答案：D

解析：因为琴弦是来回振动的,由右手定则可以判定其感应电流的方向会变化, 琴弦的速度大小也在不断改变,所以感应电流大小也是变化的。

2．（2008·广州）下列说法中正确的是

A. 机械式鼠标器中光传感器就是两个红外接收管，它的作用就是光信号（红外线脉冲）转换成电信号（电脉冲）

B. 机械式鼠标器中光传感器是由两个滚轴，两个码盘，两个红外线发射管（LED）和两个红外接收管组成的

C. 火灾报警器中光传感器是光电三极管，它的作用也是把光信号转换成电信号

D .火灾报警器是利用烟雾对光的散射作用来工作的

2．答案：ACD

解析:机械式鼠标器中光传感器是由一个滚球,两个滚轴，两个码盘，两个红外线发射管（LED）和两个红外接收管组成的; 火灾报警器中光传感器是光电三极管, 平时光电三极管收不到LED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，其电阻变小，与传感器连接的电路检测发出这种变化，就会发出警报。

3. 如图是一种风速仪示意图，试回答下列问题：

（1）有水平风吹来时磁体如何转动？（自上往下看）。

（2）为什么能用它测定风速大小？。

3．答案：(1) 逆时针转动。

（2）风速越大磁体转速越大，线圈中磁通量变化率越大，根据

法拉第电磁感应定律，感应电动势越大，感应电流就越大，则可

从电流计中读出风速的大小。

4、（2008·深圳）现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻

止制动时车轮抱死变为纯滑动。这种滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失去控制。为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置。如果检测出车轮不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态。这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如图甲，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的。图乙是车轮转动时输出电流随时间变化的图象。

（1）说明为什么有电流输出？

（2）若车轮转速减慢了，图象会变成怎样？（画在图乙上）

4．答案：（1）当齿轮上的齿靠近线圈时，由于磁化使永久磁体磁场增强，产生感应电流，

齿轮离开时产生反方向的感应电流。

（2）车轮转速减慢，电流变化频率变小，周期变大，电流值变小。如图所示。

5．（2006·上海）唱卡拉OK 用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作

原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片

前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（ ）

A.该传感器是根据电流的磁效应工作的

B.该传感器是根据电磁感应原理工作的

C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变

D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

5．[答案] B

[解析] 声波使膜片前后振动时会带动轻小的金属线圈在磁场中运动使得穿过它的磁通

量发生变化，从而产生感应电流。

6. 07-08学年度徐州市六县一区摸底考试1．用计算机辅助实验系统（DIS ）做验证牛顿第三

定律的实验，如图所示是把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏

幕上出现的结果。观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论错误的是 ( )

A ．作用力与反作用力作用在同一物体上

B ．作用力与反作用力同时存在，同时消失

C ．作用力与反作用力大小相等

D ．作用力与反作用力方向相反

6．[答案] A

[解析]牛顿第三定律中作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在

两个物体上。作用力和反作用力同时产生，同时消失。故选项A 说法错误，应选A 。

7.南京市2008届第一次模拟考试9．利用传

感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值，如图所示是用这种方法获得的弹性细绳

中拉力 F 随时间t 变化的图线．实验时，把

小球举到悬点O 处，然后放手让小球自由落下，由图线所提供的信息可以判断

( ) A ．绳子的自然长度为212

1gt B ．t 2时刻小球的速度最大

C ．t 1时刻小球处在最低点

D ．t 1时刻到t 2时刻小球的速度先增大后减小

7．[答案] A D

8. 徐州市07—08学年度第三次质量检测6．下列说法正确的是 ( )

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 ．楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声传感器

1 2 3 4 5 F O

C ．电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的信息转化为电信号

D ．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

8．[答案] C D

9. 江苏淮安市07—08学年度第一次调查测试9．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图(a )所示．将压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(b )所示．下列判断正确的是( )

A ．从t 1到t 2时间内，小车做匀速直线运动

B ．从t 1到t 2时间内，小车做加速度变大的直线运动

C ．从t 2到t 3时间内，小车做匀速直线运动

D ．从t 2到t 3时间内，小车做匀加速直线运动

9．[答案] B D

10．江苏省南通市08届第一次基础调研测试8．下列说法正确的是 （ ）

A ．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号

B ．楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声传感器

C ．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

D ．电子秤所使用的测力装置是温度传感器

10．[答案] A C

◇基础提升训练

1．如图6－3－3所示为实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A 为光源，B 为光电接收器，A 、B 均固定在小车上，C 为小车的车轮．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B 接收并转换成电信号，由电路记录和显示．若实验显示单位时

间的脉冲数n ，累积脉冲数为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 ＝＿＿＿＿＿＿＿＿．

1. 答案: 车轮的半径R 和齿轮的齿数P ：2πRn/P 2πRN/P

解析:小车的速度等于车轮的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 ，已经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n/P ．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k ＝n/P ．

(b )

3

由以上两式可得：v＝2πRn/P．

同理，设车轮转动的累积圈数为k，则有s=2πRk，，且k＝N/P，所以s＝2πRN/P 可见，要测小车的速度v和行程s，必需测出单位时间的脉冲数n和累积脉冲数N，车轮半径R和齿轮的齿数P．

2．现有热敏电阻、电路丝、电源、电磁继电

器、滑动变阻器、开关和若干导线.如图6－4－1 所

示，试设计一个控温电路.要求温度低于某一温度

时，电路丝自动通电供热，超过某一温度时，又自

动断电，画出电路图说明工作原理.

2．答案：（1）电路图如图6－4－2所示．（2）工作过程，闭合S，当温度低于设计

值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电

流不能使它工作，K接通电炉丝加热，当温

度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通

过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，

电炉丝断电，停止加热，当温度低于设计值，又重复前述过程．

解析：发热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．]

3．图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I－U关系曲线图.

（1）为了通过测量得到图1所示I－U关系的完整曲

线，在图2和图3两个电路中应选择的是图

______；简要说明理由：

.（电源电动势为9 V，内

阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）.

（2）图4电路中，电源电压恒为9 V ，电流表读数为70 mA ，定值电阻R 1=250Ω，由热敏电阻的I －U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______V ；电阻R 2的阻值为______Ω.

（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子：

.

3．[答案] （1）2；图2电路电压可从0 V 调到所需电压，调节范围较大.（或图3电路不能测得0 V 附近的数据）

（2）5.2；111.8（111.6－112.0均给分）

（3）热敏温度计（提出其他实例，只要合理均给分）

[解析] ）为了通过测量得到图1所示I －U 关系的完整曲线，滑动变阻器要采用分压式电路，且该热敏电阻的阻值比较小，测量电路应接成外接法。

4. 江苏泰州市07～08学年度第二学期期初联考7．如图是电熨斗的结构图，下列说法正确的是 ( )

A ．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属

B ．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金

属片发生弯曲使上下触点分离

C ．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升

降螺丝下移并推动弹性铜片下移

D ．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断

4．[答案] B C D

5. 南京师大物理之友电学综合(一) 9．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻， 这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种

氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)一CO 浓度曲线，如图乙所示．在下列表示一氧化

碳浓度c 与电压表示数U 0之间关系的图象中正确的是 ( )

5．[答案]

000

0A C D

B R 甲 乙

D

解：r

R R R ER IR U +++==传0000 一氧化碳浓度c 增大，电导增大，电阻传R 减小，U 0增大, 一氧化碳浓度c 与电压表示数U 0之间关系是正相关关系，但不是正比关系。选项D 正确。

6. 南京金陵中学07—08学年一轮复习检测（一）15．（16分）有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO 、压力传感器R （一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G （其实质是电流表）。其中AO

设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.68V ，则： （1）利用表中数据归纳出电阻R 随压力F 变化的函数关系式；

（2）该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？

（3）如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA ，

这个人的体重是多少？ 6．[答案]（1）R =300－0.6F （Ω）； （2）15.6mA （3）550N. 解析：（1）由表中数据可归纳得出：R =300－0.6F （Ω）

（2）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的

压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R 1=300Ω，电路中的电流为mA 615A 300

684..R U I ===，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA 处。 （3）当电流表刻度盘的读数为I 2=20毫安时，压力传感器的电阻 23402.068.422===

I U R Ω，

由 R =300－0.6F ，算得F 2=110N ，

再由F 2·AO =G ·BO 得G =550N

7. 08年福建省毕业班质量检查20．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻R 、电流显示器、电源E 连成电路，

在压敏电阻上放置一个绝缘重物。0～t 1时间内升降机停在某一楼层处，t 1时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i 随时间t 变化情况如图乙所示。则下列判断正确的是 ( ) A ．21~t t 时间内绝缘重物处于超重状态

甲

B ．43~t t 时间内绝缘重物处于失重状态

C ．升降机开始时可能停在10楼，从1t 时刻开始，经向下加速、

匀速、减速，最后停在1楼

D ．升降机开始时可能停在1楼，从1t 时刻开始，经向上加速、

匀速、减速，最后停在10楼 7．[答案] C

8. 北京市海淀区高三物理二模反馈题18A ．将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关S ，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O 点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC 的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P 随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则

( )

A ．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动

B ．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动

C ．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动

D ．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动 8．[答案] A

9. 北京市海淀区高三物理二模反馈题18B ．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A 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，系统静止时P 在B 点，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减小而减小

C ．弹簧的伸长量为x =mωl/（k –mω2)

D ．输出电压U 与ω的函数式为 U = Emω2/（k –mω2)

9．[答案] D 10. 2008年高考江苏卷2、2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德

国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其它电阻应用的说法中．错误的是 ( )

A ．热敏电阻可应用于温度测控装置中

B ．光敏电阻是一种光电传感器

C ．电阻丝可应用于电热设备中

D ．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用．

10．[答案] D

解析：考查基本物理常识。热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度，从而应用于温度测控装置中，A 说法正确；光敏电阻是

0 123乙 4

O ′

将光信号与电信号进行转换的传感器，B 说法正确；电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，C 说法正确；电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，D 说法错误。

11. 2008年高考理综重庆卷21、图1是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q 将随待测物体的上下运动而变化，若Q 随时间t 的变化关系为a

t b Q +=（a 、b 为大于零的常数），其图象如图2所示，那么图3、图4中反映极板间场强大小E 和物体速率v 随t 变化的图线可能是 （ ）

A ．①和③

B ．①和④

C ．②和③

D ．②和④ [答案] C

12. 2008年高考理综四川延考区卷22．Ⅱ．（12分）图1中所示装置可以用来测量硬弹簧（即劲度系数较大的弹簧）的劲度系数k 。电源的电动势为E ，内阻可忽略不计：滑动变阻器全长为l ，重力加速度为g ，○V 为理想电压表。当木板上没有

放重物时，滑动变阻器的触头位于图1中a 点，此时电压

表示数为零。在木板上放置质量为m 的重物，滑动变阻器

的触头随木板一起下移。由电压表的示数U 及其它给定条

件，可计算出弹簧的劲度系数k 。

（1）写出m 、U 与k 之间所满足的关系式。

（2）已知E = 1.50V ，l = 12.0 cm ，g = 9.80 m/s 2。测量结

果如下表：

图2 图3 图4

①在图2中给出的坐标纸上利用表中数

据描出m －U 直线。

②m －U 直线的斜率为

kg/V 。

③弹簧的劲度系数k =

N/m 。（保留3位有效数字）

12．[答案] （1）U Eg

lk m

（2）①如图所示

② 10.1

③ 1.24×103

◇能力提升训练

第I 卷（共48分）

一、选择题(本题包括6小题，每小题8分，共48分。每小题至少有1个选项符合题意)

1. 如图所示是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电

器的示意图，它是由电源、光电管(A 、K )、放大器、电磁继电

器(MN )等几个部分组成，当用绿光照射光电管的阴极K 时，可

以发生光电效应，则下列说法中正确的是( )

A.图中a 端为电源的正极

B.放大器的作用是将光电管中产生的电流放大后，使铁芯M

磁化，将衔铁N 吸住

C.若增大绿光的照射强度，光电子最大初动能增大

D.改用蓝光照射光电管的阴极K 时，电路中仍有光电流

1．答案：ABD

解析：用绿光照射光电管的阴极K 时,电子被打出来,所以a 端为电源的正极,因光电流很小,所以要经放大器放大以产生更大的磁场来将衔铁N 吸住, 光电子最大初动能增大只与光的频率有关,因蓝光的频率比绿光大,更易产生光电效应现象。

2. 随着生活质量的提高，自动干手机已经进入家庭．洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为

A . 改变了湿度 B. 改变了温度

C. 改变了磁场

D. 改变了电容

2．答案： D

解析: 将湿手靠近自动干手机时改变了里面电容器的电介质所以其电容也就发生了变化]

3. 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，

当待测压力为F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的

A．若F向上压膜片电极，电路中有从a和b的电流

B．若F向上压膜片电极，电路中有从b和a的电流

C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流

D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化

3．答案：BD

解析：F向上压膜片电极，使得电容器的正对距离变小,电容变大,所以容纳电荷的能力更强了,这样电源就继续对电容器充电,电表也就有示数了,直到再次充满。

4. 1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转换为电信号的自动化测量技术．如图所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙

述中正确的是

A．电容增大反映h增大

B．电容增大反映h减少

C．将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，

液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h减小

D．将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h增大

4．答案：AC

解析：此电容器的两个极板分别是金属棒与导电液体, h增大表示电容器的正对面积增大,所以电容就增大,充电后断开,则电量Q不变, h减小C减小,而U=Q/C则U必增大。

5. 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，激光头利用光敏电阻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R2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

5．答案：AC

解析:光敏电阻受光照射时电阻减小,所以分担的电压就小, 这样R2上的电压就高,处理系统获得高电压,计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的。

6. 如图是一火警报警装置的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感

所

器，电流表为值班室的显示器，a，b之间接报警器．当传感R

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变小

C．I变小，U变大D．I变大，U变小

6．答案：B

解析:半导体热敏电阻随温度升膏而减小, 当传感R2所在处出现火情时, R2变小,这样外电组就变小,所以外电压U减小,总电流增大, R1上的电压增大,这样并联电路部分的电压就减小,所以I变小。

第Ⅱ卷（共52分）

7．(12分)（2000年全国理综）如图6－1－9所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流

I和B的关系为U＝KIB/d

式中比例系数K称为霍尔系数．

霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚

集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：

（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势＿＿＿＿＿＿下侧面A′的电势（填高于、低于或等于）．

（2）电子所受的洛伦兹力的大小为＿＿＿＿＿＿．

（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为＿＿＿＿＿＿．

（4）当静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系统为k=1/ne，其中n代表导体板单位体积中电子的个数．

7答案：(1)低于(2)eU/h(evB) (4)电子受到横向静电力横向静电力与洛伦兹力与洛伦兹力的作用，两力平衡，有eU/h=evB 由上式，得U=hvB 通过导体的电流密度I=neV·d·h，有U=kIB/d, 有hvB=k·neVB·d·h/d得k=I/ne

8.(14分)（2001上海）某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换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，

使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即

可测得与物体的质量成正比的输出电压U.

现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动

变阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体（可置于

力电转换器的受压面上）.

请完成对该物体质量的测量.

（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，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）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.

（3）请设想实验中可能会出现的一个问题.

8. （1）设计的电路图如图所示. （2）测量步骤与结果：

①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零.

②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0.

③将待测物放在转换器上，记下输出电压U1；

由U O＝km o g,得k=U O/m o g

测得U=kmg,所以m=m o U/U O

(3)①因电源电压不够而输出电压调不到零。

②待测物体质量超出转换器量程

9、(10分)生活中，经常用到用光控制电路的情况．例如路

灯的控制开关，傍晚时等光暗到一定程度，路灯会自动点

亮，清晨时光亮到一定程度，路灯自动熄灭．下面是光敏

电阻、两个电源、带放大器（放大器内有电源，图中没有

表示出来）的断电器和灯的示意图（见图6—3－7）．继电

器的线圈A绕在软铁芯上，并且跟放大器的输出端c、d相

连，a、b是放大器的作用是：当输入端回路中电流发生较小变化时，输出端回路中电流发生较大的变化．当线圈A产生的磁场足够强时，就会克服弹簧K的弹力将衔铁c吸下，触头

D 断开、触头B 接通；当输入端回路中电流变化较小时，线圈A 产生的磁场不足以吸住衔铁C ，则触头B 断开、触头D 接通．

(1)连接实物图，使得光强时灯灭，光弱时灯亮．

(2)简要说明此电路的工作原理．

9．答案：（1）如图所示。(2)当光增强时，光敏电阻

阻值变小，放大器的输入端电流增大，输出端回路中

通过线圈A 中的电流增大到某一值时，就会将衔铁C

吸下，使D 断开，小灯泡灭；反之，光弱时，光敏电

阻阻值增大，D 接通，灯亮。

10、(16)图6（甲）是某研究性学习小组自制的电子秤原理图，利用电压表的示数来指示物体的质量．托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当盘中没有放物体时，电压表示数为零．设变阻器总电阻为R ，总长度为L ，电源电动势为E ，内阻为r ，限流电阻阻值为R 0，弹簧劲度系数为k ，若不计一切摩擦和其他阻力．

（1）试推出电压表示数U x 与所称物体质量m 的关系式．

（2）由（1）计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于进行刻度，为了使电压表示数与待测质量成正比，请你利用原有器材在该小组研究的基础上进行改进，在图6（乙）的基础上完成改进后的电路图，并推出电压表示数U x 与待测物体质量m 的关系式．

10. 解析（1）当放托盘中放入质量为m 的物体时，设变阻器的

上端到滑动端的长度为x ，根据题意得，mg ＝kx ，此时滑动变阻器接入的阻值为x x R R L =， 故有E r

R R R U x x

x ++=0 联立求解，得)(0r R kL mgR mgRE

U x ++=．

（2）电路图如图7所示，当放托盘中放入质量为m 的物体时，有mg ＝kx ， x x

R R L =，电压表示数为x x R r R R E

U ++=0，故有m kL

r R R gRE

U x )(0++=

，

乙 图6

，r