2022年高考物理復(fù)習(xí)核心素養(yǎng) 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置（解析版）

12.3利用傳感器制作簡單的自現(xiàn)控制裝置

必備知識清單

一、熱敏電阻的特性

i.實(shí)驗(yàn)原理

閉合電路歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察.

圖1

2.實(shí)驗(yàn)器材

半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、鐵架臺、燒杯、涼水和熱水.

3.實(shí)驗(yàn)步驟

⑴按圖1連接好電路；

(2)把多用電表置于歐姆擋,并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時(shí)熱敏電阻的阻值，并

記下溫度計(jì)的示數(shù)；

(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表

測量的熱敏電阻的阻值；

(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄.

4.數(shù)據(jù)處理

R/Q

圖2

在圖2坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線.

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大.

6.注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱水后要等一會兒再測熱敏電阻阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同

時(shí)讀出水溫.

二、光敏電阻的特性

1.實(shí)驗(yàn)原理

閉合電路歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察.

2.實(shí)驗(yàn)器材

光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、電源.

圖3

3.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按圖3所示電路連接好，其中多用電表置

于“X100”擋；

(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；

(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察多用電表表盤指針

顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄；

(4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)，觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄.

4.數(shù)據(jù)處理

根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性.

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照射下電阻值很小;

(2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量.

6.注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改

變照射到光敏電阻上的光的多少來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（2）歐姆表每次換擋后都要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零.

命題點(diǎn)精析（一）熱敏電阻的特性和應(yīng)用

典型例題

【例I

現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60℃時(shí),

系統(tǒng)報(bào)警.提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過人時(shí)就會報(bào)

警），電阻箱（最大阻值為999.9C）,直流電源（輸出電壓為U,內(nèi)阻不計(jì)），滑動變阻器

凡（最大阻值為1000。），滑動變阻器/?2（最大阻值為2000。），單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)

線若干.

在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18V,4約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過

20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時(shí)阻值為

650.0Q.

（1）在圖中完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線.

熱敏電阻

（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填“R”或“R2”）.

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為Q;

滑動變阻器的滑片置于（填為”或"b”）端附近，不能置于另一端的原因是

②將開關(guān)向(填“C”或"d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至

(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用.

【答案】

(1)見解析圖(2)&(3)①650。b接通電源后，流過報(bào)警器的電流會超過20mA,

報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器開始報(bào)警

【解析】

(1)先用電阻箱替代熱敏電阻，連接成閉合回路進(jìn)行調(diào)試.電路圖連接如圖所示.

電源?—二m

電阻期開列《

滑動變阻器

---5^-^

熱敏電阻

(2)當(dāng)電路中電流/c=10mA時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律有/c=g,解得R總=1800。,

K&

此時(shí)熱敏電阻的阻值為650.0C,則滑動變阻器的阻值為1150C,所以滑動變阻器選

⑶①當(dāng)熱敏電阻阻值達(dá)到650.0C時(shí)，報(bào)警器就會報(bào)警，用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)

節(jié)，應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650.0C.若接通電源后電路中的電流過大(超過20mA),報(bào)

警器就會損壞，電流越小越安全，所以為了電路安全，閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于人端.

②用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)將開關(guān)向c,端閉合，開關(guān)閉合后要減小電路中的

電阻直至報(bào)警器開始報(bào)警.

【練1】已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10°C升至60℃時(shí)阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同

學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源E、開關(guān)S、滑動變阻器

R(最大阻值為20。)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100。)。

(1)在虛線框中所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計(jì)

算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA,

則此時(shí)熱敏電阻的阻值為kC(保留2位有效數(shù)字)。實(shí)驗(yàn)中得到的該熱敏電阻阻

值R隨溫度，變化的曲線如圖(a)所示。

(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kQ?

由圖(a)求得，此時(shí)室溫為°C(保留3位有效數(shù)字)。

(4)利用實(shí)驗(yàn)中的熱敏電阻可以制作溫控報(bào)警器，其電路的一部分如圖(b)所示。圖中，E

為直流電源(電動勢為10V,內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時(shí)，便

觸發(fā)報(bào)警器(圖中未畫出)報(bào)警。若要求開始報(bào)警時(shí)環(huán)境溫度為50℃,則圖中(選

填"RJ'或"R2”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為kC(保留2位有效

數(shù)字)。

【答案】⑴見解析圖(2)1.8(3)25.5(25.3?25.8均正確)(4)/?,1.2

【解析】

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化，則測量范圍比較大，所

以應(yīng)該采用滑動變阻器的分壓式接法，同時(shí)熱敏電阻的阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，

屬于大電阻，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該采用外接法電路，所以組成測量電路圖如圖所示。

熱敏電阻

(2)若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA,根據(jù)歐姆定律得此時(shí)熱

敏電阻的阻值為：

U5.5V,

0義10~L8X10,Q~1.8kQo

(3)根據(jù)熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線，可知當(dāng)達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為

2.2kC,對應(yīng)的溫度為25.5℃。

FR、

(4)根據(jù)題圖(b)所示電路，假設(shè)用是熱敏電阻，根據(jù)歐姆定律得輸出電壓為：。=妥圖

尺1十/<2

由題意知&為定值電阻，當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時(shí)，說明環(huán)境溫度高，便

觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，那么熱敏電阻的阻值會減小，輸出電壓會變大，從而報(bào)警，所以圖中

品應(yīng)該用熱敏電阻；若要求開始報(bào)警時(shí)環(huán)境溫度為50℃,通過熱敏電阻阻值R隨溫度

10V

/變化的曲線，可知：R|=0.8kC,代入數(shù)據(jù)得：6.0V=,,-R

Un.QOKio4T-AD22

解得：/?2=1.2kQ?

【練2】某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性.現(xiàn)有器材：直流恒流電源(在正常工作

狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等.

(1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在實(shí)物圖上連線.

IO

恒流電源

(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流

值；

②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，,,斷開

開關(guān)；

③重復(fù)第②步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù).

(3)實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖所示的R-f關(guān)系圖線,

請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R—f關(guān)系式：R=+f(Q).

【答案】

(1)如圖所示

(2)②讀取溫度計(jì)示數(shù)讀取電壓表示數(shù)(3)1000.4

【解析】

(3)由R-r圖線可知，當(dāng)h=10℃時(shí)，/?!=104Q,當(dāng)會=60℃時(shí)，/?2=124Q,R-t

圖線的斜率為二~L=0.4Q/℃：將圖線延長，圖線過原點(diǎn)，說明1=0℃時(shí)的電阻為100

t2-t\

C,故R-f關(guān)系式為R=100+0.4/(Q).

命題點(diǎn)精析(二)對光敏電阻的特性和應(yīng)用的考查

【例2】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開關(guān)可采用光

敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)

弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx).某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表:

照度(1X)0.20.40.60.81.01.2

電阻(kC)754028232018

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D甲所示的坐標(biāo)系描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨

照度變化的特點(diǎn).

(2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng).請

利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至

1.0lx時(shí)啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的

影響)

提供的器材如下：

光敏電阻RP(符號Ah阻值見上表)；

直流電源E(電動勢3V,內(nèi)阻不計(jì))；

定值電阻：R=10kC,R2=20kC,/?3=40k。(限選其中之一，并在圖中標(biāo)出)；

開關(guān)S及導(dǎo)線若干.

電阻/k。

8(

7(

6(

5(

4(

3(

2M(

O

020.40.60.81.01.21.4照度/收

甲

【答案】見解析

【解析】

(1)光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖(a)所示，光敏電阻的阻值隨照度的增大而

減小.

I，.*U.5，.Cl.U1/i.一時(shí)度/|X

(a)

(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E=3V,當(dāng)照度降低至1.0lx時(shí)，1、2兩端電壓升

至2V,此時(shí)光敏電阻阻值&=20kC,U*2V,串聯(lián)電阻分壓SIV,由黨當(dāng)

=2,得R=2=10kQ,故選定值電阻Ri,電路原理圖如圖(b)所示.

|照明系統(tǒng)|

"I,

|顰制開.|

「:

：1&22j

(b)

【練3】電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻心和定值電阻

扁接在9V的電源上，電源內(nèi)阻不計(jì)，光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化關(guān)系如表所示:

光強(qiáng)E/cd12345

電阻值/Q18963.6

[“光強(qiáng)”是表示光強(qiáng)弱程度的物理量，符號為E,單位坎德拉(cd)]

(1)當(dāng)光照強(qiáng)度為4坎德拉(cd)時(shí)光敏電阻凡的大小為.

(2)其原理是光照增強(qiáng)，光敏電阻尺阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明

度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，Ro是定值電阻，則下列電路圖中符

合要求的是,.(填序號);

1=1

(3)現(xiàn)已知定值電阻R)為12C,用電壓表測得光敏電阻兩端的電壓為3V,則此時(shí)光照

強(qiáng)度為o

【答案】(1)4.5(2)C(3)3cd

【解析】

(1)由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻心與光強(qiáng)￡的乘積均為18c?cd不變，則當(dāng)E=4cd

.—,,18Q,cd

時(shí)，光敏電阻的阻值：/?=,,=4,5Qo

t4CQ

(2)由題意可知，光敏電阻&與定值電阻心串聯(lián)連接，光照增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻心阻值減

小，電路中的總電阻減小，由/=看可知，電路中的電流增大，由？7=//?可知，吊)兩端

的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以以兩端的電壓減小，反之

光照減弱時(shí)，光敏電阻凡阻值增大，島兩端的電壓減小，尺兩端的電壓增大，則玻璃

并聯(lián)在吊,兩端時(shí)不符合，玻J離并聯(lián)在&兩端時(shí)符合，故A錯(cuò)誤，C正確；若玻璃與電

源并聯(lián)，光照變化時(shí)，玻璃兩端的電壓不變，故B、D錯(cuò)誤。

⑶當(dāng)7?o=12Q,光敏電阻兩端的電壓G=3V,因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，

R)兩端的電壓：Uo=U-Ur=9V-3V=6V,因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電

路中的電流/=會=點(diǎn)即■^■'=3,解得&'=6Q,此時(shí)光照強(qiáng)度E'=―3=3cd?

A()A.v1ZA.vO12

【練4】如圖甲所示，這是一批節(jié)能路燈，該路燈通過光控開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動控制：電燈的亮

度可自動隨周圍環(huán)境的亮度改變而改變。如圖乙，這是其內(nèi)部電路簡化原理圖，電源電

動勢為E,內(nèi)阻為r,R為光敏電阻(光照強(qiáng)度增大時(shí)，其電阻值減小)?，F(xiàn)增大光照強(qiáng)

度，則下列判斷正確的是()

A.路端電壓不變

B.Ro兩端電壓變大

C.B燈變暗，A燈變亮

D.電源總功率不變

【答案】B

【解析】

增大光照強(qiáng)度，光敏電阻的阻值減小，電路總電阻減小，總電流增大，電源內(nèi)電壓增大，

路端電壓減小，A錯(cuò)誤；通過A燈上的電流減小，則通過的電流增大，島兩端的電

壓變大，B燈上的電壓減小，A、B兩燈均變暗，B正確，C錯(cuò)誤；電源的總功率

￡/會隨著總電流的增大而增大，D錯(cuò)誤。

命題點(diǎn)精析（三）其他傳感器的應(yīng)用

【例3】小明設(shè)計(jì)了一種酒精測試儀的電路，其電路如圖所示，電源電壓恒定，R為定值

電阻，。為氣敏元件，其阻值均隨被測酒精氣體濃度的變化而變化。閉合開關(guān)S,檢

測時(shí)，當(dāng)人呼出的酒精氣體濃度越大，測試儀中電壓表的示數(shù)越大，此時(shí)（）

A.。的電阻心越大

B.電路消耗的總功率越小

C.電壓表與電流表的示數(shù)乘積變大

D.電壓表與電流表的示數(shù)之比變小

【答案】C

【解析】

由題圖知，定值電阻與氣敏元件串聯(lián)，電壓表測量定值電阻R兩端的電壓，當(dāng)人呼出的

酒精氣體濃度越大，測試儀中電壓表的示數(shù)越大，由歐姆定律知，電路的電流變大，根

據(jù)「=山，電路消耗的總功率越大，B錯(cuò)誤；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，氣敏元件電壓

越小，由分壓原理，氣敏電阻越小，A錯(cuò)誤；根據(jù)P=U/,因定值電阻的電壓變大，

電路的電流變大，故電壓表與電流表的示數(shù)乘積變大，C正確；由歐姆定律，電壓表與

電流表的示數(shù)之比即定值電阻大小，比值不變，故D錯(cuò)誤。

【練5】交警使用的某型號酒精測試儀如圖甲，其工作原理如圖乙所示，傳感器電阻R的

電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，電路中的電表均

為理想電表，且用=廠。當(dāng)一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時(shí)，下列說法中正確的是

A.電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)減小

B.電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小

C.電源對外輸出功率減小

D.電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量X的絕對值之比不變

【答案】D

【解析】

AB.當(dāng)酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時(shí)，傳感器電阻減小，電路中電流增大，內(nèi)電阻及《

的分電壓增大，則傳感器電阻上的電壓減小，電壓表示數(shù)減小。AB錯(cuò)誤；

C.當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源輸出功率最大，當(dāng)傳感器電阻減小時(shí)，外電阻阻值接近內(nèi)

電阻，所以電源輸出功率變大。c錯(cuò)誤；

D.根據(jù)閉合電路的歐姆定律得

U=-I（R?+r）+E

則有

即比值不變。D正確。

故選D。

【練6】現(xiàn)要組裝一個(gè)酒精測試儀，它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，

此傳感器的電阻R隨酒精氣體濃度的變化而變化，規(guī)律如圖甲所示目前國際公認(rèn)的酒駕

標(biāo)準(zhǔn)是“0.2mg/mL＜酒精氣體濃度＜0.8mg/mL",醉駕標(biāo)準(zhǔn)是“酒精氣體濃度＞0.8mg/mL”

提供的器材有：

A.二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器尺

B.直流電源（電動勢為4V,內(nèi)阻不計(jì)）

C.電壓表（量程為3V,內(nèi)阻非常大，作為濃度表使用）

D.電阻箱（最大阻值為999.9Q）

E.定值電阻飛（阻值為50。）

F.定值電阻&（阻值為10。）

G.單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干

（1）圖乙是酒精測試儀電路圖，請?jiān)趫D丙中完成實(shí)物連線；（）

八7?JQ

(2)電路中R應(yīng)選用定值電阻(填"或/??)；

(3)為便于識別，按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：

①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為30.0C,然后開關(guān)向(填"c"或"d")端閉合，

將電壓表此時(shí)指針對應(yīng)的刻度線標(biāo)記為mg/mL；

②逐步減小電阻箱的阻值，電壓表的示數(shù)不斷變大按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上"電壓"刻度

線標(biāo)為“酒精濃度"

③將開關(guān)向另一端閉合，測試儀即可正常使用。

(4)某同學(xué)將調(diào)適好的酒精測試儀靠近酒精瓶口，發(fā)現(xiàn)電壓表指針滿偏，則測量的酒

精濃度(填"有"或"沒有")達(dá)到醉駕標(biāo)準(zhǔn)。

【答案】

0.2有

⑴根據(jù)圖乙的電路圖連接實(shí)物圖如下

⑵由于電壓表量程為3V,本實(shí)驗(yàn)電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，由歐姆定律可得，定值

電阻兩端的電壓

U

R&十R

由圖甲可知又E=4V,得

襦,3

則

RW30Q

故選R2；

⑶①本實(shí)驗(yàn)采用替代法，用電阻箱的阻值替代傳感器的電阻Rx,故應(yīng)先電阻箱調(diào)到

30.0Q,結(jié)合⑴中電路，開關(guān)應(yīng)向c端閉合;

由圖甲可知&=30。時(shí)，酒精氣體濃度為0.2mg/mL；

⑷由

UR=EK?

24+6

可知電壓表指針滿偏時(shí)，電阻箱電阻

酒精氣體濃度20.8mg/mL,故有達(dá)到醉駕標(biāo)準(zhǔn)。

【例4】國家有關(guān)酒駕的裁量標(biāo)準(zhǔn)如下:

駕駛員血液酒精>20mg/100mL,

>80mg/100mL

含量<80mg/100mL

行為定性飲酒駕駛醉酒駕駛

酒精檢測儀是交警執(zhí)法時(shí)通過呼氣來檢測司機(jī)飲酒多少的檢測工具。現(xiàn)有一個(gè)酒精檢測

儀的主要元件"酒精氣體傳感器"，其阻值隨氣體酒精濃度變化的情況如表。

R/a6040302010

氣體酒精濃度/（mg-m-3）05090140360

甲

50100150200250300350400氣體酒精濃度

乙

（1）請根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙中描繪出"R一氣體酒精濃度"的關(guān)系曲線。

（2）已知人體血液酒精濃度是所呼出氣體酒精濃度的2200倍。若測得某司機(jī)小明，經(jīng)

過氣體酒精濃度測試，顯示呼氣酒精濃度為120mg/m3,則司機(jī)小明應(yīng)該是屬于

駕駛，此時(shí)R的阻值為Q?

（3）現(xiàn)有一個(gè)電源，電動勢為4.5V,內(nèi)阻約為1Q；電壓表V,量程為3V,內(nèi)阻約為

2000Q；電流表A,量程為3A,內(nèi)阻約為5Q；滑動變阻器h,阻值0~50Q；滑動變阻

器R2,阻值0~500C；開關(guān)、導(dǎo)線若干。若要用以上器材和上述"酒精氣體傳感器"組成

一個(gè)測定氣體酒精濃度的電路，該電路只使用一個(gè)電表，且正常工作時(shí)，被測氣體酒精

濃度若為0,則電表指針滿偏。且該電路可以在電源老化，內(nèi)阻變大的情況下，通過調(diào)

節(jié)變阻器，保證被測氣體酒精濃度為0時(shí)，電表指針仍能滿偏。則該電路應(yīng)選用的電表

是（填字母代號，下同），應(yīng)選用的滑動變阻器是o請?jiān)趫D丙

虛線框中完成設(shè)計(jì)電路圖.

丙

【答案】

飲酒24V

50100150200250300350400氣體酒精濃度

R_

酒精氣體傳感器11

------?------心］

Ri

【解析】

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)描繪出"月一氣體酒精濃度"的關(guān)系曲線如圖:

50100150200250300350400氣體酒精濃度

（2）司機(jī)小明，經(jīng)過氣體酒精濃度測試，顯示呼氣酒精濃度為120mg/m3時(shí)血液酒精

濃度為

120x2200mg/m3=2.64xl05mg/m3=26.4mg/100mL

對照有關(guān)酒駕的裁量標(biāo)準(zhǔn)可知司機(jī)小明應(yīng)該是屬于飲酒駕駛；

由圖線可知，呼氣酒精濃度為120mg/m3時(shí)月的阻值為240

（3）根據(jù)被測氣體酒精濃度若為0,則電表指針滿偏的電路要求的特征，可知該電路

應(yīng)選用的電表是V；

因R=24Q,則應(yīng)選用的滑動變阻器是Ri；

畫出電路如圖：

R

【練7】壓力傳感器按用途分類主要是壓力監(jiān)視、壓力測量和壓力控制及轉(zhuǎn)換成其他量的

測量。按供電方式分為壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動供電的，需要有外電源，后

者是傳感器自身可以產(chǎn)生電壓，不需要外加電源。為了探究某壓電型壓力傳感器的輸出

電流與其所受正壓力之間的關(guān)系，某興趣小組的同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖甲

所示，將壓力傳感器水平放置，接入如圖甲所示電路，其上放置一與壓力傳感器上表面

面積接近的平整薄硬木板（使壓力傳感器上表面受力均勻），電流表是量程0~1mA、

內(nèi)阻為10。的靈敏電流表。

當(dāng)在木板上放置重物時(shí)，因?yàn)閴毫鞲衅魇艿秸龎毫?，其兩端將產(chǎn)生輸出電壓，此時(shí)壓

力傳感器相當(dāng)于不計(jì)內(nèi)阻的電源，通過放置不同重物測量產(chǎn)生的壓力F與通過電流表電

流/并繪制/-F圖像來完成實(shí)驗(yàn)。

（1）測量結(jié)束后得到祛碼數(shù)與所讀的電流表示數(shù)之間關(guān)系如下表，表中數(shù)據(jù)中明顯存

在錯(cuò)誤的一組是第組（填祛碼個(gè)數(shù)，祛碼數(shù)即為實(shí)驗(yàn)組數(shù)）。

祛碼數(shù)”/個(gè)12345

電流表示數(shù)

0.220.430.60.841.00

//mA

（2）根據(jù)列表中數(shù)據(jù)在圖乙所示坐標(biāo)系中描繪出電流隨祛碼數(shù)變化的圖線o圖

像不過原點(diǎn)的原因是。

（3）通過查詢實(shí)驗(yàn)所用壓力傳感器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)銘牌上的參數(shù)顯示其正常工作壓力范圍

為0~500N,對應(yīng)輸出電壓范圍為0~5V。而實(shí)驗(yàn)只提供5個(gè)100g的祛碼,g?。軴m/sz,

則要想使祛碼全部放入時(shí)靈敏電流表恰好滿偏，則電阻R的阻值應(yīng)為o

（4）若將兩個(gè)相同的壓力傳感器圖丙方式放置連接（不計(jì)傳感器自身重力），放上相同

重物后，圖甲和圖丙兩圖中電流表示數(shù)之比為.

【答案】

3薄硬木板對壓力傳感器產(chǎn)生壓力40

1團(tuán)2

【解析】

⑴由列表知有一組有明顯錯(cuò)誤，其他四組是合理的，通過觀察五組電流數(shù)據(jù)中有四組數(shù)

據(jù)說到了0.01mA,說明該電流表的最小分發(fā)值為0.1mA，第3組數(shù)據(jù)只讀到0.1mA,

說明讀數(shù)時(shí)明顯錯(cuò)誤。

⑵圖像如圖所示

設(shè)每個(gè)祛碼質(zhì)量為m,平整薄硬板質(zhì)量為，％,壓電型傳感器受到壓力

F=nmg+ml)g

產(chǎn)生的電動勢E滿足

E=kF=k(nmg+/)

根據(jù)閉合電路歐姆定律得

/一

R

聯(lián)立解得

/_knmg?kt%g

RR

由此可知不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是因?yàn)橛舶迥景逵匈|(zhì)量，對壓力傳感器產(chǎn)生壓力。

⑶由題意得500N的壓力對應(yīng)輸出電壓5V,則在5個(gè)祛碼(總重力5N)作用下的輸出

電壓為0.05V,有

u=W+R)

聯(lián)立解得

R=40C

⑷當(dāng)重物產(chǎn)生的壓力為8時(shí)，圖丙2每個(gè)傳感器上壓力均為乙，但相當(dāng)于兩個(gè)電源串

聯(lián)在一起，圖甲中傳感器上壓力為尸N，則圖丙中輸出電壓為圖甲中輸出電壓的2倍，

圖甲和圖乙兩圖中電流表示數(shù)之比為102

【練8】氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號并輸出，如圖所

示，8為將可燃?xì)怏w或有毒氣體(如C。、CH4、瓦斯、煤氣等)濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感

器，俗稱電子鼻.當(dāng)有毒氣體濃度大時(shí)，其電阻變小.根據(jù)如下材料：電源電壓U=220

V,M為排風(fēng)扇，G為繼電器，A為控制電源，S為控制開關(guān)，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)家用自動排煙

電路，并在圖中完成連線圖.

【解析】電子鼻主要由氣敏傳感器陣列、信號預(yù)處理和模式識別三部分組成.某種氣味

呈現(xiàn)在一種活性材料的傳感器面前，傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信號，由多個(gè)傳感器對

一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對該氣味的響應(yīng)，即可求解.

由題意可知，當(dāng)可燃?xì)怏w或有毒氣體時(shí)，則B轉(zhuǎn)換成電信號，從而使E被吸引下來，導(dǎo)

致燈泡被點(diǎn)亮.因此構(gòu)成兩部分電路，如圖所示；

核心素養(yǎng)大提升

【例5】酒駕、醉駕會給交通安全帶來巨大隱患，便攜式酒精測試儀給交警執(zhí)法帶來了極

大的便利。如圖1所示，是便攜式酒精測試儀的原理圖，電源電壓恒為3V,Rp是酒精

氣體傳感器，其阻值隨酒精氣體濃度變化的規(guī)律如圖2所示，Ro是報(bào)警器，其電阻值恒

定為50Q。問：

（1）當(dāng)氣體中酒精濃度為0時(shí)，電路中的電流是多少？通電10s電流產(chǎn)生的熱量是多

少？

（2）我國法律規(guī)定，當(dāng)每100ml的氣體中酒精濃度大于或等于20mg小于80mg為酒駕，

大于或等于80mg為醉駕。在對某司機(jī)的檢測中，電壓表的示數(shù)為2V,通過計(jì)算分析該

司b機(jī)屬于酒駕還是醉駕。

250

200

150

100

傳感器報(bào)警器50

----------------020406080100120wg/100ml

圖1圖2

【答案】（1）0.01A；0.3J；（2）屬于醉駕

【解析】

（1）當(dāng)氣體中酒精濃度為0時(shí),由圖知Rp=250Q,又Ro=5OQ,電路總電阻為

R=Rp+Ro=25OC+5OQ=3OOQ

電源電壓恒為3V,電路中電流為

巨=4=0.01A

R300Q

通電10s電流產(chǎn)生的熱量是

Q=P昨(0.01A)2X300QX10S=0.3J

（2）當(dāng)電壓表的示數(shù)為2V時(shí)，通過報(bào)警器的電流為

玄嗡二2

由于傳感器和報(bào)警器串聯(lián)，傳感器兩端的電壓為

U“=U-U報(bào)=3V-2V=1V

此時(shí)傳感器的阻值為

1=IV

=25。