2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計(jì)》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）實(shí)驗(yàn)十五　傳感器的簡單應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)十五傳感器的簡單應(yīng)用考情調(diào)研命題特征分析近幾年的高考試卷，可知高考試卷中對(duì)敏感電阻及傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了頻繁地考查，如2021年廣東卷中的熱敏電阻的研究、2022年河北卷中的利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡易電飯煲、2022年廣東卷中的測量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系、2023年湖南卷中利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測量微小壓力的裝置。試題命題特點(diǎn)是試題的創(chuàng)新度高，注重創(chuàng)新能力和知識(shí)的遷移能力的考查，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究能力的核心素養(yǎng)1.探規(guī)律：分析熱（光）

敏電阻與溫度（光強(qiáng)）

的關(guān)系。2.畫圖像：描繪電阻值隨

溫度（光強(qiáng)）變化的圖

像。3.得結(jié)論：熱敏電阻的阻

值隨溫度的升高（降

低）而減?。ㄔ龃螅?，

光敏電阻的阻值隨光照

的增強(qiáng)而減小

某同學(xué)為定性探究光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度變化的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖

（a）所示的電路。所用器材有：置于暗箱（圖中虛線區(qū)域）中的光

敏電阻RG；小燈泡和刻度尺；阻值為R的定值電阻；理想電壓表V；

電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的電源；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。d/cm8.5010.0

012.0

013.5

015.0

017.0

018.5

020.0

022.0

023.5

025.0

0U/mV271.

0220.

0180.

0156.

7144.

9114.

094.889.578.672.565.0實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖（a）連接好電路，然后改變暗箱中光源到光敏電阻的距離d，記錄電壓表的示數(shù)U，獲得多組數(shù)據(jù)如表中所示。（1）光敏電阻阻值RG與電壓表示數(shù)U的關(guān)系式為RG＝

?

（用E、r、R、U表示）。

回答下列問題：【實(shí)驗(yàn)原理】

（2）在圖（b）所示的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給的第二組數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出U－d的非線性曲線。【數(shù)據(jù)處理】答案：見解析圖1解析：先描出第2個(gè)數(shù)據(jù)

點(diǎn)，然后過盡可能多的

點(diǎn)，用平滑曲線連線，

不在平滑曲線上的點(diǎn)盡

可能分布在平滑曲線的

兩側(cè)，如圖1所示。（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推斷，光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的減小

而

（選填“增大”或“減小”）。增大

（4）該同學(xué)注意到智能手機(jī)有自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強(qiáng)度

大時(shí)屏幕變亮，反之變暗。他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實(shí)現(xiàn)

“有光照射光敏電阻時(shí)，小燈泡變亮；反之變暗”的功能，設(shè)

計(jì)了如圖（c）所示電路，則電路中

（選填“R1”或

“R2”）為光敏電阻，另一個(gè)為定值電阻。R2

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】解析：如果R1為光敏電阻，有光照射光敏電阻時(shí)，外電路總電阻變小，總電流變大，路端電壓降低，燈泡變暗；如果R2為光敏電阻，有光照射光敏電阻時(shí)，外電路總電阻變小，整個(gè)電路電流增大，內(nèi)電壓升高，路端電壓降低，流過R1的電流減小，因此流過燈泡的電流增大，燈泡變亮。因此R2為光敏電阻。（5）若用該光敏電阻和電磁繼電器設(shè)計(jì)自動(dòng)光控照明電路，電磁繼

電器的構(gòu)造示意圖如圖（d）所示。a.其中L為含有鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銜鐵，K為彈

簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱。工作時(shí)，應(yīng)

將

（選填“A、B”或“C、D”）接照明電路。b.請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線連接圖（d）中的實(shí)物圖。C、D

答案：b.見解析圖2c.已知控制電路電源電動(dòng)勢為3V，內(nèi)阻很小可忽略，電磁鐵線

圈電阻R'＝20Ω，電流超過50mA時(shí)可吸合銜鐵。如果要求光照

使得光敏電阻阻值為18Ω時(shí)，照明電路恰好接通，則圖（d）中

定值電阻R＝

Ω。22

解析：a.由電磁繼電器的工作原理可知，電磁鐵連接的是控制電路，銜鐵連接的是工作電路，故工作時(shí)，應(yīng)將“C、D”接照明電路。b.由題意可知實(shí)物圖如圖2所示。

五種敏感元件的作用和特點(diǎn)1.熱敏電阻：將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般情況

下，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。2.金屬熱電阻：將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般

情況下，金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大，隨溫度的降

低而減小。3.光敏電阻：將光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般情

況下，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，隨光照強(qiáng)度的減

弱而增大。

5.壓敏電阻：將壓力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，壓敏電阻的

阻值隨壓力的變化而變化。

（2024·山東威海模擬）在實(shí)際應(yīng)用中有多種自動(dòng)控溫裝置，以下

是其中兩種控溫裝置：（1）圖（a）為某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1＝2kΩ，R2＝1.5

kΩ，R3＝4kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖像如圖

（b）所示。當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢φa＜φb時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S

接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)φa≥φb

時(shí)，電壓鑒別器會(huì)使S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度

為

℃，恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍為

?

?。25

Rt＞3

kΩ

（2）有一種由PTC元件做成的加熱器，它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫

度t變化的圖像如圖（c）所示。該加熱器向周圍散熱的功率為

PQ＝k（t－t0），其中t為加熱器的溫度，t0為室溫（本題中取20

℃），k＝0.1W/℃。①當(dāng)PR＝PQ時(shí)加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定，則該加熱器工作的

穩(wěn)定溫度為

℃；②某次工作中，該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過程中，下

列溫度變化過程用時(shí)最短的是

。（填選項(xiàng)前的字母序號(hào)）68～72均可A.20℃～24℃B.32℃～36℃C.48℃～52℃D.60℃～64℃B

解析：①PQ＝0.1W/℃（t－20℃），PQ與溫度t之間關(guān)系的圖像如圖所示，由圖可知，當(dāng)溫度為70℃左右時(shí)，發(fā)熱功率和散熱功率相等，即此時(shí)物體的溫度不再變化；②發(fā)熱和散熱功率差值越大，升溫越快。故選B?！镜淅浚?023·湖南高考12題）某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力

傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測量微小壓力的裝置，其電路如圖（a）所

示，R1、R2、R3為電阻箱，RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器，C、D間連接

電壓傳感器（內(nèi)阻無窮大）。（1）先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值，示數(shù)如圖（b）所示，對(duì)

應(yīng)的讀數(shù)是

Ω；（2）適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時(shí)，RF的阻值

為

（用R1、R2、R3表示）；（3）依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上（壓力傳感器上所

受壓力大小等于砝碼重力大?。x出電壓傳感器示數(shù)U，所測

數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（c）上描點(diǎn)，繪制U－m關(guān)系圖線；（4）完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后，該測量微小壓力的裝置即可投入

使用。在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0，電壓傳感

器示數(shù)為200mV，則F0大小是

N（重力加速度取9.8m/s2，

保留2位有效數(shù)字）；（5）若在步驟（4）中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓，在半導(dǎo)

體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1，此時(shí)非理想毫伏表示數(shù)

為200mV，則F1

（選填“＞”“＝”或“＜”）F0。（1）分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪冒雽?dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)

測量微小壓力的裝置。（2）確定實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)采用電橋法測量壓力傳感器的電阻；確定

傳感器受到的壓力與對(duì)應(yīng)電壓的關(guān)系。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：當(dāng)電壓傳感器示數(shù)為0時(shí)，根據(jù)電橋中各電

阻間的比例關(guān)系確定壓力傳感器的電阻。

三步穩(wěn)解題解析：（1）由題圖（b）可知，對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為10×100Ω＝1

000Ω。

（3）把表格中的數(shù)據(jù)在圖

（c）上進(jìn)行描點(diǎn)，然后用一條

直線擬合，使盡可能多的點(diǎn)落

在直線上，不在直線上的點(diǎn)均

勻分布在直線的兩側(cè)，離直線

較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍棄，如圖所示。（5）可將C、D以外的電路等效為新的電源，C、D兩點(diǎn)電壓看

作路端電壓，因?yàn)閾Q用非理想毫伏表后，當(dāng)示數(shù)為200mV時(shí)，

實(shí)際上C、D間斷路（接理想毫伏表時(shí)）時(shí)的電壓大于200mV，

則在壓力傳感器上施加微小壓力F1時(shí)，C、D間的電壓大于在壓

力傳感器上施加微小壓力F0時(shí)C、D間的電壓，結(jié)合U－m關(guān)系圖

線可知F1＞F0。（4）根據(jù)U－m圖像可知，當(dāng)U＝200mV時(shí)，m＝1.80g，故F0

＝mg≈0.018N。

（2022·廣東高考12題）彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分

傳感器的敏感元件。某同學(xué)測量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間

的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過程如下：（1）裝置安裝和電路連接如圖甲所示，導(dǎo)電繩的一端固定，另一端

作為拉伸端，兩端分別用帶有金屬夾A、B的導(dǎo)線接入如圖乙所

示的電路中。（2）導(dǎo)電繩拉伸后的長度L及其電阻Rx的測量①將導(dǎo)電繩拉伸后，用刻度尺測量并記錄A、B間的距離，即為

導(dǎo)電繩拉伸后的長度L。②將滑動(dòng)變阻器R的滑片滑到最右端。斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)

S1，調(diào)節(jié)R，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置。記錄兩

表的示數(shù)U和I1。③閉合S2，電壓表的示數(shù)

（選填“變大”或“變

小”）。調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U，記錄電流表的示數(shù)I2，

則此時(shí)導(dǎo)電繩的電阻Rx＝

（用I1、I2和U表示）。變小

④斷開S1，增大導(dǎo)電繩拉伸量，測量并記錄A、B間的距離，重

復(fù)步驟②和③。

（3）該電壓表內(nèi)阻對(duì)導(dǎo)電繩電阻的測量值

（選填“有”或

“無”）影響。

無（4）圖丙是根據(jù)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的Rx

L圖線。將該導(dǎo)電繩兩端固

定在某種機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械臂彎曲后，測得導(dǎo)電繩的電阻Rx為

1.33kΩ，則由圖線可讀出導(dǎo)電繩拉伸后的長度為

cm，

即為機(jī)械臂彎曲后的長度。解析：由Rx

L圖線可知，導(dǎo)電繩電阻Rx＝1.33kΩ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電繩拉伸后的長度L＝51.80cm。51.80

跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升1.（2024·湖北宜昌模擬）傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，在自動(dòng)控

制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟取?/p>

光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（電學(xué)量），例如熱敏傳感器。某

熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由該熱敏電

阻RT作為傳感器制作的簡單自動(dòng)報(bào)警器線路圖。

12345（1）為了使溫度過高時(shí)報(bào)警器響鈴，c應(yīng)接在

（選填“a”或

“b”）處。解析：由題圖甲可知，熱敏電阻RT在溫度升高時(shí)阻值變

小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，把右側(cè)銜鐵吸引過

來，與a接觸，故c應(yīng)接在a處。（2）若要使啟動(dòng)報(bào)警的溫度降低些，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P

向

（選填“左”或“右”）移動(dòng)。解析：若要使啟動(dòng)報(bào)警的溫度降低些，熱敏電阻的阻值

增大，滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)。a

右12345（3）如果在調(diào)試報(bào)警器報(bào)警溫度時(shí)，發(fā)現(xiàn)將報(bào)警器放在預(yù)定的報(bào)

警溫度的環(huán)境時(shí)，報(bào)警器一直報(bào)警，無論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻

器的滑片P，報(bào)警器都一直報(bào)警，可能的原因和解決的辦法

是

?

?。解析：在預(yù)定的報(bào)警溫度的環(huán)境時(shí)該熱敏電阻RT和滑動(dòng)

變阻器的總電阻之和過小，電流過大，可以換一個(gè)阻值大一

點(diǎn)的滑動(dòng)變阻器。在預(yù)定的報(bào)警溫度的環(huán)境時(shí)該熱敏電阻RT和滑動(dòng)變阻器

的總電阻之和過小，可以換一個(gè)阻值大一點(diǎn)的滑動(dòng)變阻器

123452.（2024·湖南常德模擬）某同學(xué)利用下列實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路來

研究某壓敏電阻Rx的壓阻效應(yīng)，然后將該壓敏電阻改裝為壓力傳感

器測量壓力。已知該電阻Rx的阻值變化范圍為50～250Ω。供選擇

的實(shí)驗(yàn)器材如下：A.電源E：電動(dòng)勢為3V，內(nèi)阻不計(jì)B.電流表A1：量程為3mA，內(nèi)阻r1＝10ΩC.電流表A2：量程為30mA，內(nèi)阻r2約為1ΩD.電阻箱R1：阻值范圍0～9999.9ΩE.定值電阻R0：R0＝50ΩF.開關(guān)S、導(dǎo)線若干12345

12345

12345（2）該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果，作出壓敏電阻Rx隨所加壓力F的Rx

－F圖像，如圖乙所示，則由此圖像可知，隨壓力F的增大，

壓敏電阻Rx的阻值

（選填“增大”“減小”或“不

變”）。解析：由題圖乙可知，隨壓力F的增大，壓敏電阻Rx的

阻值減小。減小12345（3）該同學(xué)將這種壓敏電阻Rx與一個(gè)量程為3V的理想電壓表按如

圖丙所示電路改裝成測量壓力的儀表，已知電源E＝4V，內(nèi)

阻不計(jì)，為了使改裝后的壓力表的量程為100N，壓力為100

N時(shí)對(duì)應(yīng)電壓表3V的刻度，則定值電阻R應(yīng)取R＝

Ω，

電壓表2V刻度對(duì)應(yīng)壓力表

N的刻度。150

50

12345

123453.（2024·遼寧沈陽模擬）某同學(xué)利用熱敏電阻自制了一個(gè)簡易溫度

計(jì)，其內(nèi)部電路裝置如圖甲所示，使用的器材有：直流電源（E＝

4.5V，內(nèi)阻不計(jì)）、毫安表（量程未知）、電阻箱R（最大阻值為

999.9Ω）、熱敏電阻一個(gè)、開關(guān)S1和S2、導(dǎo)線若干。12345

840.0

10

60

12345

12345

123454.（2024·福建龍巖模擬）如圖甲所示為蘋果自動(dòng)分揀裝置的示意

圖，該裝置把大小不同的蘋果，按一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)分揀為大蘋果

和小蘋果。該裝置的托盤秤壓在一個(gè)以O(shè)1為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的杠桿上，杠桿

末端壓在壓力傳感器R上，R的阻值隨壓力變化的曲線如圖乙所示。

調(diào)節(jié)托盤秤壓在杠桿上的位置，使質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)（0.15kg）的

大蘋果經(jīng)過托盤秤時(shí)，杠桿對(duì)R的壓力為1N。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R0，可

改變R、R0兩端的電壓比，使質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)的大蘋果通過托盤

秤時(shí)，R0兩端的電壓恰好能使放大電路中的電磁鐵吸動(dòng)分揀開關(guān)的

銜鐵，此電壓叫作放大電路的激勵(lì)電壓。該放大電路中包含保持電

路，能夠確保大蘋果在銜鐵上運(yùn)動(dòng)時(shí)電磁鐵始終保持吸動(dòng)狀態(tài)。12345

12345（1）當(dāng)大蘋果通過托盤秤時(shí)，R所受的壓力較大，電阻

?

（選填“較大”或“較小”）。解析：由題圖乙可知當(dāng)大蘋果通過托盤秤時(shí)，R所受的

壓力較大，電阻較小。（2）自動(dòng)分揀裝置正常工作時(shí)，大蘋果通過

（選填“通

道A”或“通道B”）。解析：大蘋果通過托盤秤時(shí)，R0兩端的電壓達(dá)到放大電

路的激勵(lì)電壓，使放大電路中的電磁鐵吸動(dòng)分揀開關(guān)的銜

鐵，大蘋果進(jìn)入下面的通道B。較小通道B

12345（3）若電源電動(dòng)勢為5V，內(nèi)阻不計(jì)，放大電路的激勵(lì)電壓為2V。①為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值等于

kΩ。

（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）20

②某同學(xué)想在托盤秤壓在杠桿上的位置不變的情況下，利用

一塊電壓表測出每個(gè)蘋果的質(zhì)量，電壓表的示數(shù)隨蘋果質(zhì)量

的增大而增大，則電壓表應(yīng)該并聯(lián)在電阻

（選填

“R”“R0”或“電源”）兩端。R0

12345③若要提高分揀標(biāo)準(zhǔn)到0.33kg，僅將R0的阻值調(diào)為

?kΩ

即可實(shí)