专题5.2 常见传感器的工作原理及应用-2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）（解析版）

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专题 5.2 常见传感器的工作原理及应用
【人教版】
【题型 1 光敏电阻的应用】..............................................................................................................
【题型 2 金属热电阻】......................................................................................................................
【题型 3 热敏电阻的应用】..............................................................................................................
【题型 4 联系实际】..........................................................................................................................
【题型 5 霍尔元件】..........................................................................................................................
【题型 6 位移传感器】......................................................................................................................
【题型 7 温度传感器】......................................................................................................................
【题型 8 电子秤】..............................................................................................................................
【题型 1 光敏电阻的应用】
【例 1】为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电
阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光
越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示，电源电动势为 3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至 2 V 时控制开
关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至 1.0(lx)时控制开关接通照明系统，则 R1＝
________kΩ。
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图丙所示的电路进行测量，电
源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合 S1，
将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为 I，图丁为实验时电阻箱的阻值，
其读数为________ kΩ；然后将 S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图戊所示，此时电流表
的示数恰好为 I，则光敏电阻的阻值为________ kΩ(结果保留 3位有效数字)。
解析：(1)电阻 R1和R0串联，有＝，U0＝2 V，当照度 1.0(lx)时，电阻 R0＝20 kΩ，则 R1＝
10 kΩ。
(2)题图丁的电阻为 R2＝62.5 kΩ，题图戊的电阻 R2′＝22.5 kΩ，本题采用等效法测电阻，
前后两次电路中的电流相等，则电路中的电阻相等，则有 R2＝R0′＋R2′，所以 R0′＝40
kΩ。
答案：(1)10　(2)62.5　40.0
【变式 1-1】某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图(a)所示
的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻 RG、小灯泡和刻度尺；阻值
为R的定值电阻；理想电压表 ；电动势为 E、内阻为 r的电源；开关 S；导线若干。
实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离 d，记录电压表的
示数 U，获得多组数据如下表。
d/cm 8.50 10.00 12.00 13.50 15.00 17.00 18.50 20.00 22.00 23.50 25.00
U/mV 271.0 220.0 180.0 156.7 144.9 114.0 94.8 89.5 78.6 72.5 65.0
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值 RG与电压表示数 U的关系式为 RG＝________(用E、r、R、U表示)；
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出 U－d的非线性曲线：
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而________(填“增大”或
“减小”)；
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变
暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”
的功能，设计了如图(c)所示电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个
为定值电阻。
答案　(1)R－R－r
(2)见解析图
(3)增大　(4)R2
解析　由闭合电路欧姆定律得 E＝(R＋r＋RG)，
得RG＝R－R－r。
(2)作出第二组数据点，用平滑的曲线连起来。
(3)由题知，当 d增大，光照强度减小，U减小，由 RG＝R－R－r可得 RG增大。
(4)若R1为光敏电阻，因为光照强度变大，R1电阻减小，由“串反并同”可知灯泡变暗；若
R2为光敏电阻，光照强度变大，R2电阻减小，通过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故 R2为光
敏电阻。
【变式 1-2】 一台臭氧发生器 P的电阻为 10 kΩ，当供电电压等于 24 V 时能正常工作，否
则不产生臭氧。现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭
氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻 R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为
100 Ω，黑暗时为 1 000 Ω，允许通过的最大电流为 3 mA；电源 E的电动势为 36 V，内阻
不计；另有一个滑动变阻器 R2，阻值为 0～100 Ω，允许通过的最大电流为 0.4 A；还有一
个开关 S和导线若干。臭氧发生器 P和光敏电阻 R1的符号如图所示。
设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接
线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)。
答案　如图所示
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