中考物理中的“多敏電阻傳感器”解析

多敏電阻傳感器類(lèi)試題隨著科技的發(fā)展走入了中考，并且有逐年增多的趨勢(shì)，由于此類(lèi)試題綜合性強(qiáng)、難度大、涉及面廣等特點(diǎn)，一般為各省中考的壓軸題出現(xiàn)。其實(shí)，在半導(dǎo)體中摻入少量的其他元素，它的導(dǎo)電性能會(huì)得到很大的改善，因此用半導(dǎo)體材料可制成多敏電阻，多敏電阻包括熱敏、壓敏、氣敏、光敏、磁敏等多種電阻，對(duì)于此類(lèi)試題要抓住電阻隨著外在因素的改變的情況，然后利用電學(xué)知識(shí)和給定的圖像等信息進(jìn)行分析、求解，下面以2010年中考題為例進(jìn)行歸類(lèi)分析：

一、氣敏電阻傳感器

特點(diǎn)解讀：是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。主要品種有：金屬氧化物氣敏電阻， 復(fù)合氧化物氣敏電阻，陶瓷氣敏電阻等。一般可以用于化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測(cè)與控制；煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)與報(bào)警；環(huán)境污染情況的監(jiān)測(cè)；煤氣泄漏：火災(zāi)報(bào)警；燃燒情況的檢測(cè)與控制，等等。

例1： （2010年浙江省衢州市）在治理酒后駕車(chē)中，酒精檢測(cè)儀發(fā)揮了重要作用。如圖1甲是酒精檢測(cè)儀，圖1乙是檢測(cè)儀的簡(jiǎn)化電路圖，R0為定值電阻，R為氣敏電阻，該電阻阻值與酒精氣體含量的關(guān)系如圖1丙，如果圖1乙中電流表示數(shù)越大，說(shuō)明司機(jī)吹出的氣體中酒精含量就 。

【解析】此類(lèi)試題是以科技發(fā)明為情景進(jìn)行命題，是對(duì)酒精檢測(cè)儀原理的考查，R為氣敏電阻，根據(jù)圖像可知，氣敏電阻的特點(diǎn)是隨著酒精含量的增多，電阻在減小。由圖可知，氣敏傳感器R與定值電阻R0串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律可知，當(dāng)電路中電流表示數(shù)越大，說(shuō)明氣敏電阻的阻值越小，則酒精氣體的含量越高。

【答案】越高。

【點(diǎn)評(píng)】此題屬于電路和氣敏電阻的實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)了解此類(lèi)電阻的特點(diǎn)，屬于小知識(shí)、大作用的一類(lèi)，應(yīng)多重視。

【練習(xí)】（2010年福建省廈門(mén)市）酒精測(cè)試儀可檢測(cè)駕駛員是否酒后駕車(chē)，如圖是它的原理圖。圖2中酒精氣體傳感器電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比，如果測(cè)試到的酒精氣體濃度越大，那么（ ）。

A.傳感器的電阻越大

B.通過(guò)傳感器的電流越小

C.傳感器兩端的電壓越大

D.電壓表的示數(shù)越大

二、熱敏電阻傳感器

特點(diǎn)解讀：熱敏電阻傳感器是利用一些材料的溫度變化而引起的內(nèi)部電阻的變化而制成的傳感器，通過(guò)它可以測(cè)量或控制溫度等。一般生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用有：溫度傳感器、防爆傳感器、溫度報(bào)警器、熱熔膠槍PTC元件、電飯鍋、電冰箱等。

例2：（2010年廣州市花都區(qū)）半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，其電阻受溫度影響較大。如圖3甲是某種半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系圖像。根據(jù)這種半導(dǎo)體材料電阻的特性，小明和他的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路（如圖3乙），可以測(cè)定某一空間的溫度，使用的器材如下：半導(dǎo)體電阻、電源、電流表（0～0.6A）、開(kāi)關(guān)、定值電阻R0（10Ω）、導(dǎo)線若干。

（1）當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.2A，求電源的電壓。

（2）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)，求當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度和半導(dǎo)體電阻的電功率分別是多少。

【解析】此類(lèi)傳感器屬于熱敏電阻傳感器，通過(guò)圖像可知，此種半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的升高而減小，這是解題的切入點(diǎn)。根據(jù)圖像可知，當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，半導(dǎo)體的電阻為50Ω，然后根據(jù)串聯(lián)的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和進(jìn)行求解電源電壓。反之，當(dāng)給定電路中電流時(shí)，可以根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)半導(dǎo)體的電阻，然后根據(jù)圖像查得對(duì)應(yīng)的溫度。

【答案】（1）由電路圖R和R0串聯(lián)，當(dāng)t=20℃時(shí)，半導(dǎo)體電阻R=50Ω電源的電壓U=IR+IR0=0.2A×50Ω+0.2A×10Ω=12V。

【點(diǎn)評(píng)】熱敏電阻主要受環(huán)境溫度的影響，通過(guò)外界環(huán)境溫度的改變，從而改變電阻來(lái)改變電路中電流，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的效果，這種電阻可以應(yīng)用于溫度報(bào)警器等。

中考回顧：歷屆中考考查此類(lèi)知識(shí)的有：2010年浙江省紹興市，2009年湖北省黃岡市，江蘇省南通市、宿遷市、連云港市、蘇州市等。

【練習(xí)】（2010年四川省瀘州市）如圖4甲所示的電路中，R是一個(gè)定值電阻，Rt是一個(gè)半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的曲線如圖4乙所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合且電阻Rt所處的環(huán)境溫度升高時(shí)，電流表示數(shù)________，電壓表示數(shù)___________。（以上兩空選填“增大”、“減小”或“不變”。）

答案：增大；減小

三、壓敏電阻傳感器

特點(diǎn)解讀：這類(lèi)傳感器一般屬于半導(dǎo)體壓敏傳感器，體積小、靈敏度高、更具有實(shí)用價(jià)值，一般適用于機(jī)械制造和電器等方面。它是利用半導(dǎo)體的某一方向受到壓力時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化而制成，往往隨著壓力的增大，其電阻變小，而因此電路中電流的變化。在生活、生產(chǎn)中一般用于拉力、體重等力的測(cè)量。

例3：（2010年安徽省蚌埠市）有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理圖如圖5中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R（一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器），顯示體重的儀表G（其實(shí)質(zhì)是電流表），其中AO∶BO=5∶1。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示：

設(shè)踏板的杠桿組件的質(zhì)量不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.68V。

則：（1）利用表中數(shù)據(jù)歸納出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)關(guān)系式：____________；

（2）該秤零刻度線（即踏板空載時(shí)的刻度線）應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤(pán)________ mA處；

（3）如果某人站在踏板上，電流表刻度盤(pán)示數(shù)為20mA，這個(gè)人的體重是________。

【解析】此題中是壓力傳感器的應(yīng)用，壓敏電阻傳感器的特點(diǎn)是電阻隨著所受壓力的增大而減小，（1）問(wèn)中是對(duì)數(shù)據(jù)的處理與歸納，通過(guò)函數(shù)描點(diǎn)法或通過(guò)待定系數(shù)法等進(jìn)行求解函數(shù)關(guān)系式。（2）當(dāng)該秤零刻度線時(shí)，壓力F=0N，此時(shí)壓力傳感器電阻R=300Ω，根據(jù)歐姆定律可知，電路中電流I=U/R=4.68V/300Ω=0.0156A=15.6mA。（3）當(dāng)電流表刻度盤(pán)示數(shù)為20mA時(shí)，根據(jù)歐姆定律可知，電路中電阻R= U/I=4.68V/0.02A=234Ω，然后根據(jù)（1）問(wèn)的解析式R=300-0.6F，可求得壓力傳感器所受的壓力F=（300-234）/0.6=110N，然后根據(jù)杠桿平衡條件和AO∶BO=5∶1可知，踏板上的壓力為傳感器上壓力的5倍即550N。

中考回顧：歷屆中考考查此類(lèi)內(nèi)容的試題省份：2010云南楚雄、2009年湖州、2009年福建、2008年福建廈門(mén)、紹興、云南、濱州、湖北仙桃等。

【練習(xí)】（2010年江蘇省宿遷市）小明去超市，走到電梯前發(fā)現(xiàn)電梯運(yùn)動(dòng)較慢，當(dāng)他站在電梯上時(shí)又快了起來(lái)。小明根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，畫(huà)出如圖6所示的電路（R是一個(gè)壓敏電阻）。小明分析：當(dāng)人站在電梯上，壓敏電阻的阻值減小，則電磁鐵的磁性變______，銜鐵與觸點(diǎn)________（填“1”或“2”）接觸，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變__________。

答案：強(qiáng)，2，快。

四、光敏電阻傳感器

特點(diǎn)解讀：此類(lèi)電阻傳感器的原理是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，當(dāng)光照強(qiáng)度改變時(shí)，其阻值也發(fā)生變化，一般是光敏電阻隨光強(qiáng)的增大而減小。主要用于光纖傳感器、光電眼等，有時(shí)也和聲敏電阻傳感器一起用于聲光控電燈的開(kāi)關(guān)。

例4：（2010年浙江省紹興市）小王利用光敏電阻受到光照時(shí)電阻變小的特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖6所示的自動(dòng)控制電路，要求光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅。在實(shí)際調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈始終亮著，而光敏電阻和其他電路元件都正常。下列調(diào)節(jié)能使控制電路達(dá)到要求的是（ ）。

A.減少螺線管線圈的匝數(shù) B.抽出螺線管中的鐵芯

C.滑動(dòng)變阻器滑片P向右移動(dòng)

D.減小控制電路電源電壓

【解析】此題屬于光敏電阻實(shí)際應(yīng)用的考查，首先要認(rèn)識(shí)光敏電阻與光照強(qiáng)度的關(guān)系，當(dāng)光亮?xí)r，光敏電阻變小，電流增大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，吸引銜鐵，使工作電路斷開(kāi)，因此燈不亮。而此題的問(wèn)題是發(fā)現(xiàn)燈始終亮著，而光敏電阻和其他電路元件都正常，這說(shuō)明電磁鐵的磁性較弱，影響電磁鐵的磁性強(qiáng)弱的因素有：電流大小、線圈的匝數(shù)和螺線管是否有鐵芯等，要增大磁性，應(yīng)該減小電路中電阻或增加線圈匝數(shù)、增大電源電壓。

【答案】C。

中考回顧：歷屆中考考查此類(lèi)內(nèi)容的省份：2009年四川省南充市、2008年湖南省株洲市、2008年江蘇省鎮(zhèn)江市，2008年成都市等。

【練習(xí)】1.（2010年江蘇省鎮(zhèn)江市）將光敏電阻 R、定值電阻 R0、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)和電源連接成如圖8所示電路。光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小。閉合開(kāi)關(guān)，逐漸增大光敏電阻的光照強(qiáng)度，觀察電表示數(shù)的變化情況應(yīng)該是（ ）。

A. A表和V表示數(shù)均變小

B. A表示數(shù)變大，V表示數(shù)變小

C. A表示數(shù)變小，V表示數(shù)變大

D. A表和V表示數(shù)均變大

2.（2010年江蘇省揚(yáng)州市）閱讀短文，回答問(wèn)題。

夜幕下，揚(yáng)州“第一大道”文昌路邊LED燈將道路照得猶如白晝，這種LED燈是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換來(lái)供電的。下頁(yè)圖8是揚(yáng)州某小區(qū)利用太陽(yáng)能給LED路燈供電的自動(dòng)控制電路的原理示意圖。其中，R是光敏電阻，此光敏電阻的阻值R、流過(guò)線圈電流I與光照度E（單位勒克斯，符號(hào)lx）之間的幾次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示

當(dāng)線圈A中的電流I≥30.0mA時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)D與靜觸點(diǎn)G、H接觸。

（1）由表格中數(shù)據(jù)可知，光敏電阻的阻值R隨光照度E的增強(qiáng)而___________；

（2）白天，太陽(yáng)能電池板將__________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_________能，這種能量通過(guò)再次轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在大容量蓄電池內(nèi)。傍晚，當(dāng)光照度小于__________lx（勒克斯）時(shí)，路燈開(kāi)始工作；

（3）請(qǐng)用鉛筆畫(huà)線將電路原理圖連接完整，使工作電路能正常工作（與觸點(diǎn)的接線只能接在靜觸點(diǎn)上，圖中已給出靜觸點(diǎn)E、F、G、H的4根引線；連線不能交叉）；

（4）一只功率為6W的LED燈，通電后其發(fā)光亮度相當(dāng)于30W的日光燈。某間教室有24盞30W的日光燈，每天平均使用2h，如果能用6W的LED燈進(jìn)行照明，則一個(gè)月（按30天計(jì)算）可節(jié)約電能__________kw·h；

（5）據(jù)有關(guān)部門(mén)發(fā)布消息，5年內(nèi)全市小區(qū)將全面覆蓋LED路燈。但目前有部分市民反映LED路燈亮度不夠，請(qǐng)你提出一條能提高亮度的合理化的建議：___________。

參考答案：1.D；2.（1）減小，（2）光（太陽(yáng)） 電，15；（3）如圖10；（4）34.56；（5）多布一些路燈、使用功率更大的LED燈、在LED燈下方加裝凸透鏡等。

五、磁敏電阻傳感器

特點(diǎn)解讀：磁敏傳感器是將有關(guān)的物理量通過(guò)磁性轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即通過(guò)磁性的強(qiáng)弱變化引起工作電路中電流的變化，從而來(lái)用電設(shè)備進(jìn)行特定工作。一般可以用做：磁性開(kāi)關(guān)、油水界面?zhèn)鞲衅鞯取Ｔ谌粘Ｉ睢⑸a(chǎn)中涉及此類(lèi)傳感器的有：高考使用金屬探測(cè)器、刷卡機(jī)等。

例5：（2010年江蘇省淮安市）如圖10所示，是演示巨磁電阻（GMR）特性的原理示意圖。開(kāi)關(guān)S1、S2閉合時(shí)，向左稍微移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，指示燈的亮度明顯變亮。

（1）滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)，流過(guò)電磁鐵線圈的電流_________（選填“增大”或“減小”），電磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)_______（選填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”）；

（2）指示燈的亮度明顯變亮，表明電路中GMR的阻值顯著_________（選填“增大”或“減小”），引起GMR阻值變化的原因是___________。

【解析】此試題的特點(diǎn)是結(jié)合生產(chǎn)、生活實(shí)際或具有時(shí)代性的高科技知識(shí)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引起學(xué)生的注意，并且能夠用小知識(shí)來(lái)解決大問(wèn)題，注重了知識(shí)的運(yùn)用。（1）當(dāng)閉合S1、S2后使滑片P向左滑動(dòng)過(guò)程中，電路中電阻減小，流過(guò)電磁鐵線圈的電流增大，因此電磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)增強(qiáng)。（2）指示燈明顯變亮，說(shuō)明電路中的電流過(guò)大，因此可知巨磁電阻電阻變小。而滑片P向左滑動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器連入電路中電阻變小，導(dǎo)致電磁鐵的電流變大，電磁鐵的磁性增強(qiáng)，可見(jiàn)巨磁電阻的阻值隨磁場(chǎng)的增強(qiáng)而明顯減小。

【答案】（1）增大，增強(qiáng)；（2）減小，周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)弱發(fā)生變化。

【點(diǎn)評(píng)】要學(xué)會(huì)聯(lián)系電與磁的知識(shí)，特別是磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系，然后結(jié)合歐姆定律等電學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析。

中考回顧：歷屆考查有關(guān)磁敏傳感器的試題：2008年江蘇省連云港市、2009年浙江省寧波市等。

總之，敏感電阻是指其中電阻值對(duì)于某些物理量（如溫度、光照、機(jī)械力、氣體的濃度、磁場(chǎng)等）具有敏感特性，當(dāng)這些物理量發(fā)生變化時(shí)，其電阻的阻值也發(fā)生變化。此類(lèi)試題的特點(diǎn)是起點(diǎn)高、落到點(diǎn)，具有視覺(jué)新、科學(xué)前沿信息濃，所以備受命題者的青睞，我們應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生多關(guān)注生活、關(guān)注熱點(diǎn)，養(yǎng)成關(guān)注科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)問(wèn)題的習(xí)慣，學(xué)會(huì)運(yùn)用一定的科學(xué)思維方法來(lái)解決學(xué)習(xí)、生活、工作中所遇到的問(wèn)題。

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編輯/張燁