专题2力电传感器应用
利用敏感元件和变阻器将力学信号转换为电学信号的仪器。（如惯性导航系统、ABS防抱死制动系统等）
（1）测物体质量
（2）测物体的加（角）速度
（3）测力
（4）测位移
【例2】“加速度计”作为测定物体加速度的仪器，已被广泛地应用于飞机、潜艇、导弹、航天器等装置的制导中，如图所示是“应变式加速度计”的原理图。支架A、B固定在待测系统上，滑块穿在A、B间的水平光滑杆上，并用轻弹簧固接于支架A上，其下端的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动。随着系统沿水平方向做变速运动，滑块相对于支架发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出。

 　　已知滑块质量为m，弹簧劲度系数为k，电源电动势为E，内电阻为r，滑动变阻器总阻值R=4r，有效总长度为L。当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器的中点，且1、2两接线柱输出的电压U0=0．4E，取AB方向为参考正方向。
 　　（1）写出待测系统沿AB方向做变速运动的加速度a与1、2两接线柱间的输出电压U间的关系式。
 　　（2）确定该“加速度计”的测量范围。
 　　解析：(1)设待测系统沿AB方向有加速度a，
 　　则滑块将左移x，满足kx=ma，
 　　此时U0-U=，而R′=
 　　故有  a=
 　　(2)当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器的中点，且1、2两接线柱输出的电压U0=0．4E，故输出电压的变化范围为0≤U≤2U0，即0≤U≤0．8E，结合（1）中导出的a与U的表达式，可知加速度计的测量范围是-≤a≤。

专题3传感器与图像专题
高考物理中常将传感器的图像接合起来考，一般属于实际应用型，在生产、生活和现代科技中，以解决某一实际问题为背景材料，常常给出部分电路原理框图或器件模型结构等，依给定的条件设计出相应的电路原理图。要求考生能结合给定的设计目的，依给定的器材设计出相应的电路。在解这类题目时我们要做到以下两点：
1、传感器的转换规律求解问题：根据图像分析题义，寻找联系。
2、传感器的简单电路设计：明确目的，分析原理，画电路图。
【例3】（2009年山东省）为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx）。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：

 
①根据表中数据，请在给定的坐标系（见图2）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
 　　②如图1所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1．0（1x）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）
 　　提供的器材如下：　　光敏电源E（电动势3V，内阻不计）；定值电阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限选其中之一并在图中标出），开关S及导线若干。
 
 　　解析：　①根据给定的光敏电阻随温度变化数据表，将各点标在所给的坐标系中，最后用光滑曲线将各点连接起来，即得到光敏电阻的阻值随光照变化的曲线（图3）。由所描绘的曲线可以看出阻值随照度变化特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。 　　②因题目中给出光敏电源E（电动势3V，内阻不计）和三个供选择的定值电阻。条件是①当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统。②给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1．0（1x）时启动照明系统。所以电路中应该串联上一个分压电阻。由给定的光敏电阻随温度变化数据表可知，此时光敏电阻阻值为20k。根据分压电路特点可求得分压电阻为R=10 k。所以选择R1 作为分压电阻。依给定的方框图可设计其电路原理图如图4所示。
点评：这是给定原理框图补充完成电路原理图类问题，主要考查学生在一定的情景条件下，依给定的器材设计电路的基本能力。

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变式训练
1、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U0之间关系的图象中正确的是（      ）

1、D；解析：
，一氧化碳浓度c增大，电导增大，电阻减小，U0增大, 一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系是正相关关系，但不是正比关系。选项D正确。

变式训练
2、角速度计可测量飞机、航天器等的转动角速度，其结构如图所示。当系统OO/转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、航天器等的制导系统的信号源。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，滑动变阻器总长度为。电阻分布均匀，系统静止时P在B点。请导出当系统以角速度ω转动时输出电压U和ω的函数式。

　　1、解析：对A进行受力分析，设当角速度为ω时，弹簧伸长了，
 　　对A用圆周运动知识列方程：
 　　弹簧的伸长量刚好是滑片P向右滑动的距离，此时分压
 　　整理两式得：

变式训练
3、（2008山东）2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。

若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中RB、RO分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。
(l）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响）。要求误差较小。

提供的器材如下：
A．磁敏电阻，无磁场时阻值Ro=150Ω
B．滑动变阻器R，全电阻约20Ω
C．电流表④，量程2.5mA，内阻约30Ω
D．电压表⑦，量程3v，内阻约3kΩ
E．直流电源E，电动势3v，内阻不计
F．开关S，导线若千
(2）正确接线后，将磁敏电阻置人待测磁场中．测量数据如下表：

根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=＿＿＿＿＿＿Ω，
结合图l 可知待测磁场的磁感应强度B =＿＿＿＿＿＿T 。
( 3 ）试结合图l 简要回答，磁感应强度B 在0 ~0.2T 和0.4 ~1.0T 范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？
( 4 ）某同学查阅相关资料时看到了图3 所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻~磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？

3、解析：（1）测量不同磁感时的电阻，属于电阻的测量问题，结合题中所给仪器器材，可确定实验原理是“伏安法”。由于滑动变阻器总电阻较小，滑动变阻器采用分压式接法。从图3可以看出，加上磁场后，待测电阻阻值较大（远大于电流表内阻），为使误差较小，测量电路采用电流表内接法。实验电路连接如图下所示。

 　　（2）由表中数据，根据部分电路欧姆定律可算知磁敏电阻的阻值为1500Ω，由图1可读出对应的磁感强度为0．90T。
（3）由图3可以看出，在0～0．2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在0．4～1．0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）
 　　（4）由图3可知，磁场反向，磁敏电阻的阻值不变。
点评：　此题中实验电路的设计，关键还在于对“伏安法”测电阻这一基本方法的熟练掌握与理解。