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专题47 传感器的简单运用
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 传感器
元件性能探究
（5 年4 考）
2024 高考湖南卷：某实验小组要探究一金属丝
的阻值随气压变化的规律。
2024 年高考全国理综甲卷：探究电阻型氧气传
感器的阻值随所处环境中的氧气含量发生变化
的关系。
2024 年1 月浙江选考第18 题：探究热敏电阻的
特性及其应用的实验
2022 年重庆高考：某兴趣小组研究热敏电阻在
通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系
1. 传感器元件主要有：热敏电
阻、光敏电阻、压敏电阻、霍尔
元件等，传感器元件性能探究是
高考考查频率较高的知识点。传
感器元件性能探究与电阻测量、
电表读数、图像法处理实验数据
有机结合一直是考查的热点。
2. 传感器的简单运用的考查主要
是电路设计、电路分析、电路连
线等。
考点2 传感器
的简单运用
（5 年3 考）
2024 年高考广东卷：某科技小组模仿太阳能发
电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演
示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电
池板正对光源。
2024 年高考江西卷：某小组欲设计一种电热水
器防触电装置；
2024 年高考河北卷：兴趣小组决定制作简易光
强报警器；
2023 年高考湖南卷：某探究小组利用半导体薄
膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力
的装置；
2022 年高考河北物理：某物理兴趣小组利用废
弃电板煲的部分器材自制简易电饭煲，
考点01 传感器元件性能的探究
1
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1. （2024 高考湖南卷）某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图（a）所示的装
置。电阻测量原理如图（b）所示，E 是电源，V 为电压表，A 为电流表。
（1）保持玻璃管内压强为1 个标准大气压，电流表示数为100mA，电压表量程为3V，表盘如图（c）所示，
示数为________V，此时金属丝阻值的测量值R 为________Ω（保留3 位有效数字）；
（2）打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I 不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值；
（3）根据测量数据绘制R—p 关系图线，如图（d）所示；
（4）如果玻璃管内气压是0.5 个标准大气压，保持电流为100mA，电压表指针应该在图（c）指针位置的
________侧（填“左”或“右”）；
（5）若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值________真实值（填“大于”“小于”或“等
于”）。
【答案】 ①. 1.23 ②. 12.3 ③. 右侧 ④. 小于
【解析】
（1）[1]电压表量程为0—3V，分度值为0.1V，则电压表读数需估读一位，读数为1.23V，[2]根据欧姆定律
可知，金属丝的测量值
（4）[3]根据图（d）可知气压越小电阻越大，再根据
U = IR
可知压强p 减小，则电阻R 增大，故电压增大，电压表的指针位置应该在题图（c）中指针位置的右侧。
（5）[4]电流表采用外接法会导致电压表分流，即
，
即I 测偏大，故R 测 < R 真。
2. (2024 年高考全国理综甲卷)（10 分）电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在
保持流过传感器的电流（即工作电流）恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建
立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图（a）所示电路对他制作的一个氧气
传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器（工作电流
）、毫安表（内阻可忽略）、电压
表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5 个气瓶（氧气含量分别为
、
、
、
、
）。
2
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完成下列实验步骤并填空：
（1）将图（a）中的实验器材间的连线补充完整_____，使其能对传感器定标；
（2）连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
（3）把滑动变阻器的滑片滑到_____端（填“a”或“b”），闭合开关；
（4）缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为
，记录电压表的示数U；
（5）断开开关，更换气瓶，重复步骤（3）和（4）；
（6）获得的氧气含量分别为
、
、
和
的数据已标在图（b）中；氧气含量为
时电压表
的示数如图（c），该示数为______V（结果保留2 位小数）。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为
，
此时电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为_____
（结果保留整数）。
3
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【参考答案】（1）
（3）a （6）1.40 17
【名师解析】（1）为了保持流过传感器的电流（即工作电流）恒定，滑动变阻器采用分压式接法。由于
毫安表内阻可忽略，采用电流表内接电路，实物连接如图。
（3）为了保护电路，闭合开关前，把滑动变阻器的滑片滑到测量电路电压最小，即把滑动变阻器的滑片
滑到a 端。
（6）由图（c）可知，电压表刻度盘分度值为0.1V，需要估读到0.01V，所以电压表读数为1.40V。将氧气
含量为
时对应电压表的示数1.40V 描在图中。将图（b）中尽可能多的数据点用平滑曲线连接，如图。
由图像可知电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为17
。
4
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3 （2024 年1 月浙江选考·18）在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻
，在不同温度
时的阻值如下表
温度/℃
4.1
9.0
14.3
20.0
28.0
38.2
45.5
60.4
电阻/（
）
220
160
100
60
45
30
25
15
某同学利用上述热敏电阻
、电动势
（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有
、
、
三种可供选择）、控制开关和加热系统，设计了A、B、C 三种电路。因环境温度低于
，现要求
将室内温度控制在
范围，且1、2 两端电压大于
，控制开关开启加热系统加热，则应选择
的电路是___，定值电阻R 的阻值应选___
， 1、2 两端的电压小于___V 时，自动关闭加热系统（不考
虑控制开关对电路的影响）。
A.
B.
C.
【答案】 C .. 1.8
【解析】
电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A 错误；
电路B．定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得电压越小，无法实现
1、2 两端电压大于
，控制开关开启加热系统加热。故B 错误；
电路C．定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得电压越大，可以实现
1、2 两端电压大于
，控制开关开启加热系统加热。故C 正确。
由热敏电阻
在不同温度时的阻值表可知，
的阻值为
由题意可知
解得
。
时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为
，此时1、2 两点间的电压为
则
5
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1、2 两端的电压小于1.8V 时，自动关闭加热系统。
4．（6 分）（2022 年重庆高考）某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。
实验电路如图所示，实验设定恒定电流为
，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、
热敏电阻
、可变电阻
、电流表A、电压表V。
（1）用加热器调节
的温度后，为使电流表的示数仍为
，须调节__________（选填一种给定的
实验器材）。当
两端未连接电压表时，电流表示数为
；连接电压表后，电流表示数显著增大，
须将原电压表更换为内阻__________（选填“远大于”“接近”“远小于”）
阻值的电压表。
（2）测得
两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从
变化到
的过程中，
的
阻值随温度的平均变化率是__________
（保留2 位有效数字）。
11【参考答案】. ① 可变电阻R1 ②. 远大于 ③. 1.2
【名师解析】（1）恒压直流电源E 输出电压不变，用加热器调节
的温度后，为使电流表的示数仍为
6
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，须调节可变电阻R1。
连接电压表后，电流表示数显著增大，说明电压表与热敏电阻并联后的电阻显著减小，由并联电阻公式
R 并=
=
由此可知，须将原电压表更换为内阻远大于
阻值的电压表。
（2）由图可得温度为
，电压表示数为1.6V，实验设定恒定电流为
，由欧姆定律可得此温
度热敏电阻的电阻值为32kΩ；温度为
，电压表示数为1.3V，实验设定恒定电流为
，由欧姆
定律可得此温度热敏电阻的电阻值为26kΩ；温度从
变化到
的过程中，
的阻值随温度的平
均变化率是
=
=-1.2
，负号表示随着温度升高热敏电阻的温度减小。
考点02 传感器的简单运用
1. （2024 年高考广东卷）某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，
实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E（电
动势3V）电压表（V1）和（V2）（量程均有3V 和15V，内阻均可视为无穷大）：滑动变阻器R：两个相同
的光敏电阻
和
；开关S：手电筒：导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔
板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。控制单元
对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。
（1）电路连接。
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图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S 和电压表（V）间的实物图
连线_____。
（2）光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R 的滑片置于_____端。用手电筒的光斜照射到
和
，使
表面的光照强度比
表面
的小。
②闭合S，将R 的滑片缓慢滑到某一位置。（V）的示数如图丙所示，读数
为_____V，U2的示数为
1.17V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值_____（填“较大”或“较小”）。
③断开S。
（3）光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到
和
。②闭合S。并启动控制单元。控制单元检测并比较两
光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数
，图乙中的电动机带动电池板_____（填
“逆时针”或“顺时针”）转动，直至_____时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。
【参考答案】（1）
（2）①b ②1.60 较大 （3）逆时针 U1=U2
【名师解析】（1）按照图甲的电路图，用笔画线代替导线连接实物电路图。
（2）①为了保证电路安全，实验开始前应该将图甲中R 的滑片置阻值最大处，即置于b 端。
②电压表量程为3V，最小刻度值为0.1V，需要估读一位，则图示读数为1.60V；电压表V1 比电压表V2 读
数大，说明RG1＞RG2，由此可知表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。
（3）电压表示数U1＜U2，说明RG1表面的光照强度比RG2表面的大，因此电动机带动电池板逆时针转动，直
至U1=U2时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。
2. . （2024 年高考江西卷）某小组欲设计一种电热水器防触电装置，其原理是：当电热管漏电时，利用自
来水自身的电阻，可使漏电电流降至人体安全电流以下．为此，需先测量水的电阻率，再进行合理设计。
（1）如图（a）所示，在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极，将自来水倒入其中，测得
水的截面宽
和高
。
8
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（2）现有实验器材：电流表（量程
,内阻
）、电压表（量程
或
,内阻未知）、
直流电源
、滑动变阻器、开关和导线．请在图（a）中画线完成电路实物连接_____。
（3）连接好电路，测量
的水在不同长度l 时的电阻值
。将水温升到
，重复测量。绘出
和
水的
图，分别如图（b）中甲、乙所示。
（4）若
图线的斜率为k，则水的电阻率表达
____________（用k、d、h 表示）。实验结果表明，
温度____________（填“高”或“低”）的水更容易导电。
（5）测出电阻率后，拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变，选用
内直径为
水管。若人体的安全电流为
，热水器出水温度最高为
，忽略其他
电阻的影响（相当于热水器
的工作电压直接加在水管两端），则该水管的长度至少应设计为
____________m。（保留两位有效数字）
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【答案】 （2）
（4）.
. 高 （5）.
0.46
【解析】
（2）[1]电源电动势为
，故电压表量程选择
；由于电流表的内阻已知，故采用电流表内接时，可以
消除系统误差，故电流表采用内接法，实物图如下：
（4）[2]根据电阻定律
故可得
得
[3]电阻率越小更容易导电，根据图像可知
的水的电阻率更小，故可知温度高的水更容易导电。
（5）[4]根据前面分析可知
的水的电阻率为
故当选用内直径为
的水管。若人体的安全电流为
，接入电压
时，得
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解得水管的长度至少应设计为
3. (2024 年高考河北卷). 某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，
以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表
、
数字电流表
、滑动变阻器R（最大阻值
）、白炽灯、可调电阻
、发
光二极管
、光敏电阻
型三极管
、开关和若干导线等。
（1）判断发光二极管的极性使用多用电表的“
”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1 所示，当黑表笔
与接线端M 接触、红表笔与接线端N 接触时，多用电表指针位于表盘中a 位置（见图2）；对调红、黑表
笔后指针位于表盘中b 位置（见图（2），由此判断M 端为二极管的____________（填“正极”或“负
极”）。
（2）研究光敏电阻在不同光照条件下
伏安特性
①采用图3 中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0 开始。
导线
和
的另一端应分别连接滑动变阻器的____________、____________、____________接线柱
（以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”）。
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②图4 为不同光照强度下得到
光敏电阻伏安特性图3 曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光
照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而____________（填“增大”或“减
小”）。
（3）组装光强报警器电路并测试其功能图5 为利用光敏电阻、发光二极管、三极管（当b、e 间电压达到
一定程度后，三极管被导通）等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光
敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应____________（填“增
大”或“减小”）可调电阻
的阻值，直至发光二极管发光。
【答案】（1）负极 （2） ①. A ②. A ③. D##C ④. 减小
（3）增大
【解析】
(1)根据欧姆表结构，使用时欧姆表黑表笔接内部电源正极，故当黑表笔接M 端，电阻无穷大，说明二极
管反向截止即连接电源负极。
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(2) [1][2][3]题干要求电压表、电流表读数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路,故
接
滑动变阻器A 接线柱,
必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C 或D。
[4]由图像可知，随光照强度增加，I-U 图像斜率增大，所以电阻减小。
(3)三极管未导通时，
与
串联。随着光强增强，
电阻减小，此时三极管仍未导通，说明
分压
小，故需要增大
。
4. （2023 年高考湖南卷） 某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，
其电路如图（a）所示，
为电阻箱，
为半导体薄膜压力传感器，
间连接电压传感器
（内阻无穷大）．
（1）先用欧姆表“
”挡粗测
的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____
;
（2）适当调节
，使电压传感器示数为0，此时，
的阻值为_____（用
表示）；
（3）依次将
的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读
出电压传感器示数
，所测数据如下表所示：
次数
1
2
3
4
5
6
砝码质量
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
电压
0
57
115
168
220
280
根据表中数据在图（c）上描点，绘制
关系图线_____；
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（4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施
加微小压力
，电压传感器示数为
，则
大小是_____
（重力加速度取
，保留2 位有效
数字）；
（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量
间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力
，
此时非理想毫伏表读数为
，则
_____
（填“>”“=”或“<”）．
【参考答案】 （1）. 1000#1000.0 （2）.
（3）.
（4）. 1.7×10-2 （5）. >
【名师解析】（1）用欧姆表“
”挡粗测
的阻值，示数如图（b）所示，根据欧姆表读数规则，对
应的读数是10.0×100Ω=1000.0Ω。
（2）电压传感器示数为0，说明CD 两点等电势。I1R1= I2R2，I1RF= I2R3，联立解得：RF=
。
（3）先在坐标系中描出各个数据点，然后过尽可能多的点作直线得出
关系图线。
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（4）由
关系图线可知，电压为
，对应的m=1.75g，则
=mg= 1.7×10-2
。
（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量
间电压，则测量值小于真实值，在半导体薄膜压力传
感器上施加微小压力
，此时非理想毫伏表读数为
，则
＞
．
5．（2022 年高考河北物理12，9 分）某物理兴趣小组利用废弃电板煲的部分器材自制简易电饭煲，设计
电路如图1 所示，选用的器材有：限温开关
（手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于
时自动断开，之后不能自动闭合）；保温开关
（当锅内温度高于
时自动断开，温度低于
时自动闭合）；电饭煲的框架（结构如图2 所示）。自备元件有：加热电阻丝R（阻值为
，用
于加热煮饭）；限流电阻R1 和
，（阻值均为
）：指示灯
和
（
，当电流低于
时可视为熄灭）；保险丝T。
（1）按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________（多选）。
A．按下
，
和
均发光
B．当锅内温度高于
时，
自动断开，
和
均发光
C．保温过程中，
自动在闭合、断开状态之间交替切换
D．当锅内温度低于
时，
自动闭合，
发光，
熄灭
（2）简易电饭煲制作完成后，试用时
始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下，
断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是________（填写各步骤前的字
母）。
A．将选择开关旋转到“
”位置
B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D．测量指示灯
两端的阻值
E．将选择开关置于OFF 位置或交流电压最高挡
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操作时，将多用电表两表笔与
两端接触，若指针如图3 所示，可判断是________断路损坏；若指针如图
4 所示，可判断是________短路损坏。（用电路中的元件符号表示）
【参考答案】（1）BCD （2）断路 短路
【名师解析】(1) 按下
，
短路，不发光，
发光，A 错误；．当锅内温度高于
时，
自动断开
两指示灯和两限流电阻串联与电源形成闭合电路，由欧姆定律，指示灯中电流I=0.1A，高于
，
和
均发光，B 正确；保温过程中，
自动在闭合、断开状态之间交替切换，C 正确；当锅内温度低于
时，
自动闭合，
发光，
短路，
熄灭，D 正确。
（2）断开电源，使用多用电表欧姆档判断发生故障的元件。
操作时，将多用电表两表笔与
两端接触，若指针如图3 所示，其电阻为1100Ω，大约为R 和R0 串联电
阻值，可判断是L1断路损坏；若指针如图4 所示，其阻值为零，可判断是L1短路损坏。
16
