2022-2024年高考物理试题汇编：传感器的简单运用实验（解析版）

三年真题

传感器的葡章适用

目第曹曾。绢朝籍

考点三年考情(2022-2024)命题趋势

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

考点1传感器

关系。

元件性能探究

2024年1月浙江选考第18题：探究热敏电阻的

（5年4考）

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1.传感器元件主要有：热敏电阻、

以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系光敏电阻、压敏电阻、霍尔元件等，

传感器元件性能探究是高考考查

2024年高考广东卷:某科技小组模仿太阳能发电频率较高的知识点。传感器元件性

中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装能探究与电阻测量、电表读数、图

置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正像法处理实验数据有机结合一直

对光源。是考查的热点。

2024年高考江西卷:某小组欲设计一种电热水器2.传感器的简单运用的考查主要

防触电装置；是电路设计、电路分析、电路连线

考点2传感器

2024年高考河北卷:兴趣小组决定制作简易光强等。

的简单运用

报警器；

（5年3考）

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，

窃窟⑥缀。阂滔送医

考点01传感器元件性能的探究

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。

图(a)图(b)图(c)图(d)

（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Q（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/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】①.1.23②.12.3③.右侧④.小于

【解析】

（1）⑴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,⑵根据欧姆定律

可知，金属丝的测量值

火=—=12.3。

（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）⑷电流表采用外接法会导致电压表分流，即

_U_U

人测一［，/测真+不—

/测Av

即/测偏大，故月测＜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】n\）、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I1、『,、I/,、1+匕、。

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（填或%"）,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h”A,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巴人L“、”和IV。的数据已标在图（b）中；氧气含量为20%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h”,

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）。

t”V)

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4.0：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：::::::::

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3.0•（•■••••••••.■.•■.•.•■.•.••.••.■.••.■•.••.••.••.••.••.•••.••a

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2.0

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05101520氧气含量(％)

图(b)

【参考答案】（1）(3)a(6)1.4017

【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。

气体入口气体出口

（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L40V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口”。

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，测得热敏电阻尺，在不同温

度时的阻值如下表

温度/℃4.19.014.320.028.038.245.560.4

电阻/（102Q）2201601006045302515

某同学利用上述热敏电阻用、电动势£=3V（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有3kQ、5kQ、12kQ

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20℃,现要求将室内

温度控制在20℃〜28℃范围，且1、2两端电压大于2V,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—k。，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）。

【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2V,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2V,控制开关开启加热系统加热。故C正确。

由热敏电阻区在不同温度时的阻值表可知，20.0。C的阻值为

60xl00Q=6kQ

由题意可知

R6kQ2

TUT.,=——t--Er=----------x3V=2V

Rt+R6kCl+R

解得夫=3kQ。

3

28°C时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5kQ,此时1、2两点间的电压为------x4.5V=1.8V则

4.5+3

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5O.O|1A,主要实验器材有：恒压直流电源£、加热器、测温仪、热

敏电阻R?、可变电阻及1、电流表A、电压表V。

（1）用加热器调节R7的温度后，为使电流表的示数仍为5O.O|1A,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5O.O|1A；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”）火r阻值的电压表。

（2）测得R7两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0C变化到40.0℃的过程中，J的

阻值随温度的平均变化率是kQ-℃-'（保留2位有效数字）。

U/M

3.00

【名师解析】（1）恒压直流电源E输出电压不变，用加热器调节Rr的温度后，为使电流表的示数仍为50・0pA,

须调节可变电阻&。

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

RTRVRT

Rv

由此可知，须将原电压表更换为内阻远大于火?阻值的电压表。

（2）由图可得温度为35.0℃,电压表示数为1.6V,实验设定恒定电流为50.0pA，由欧姆定律可得此温度

热敏电阻的电阻值为32kQ；温度为40.0℃，电压表示数为L3V,实验设定恒定电流为50.0piA，由欧姆定

律可得此温度热敏电阻的电阻值为26kQ；温度从35.0C变化到40.0℃的过程中，及「的阻值随温度的平均

变化率是"L=26-32kc.C-L-izkQJCT,负号表示随着温度升高热敏电阻的温度减小。

加5

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RGI和472；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。

甲丙

乙

（1）电路连接。

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o

（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RGI和4?2,使RG1表面的光照强度比RG2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RGI和RC2。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）①b②1.60较大（3）逆时针。产出

【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.IV,需要估读一位，则图示读数为1.60V；电压表VI比电压表V2读

数大，说明色＞色，由此可知表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。

（3）电压表示数说明扁表面的光照强度比危表面的大，因此电动机带动电池板逆时针转动，直

至5=4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d=0.07m和高h=0.03m。

电极板

图（a）

（2）现有实验器材：电流表（量程300〃A,内阻RA=2500Q）、电压表（量程3V或15V,内阻未知）、直

流电源（3V）、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o

（3）连接好电路，测量26℃的水在不同长度/时的电阻值&。将水温升到65C,重复测量。绘出26c

和65℃水的凡-/图，分别如图（b）中甲、乙所示。

（4）若凡-/图线的斜率为k,则水的电阻率表达P=（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g.OxIO-m的水管。若人体的安全电流为LOXIC^A,热水器出水温度最高为65℃,忽略其他电阻

的影响（相当于热水器220V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）

电极板

【答案】(2)、—一(4).kdh.高(5).0.46

【解析】

（2）[1]电源电动势为3V,故电压表量程选择3V；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）⑵根据电阻定律

dhdh

故可得

⑶电阻率越小更容易导电，根据图像可知65℃的水的电阻率更小，故可知温度高的水更容易导电。

（5）⑷根据前面分析可知65°。的水的电阻率为

p=kdh=x0,07x0.03Q-m=24Q-m

0.7

故当选用内直径为do=8.Oxl（T3m的水管。若人体的安全电流为=1.0x10-3A,接入电压。=220V

时，得

解得水管的长度至少应设计为

lm=0.46m

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（0〜20V）、

数字电流表（0〜20mA）、滑动变阻器R（最大阻值50Q1.5A）、白炽灯、可调电阻用（0〜50kC）、发光

二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、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“xlOk”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。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”）。

0

LED

图1图2

（2）研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性

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。

导线乙、4和23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”“8”“C”或"D”）。

②图4为不同光照强度下得到的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

（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N的阻值，直至发光二极管发光。

【答案】（1）负极（2）①.A②.A③.D##C④.减小

（3）增大

【解析】

⑴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。

（2）⑴⑵⑶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，故乙、4接滑

动变阻器A接线柱，上3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D。

⑷由图像可知，随光照强度增加，/“图像斜率增大，所以电阻减小。

⑶三极管未导通时，凡与月串联。随着光强增强，用电阻减小，此时三极管仍未导通，说明片分压小,

故需要增大月o

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，8、&、鸟为电阻箱，（为半导体薄膜压力传感器，C、。间连接电压传感器（内

（1）先用欧姆表“X100”挡粗测号的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是—Q;

（2）适当调节"、耳、招，使电压传感器示数为0,此时，号的阻值为（用8、耳、&表示）；

（3）依次将0.5g的标准祛码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于祛码重力大小），读出

电压传感器示数U,所测数据如下表所示：

次数123456

祛码质量%/g0.00.51.01.52.02.5

电压U/mV057115168220280

根据表中数据在图（C）上描点，绘制U-加关系图线

U/mV

图（c）

（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

微小压力与，电压传感器示数为200mV,则/大小是N（重力加速度取9.8m/s2,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C、。间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力耳,

此时非理想毫伏表读数为200mV,则£Fo（填“或

【名师解析】（1）用欧姆表“xlOO”挡粗测七的阻值，示数如图（b）所示，根据欧姆表读数规则，对应

的读数是10.0X100Q=1000.0Qo

R,R3

（2）电压传感器示数为0,说明CD两点等电势。liR^l2R2,II®=I2R3,联立解得：月产U工。

火2

（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U-加关系图线。

（4）由。一掰关系图线可知，电压为200mV,对应的m=1.75g,贝I」/=mg=1.7x10-2N。

（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量C、。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片，此时非理想毫伏表读数为200mV，则G>4.

5.（2022年高考河北物理12,9分）某物理兴趣小组