高考物理一轮复习：传感器

试卷更新日期：2024-09-13 类型：一轮复习

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一、选择题

1. 光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的传感器是（）

A、光传感器 B、温度传感器 C、声音传感器 D、压力传感器

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2. 在生活中，许多地方都应用了传感器，像路灯的自动控制就要用到（）

A、位移传感器 B、光传感器 C、温度传感器 D、压力传感器

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3. 在现代生活中，许多地方需要传感器，例如，电冰箱制冷系统的自动控制就要用到( )

A、压力传感器 B、声传感器 C、光传感器 D、温度传感器

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4. 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器可能是（　　）

A、温度传感器 B、气体传感器 C、生物传感器 D、压力传感器

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5. 在公共场所装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就会开通电热器加热，喷出热空气将手烘干。自动干手机使用的传感器应该是（　　）

A、磁传感器 B、红外线传感器 C、力传感器 D、声传感器

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6. 如图所示， $T_{1}$ 、 $T_{2}$ 是监测交流高压输电参数的互感器，一个用来测高压电流，一个用来测高压电压，则下列说法正确的是（　　）

A、 $T_{1}$ 是测交流电压的仪器 B、 $T_{2}$ 是测交流电流的仪器 C、a是电流表，b是电压表 D、a是电压表，b是电流表

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7. 如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗.光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻， $R_{0}$ 为定值电阻，下列判断正确的是（）
甲乙

A、当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压 B、当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压 C、扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响 D、扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作

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8. 图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以 $O_{1}$ 为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器 $R_{1}$ 上。当大苹果通过托盘秤时， $R_{1}$ 所受的压力较大因而电阻较小， $R_{2}$ 两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时， $R_{2}$ 两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为 $M_{0}$ ，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量 $M$ 大于 $M_{0}$ ，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是（）

A、只适当减小 $R_{2}$ 的阻值 B、只增大电源E₁的电动势 C、只增加缠绕电磁铁线圈的匝数 D、只将托盘秤压在杠杆上de 位置向左移动一些

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9. 下列关于传感器元件说法错误的是（　　）

A、如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 B、如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化 C、如图丙，当磁体靠近“干簧管”时，“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应 D、如图丁，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向左发生微小位移时，线圈自感系数变大

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10. 力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位同学利用力敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示．将力敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示， $0 \sim t_{1}$ 时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是（）

A、 $t_{1} ~ t_{2}$ 时间内，小车做匀速直线运动 B、 $t_{1} ~ t_{2}$ 时间内，小车做匀加速直线运动 C、 $t_{2} ~ t_{3}$ 时间内，小车做匀速直线运动 D、 $t_{2} ~ t_{3}$ 时间内，小车做匀加速直线运动

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11. 某学习小组利用传感器制作简单的自动控制装置的实验中选择了智能扶手电梯课题，设计如下原理图，其中R是压敏电阻，电梯上无乘客时，电动机转动变慢，使电梯运动变慢；电梯上有乘客时，电动机转动变快，使电梯运动变快，下列说法正确的是（　）

A、电磁继电器与发电机工作原理相同 B、电磁铁上端是N极 C、电梯上无乘客时，衔铁与触点1接触 D、电梯上有乘客时，压敏电阻R的阻值增大

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12. 可变差动变压器（LVDT）是一种常用的直线位移传感器，简化模型如图所示。它内部主要结构包括一个初级线圈和一对匝数相等的次级线圈，初级线圈位于中间，次级线圈则沿相反方向串联，对称缠绕在初级线圈的两侧；导磁铁芯可以在空心管（图中未画出）中移动，连接到要测量位移的物体上，初始时铁芯恰好位于空心管的中央，运动中铁芯始终有一端在副线圈中。在ab端输入有效值为 $U_{1}$ 的正弦式交变电压，cd端输出电压的有效值记为 $U_{2}$ ，则（）

A、铁芯从中央位置开始向上移动时， $U_{2}$ 增加 B、铁芯从中央位置开始的移动量越大， $U_{2}$ 越小 C、铁芯向上移动一定距离后，若增大 $U_{1}$ ， $U_{2}$ 会减小 D、可变差动变压器无法反映物体的运动方向

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二、多项选择题

13.
自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压．图乙为霍尔元件的工作原理图．当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差．下列说法正确的是（）

A、根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 B、自行车的车速越大，霍尔电势差越高 C、图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的 D、如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小

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14. 图甲是氯化锂湿敏电阻原理示意图，当空气湿度升高时，其电阻率变大。某同学设计图乙的电路来监测空气湿度变化，其中 $R_{H}$ 是氯化锂湿敏电阻， $R_{0}$ 是定值电阻，在环境温度一定时，闭合开关，以下说法正确的是（　　）

A、空气湿度越高， $R_{H}$ 阻值越小 B、空气湿度越低，电路中电流越大 C、空气湿度越高，电压表的示数越大 D、空气湿度越低，电源两端电压越大

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15. 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，如图所示，光滑小球夹在压敏电阻与挡板之间。小车在水平面上静止时，电流表示数为 $I_{0}$ ，小车运动状态变化会引起电流表示数变化。某次实验中，电流表示数变化如图所示，下列判断正确的是（　　）

A、在 $0 ~ t_{1}$ 时间内可能做匀速运动 B、在 $t_{1} ~ t_{2}$ 时间内做变速运动 C、在 $t_{2} ~ t_{3}$ 内肯定静止 D、在 $t_{3} ~ t_{4}$ 内压敏电阻所受压力减小

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16. 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。校园艺术节上有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示， $0 \sim t_{1}$ 时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是（　　）

A、小车速度越大，电流表示数越大 B、在 $t_{1}$ 到 $t_{2}$ 时间内，小车做匀加速直线运动 C、该装置不适宜判断小车向右减速的运动状态 D、在 $t_{2}$ 到 $t_{3}$ 时间内，小车做匀加速直线运动

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17. 下列关于四幅图的说法正确的有（）

A、图甲中的两位摇绳的同学沿东西方向站立摇着柔软的导线绳，闭合的导线绳中将会产生方向变化的电流 B、图乙是法拉第圆盘发电机模型。导电圆盘按如图方向转动，C点的电势高于D点的电势 C、图丙是动圈式扬声器的结构示意图，这样的扬声器也能当话筒使。 D、图丁是磁电式电表。线圈常用铝框做骨架，当线圈中有电流时，铝框随着线圈转动，而产生感应电流，铝框将受到安培力的作用而加速线圈的转动使指针能够迅速指到位

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三、非选择题

18. 传感器可以感受光强、温度、力、磁感应强度等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。

(1)、热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中，在图甲中，热敏电阻的阻值随温度变化对应的图线是（选填“1”或“2”）线。

(2)、利用压敏电阻制作的传感器，可用于设计制作“车辆闯红灯违规记录仪”，仪器主要由控制电路和工作电路组成，如图乙所示，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开。将控制电路中的压敏电阻埋在路面停止线前侧，压敏电阻阻值随压力的变化如图丙所示。控制电路中电源的电动势为 $9 V$ ，内阻为 $1 Ω$ ，继电器线圈电阻为 $9 Ω$ ，滑动变阻器连入电路的电阻为 $50 Ω$ ；当控制电路中的电流大于 $0.06 A$ 时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。

①当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表 $A$ 的示数会变（选填“小”或“大”）。

②只有车辆对压敏电阻的压力超过 $N$ 后，车辆闯红灯时才会被拍照记录。

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19. 我国《道路交通安全法》规定驾驶员的血液酒精含量达到20mg/m³（含 20mg/m³）属于酒驾，达到80mg/m³（含80mg/m³）属于醉驾。只要酒驾就属于违法行为，可能被处以行政拘留或者罚款，如果醉驾，就要追究刑事责任。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所示是该测试仪的原理图，图中电源电动势为4.8V，内阻可忽略不计；电压表V的量程为5V，内阻很大；定值电阻R₁的阻值为 60Ω；实验测得酒精气体传感器R₂的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。（计算结果均保留2位有效数字）。

(1)、当 $R_{2} = 40 Ω$ 时，该血液中酒精含量属于（选填“酒驾”或“醉驾”）。

(2)、按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为V处；刚好醉驾时应刻在电压刻度线为V处；该酒精浓度表刻度（选填“均匀”或“不均匀”）。

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20. “围炉煮茶”是近几年广受追捧的休闲项目，曾有媒体报道了多起围炉煮茶时的一氧化碳中毒事故。某学习小组想设计一款“一氧化碳报警器”，经查阅资料，发现当人体所处环境中的一氧化碳浓度超过 $60 n g / m^{3}$ 时，便容易发生一氧化碳中毒。该小组同学购买了一款气敏电阻，其产品说明书中提供了该气敏电阻的阻值 $R_{q}$ 随一氧化碳浓度 $η$ 变化的关系图像，如图所示。

(1)、该小组同学将一量程为“0~6V”的理想电压表的表盘上“0~1V”的区域涂成红色，并将其和气敏电阻 $R_{q}$ 、直流电源（电动势 $E = 4 V$ ，内阻不计）、调好阻值的电阻箱R、开关S一起按照图2所示电路连接起来，然后将整个电路置于密闭容器中，缓慢充入一氧化碳气体。
①随着一氧化碳浓度的增加，电压表的示数逐渐（选填“增大”“减小”）；
②当一氧化碳浓度为 $60 m g / m^{3}$ 时，电压表指针恰好指到表盘红色区的右边缘（即1V处），则调好的电阻箱R的阻值为 $Ω$ （保留三位有效数字）；
③若要使一氧化碳浓度更低时，电压表指针就指到红色区，应将电阻箱R的阻值适当（选填“调大”“调小”）。

(2)、为了使报警效果更好，该小组同学去掉了电压表，改用绿色灯泡指示灯L、蜂鸣报警器和光控开关P，并设计了如图所示电路（其中气敏电阻 $R_{q}$ 和电阻箱R未画出）。已知灯泡L电阻为 $15 Ω$ ，当其两端的电压达到1.0V及以上时才会发光，光控开关P正对灯泡L，有光照时开关断开，无光照时开关接通。要实现“当一氧化碳浓度小于 $60 m g / m^{3}$ 时灯泡L亮，当一氧化碳浓度达到 $60 m g / m^{3}$ 及以上时灯泡L灭、蜂鸣器报警”的功能：
①请补全图中所示电路图；
②电阻箱R的阻值应调为 $Ω$ （保留三位有效数字）。

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21. 某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端。当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x₀；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x ，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。

(1)、逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x。作出 $F - x$ 图像如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k=N/m。

(2)、将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示（两根弹簧）。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为 $m = a k - \frac{b k}{I}$ （a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数），则滑动变阻器R的长度L= ，电源电动势E=。（保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R₀ ，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g）

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22. 学习了传感器之后，某物理兴趣小组找到了一个热敏电阻R，想利用热敏电阻的阻值随温度升高而减小的特点来制作一个简易的温度计。兴趣小组查到了该热敏电阻的阻值随温度变化的一些信息如图甲所示。他们准备的实验器材如下：干电池（电动势为1.5V，内阻不计），毫安表（量程为15mA、内阻 $R_{A}$ 为5Ω），滑动变阻器 $R_{1}$ ，开关、导线若干。
（1）根据图甲，当温度 $t = 40 ℃$ ，热敏电阻的阻值为Ω；
（2）若直接将干电池、开关、毫安表、热敏电阻R串接成一个电路如题图乙所示，作为测温装置，则该电路能测得的最高温度为℃；
（3）现在该兴趣小组想让测温范围大一些，使该电路能测得的最高温度为100℃，他们又设计了如图丙所示的电路图，请同学们帮他们完善下列实验步骤中空白处的内容；
a.将该热敏电阻R做防水处理后放入100℃的沸水中，一段时间后闭合开关，调节滑动变阻器 $R_{1}$ ，使毫安表指针满偏；
b.保持滑动变阻器 $R_{1}$ 接入电路的电阻不变，他们在实验室中找来了一杯水，把热敏电阻R放入水中，一段时间后闭合开关，发现毫安表的示数为12.0mA，则测得水的温度为℃；
c.毫安表的电流值I（单位：A）和温度t（单位：℃）的关系式为；
d.根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值。

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23. 传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用。例如温度传感器，可将温度转换为电信号。制作温度传感器的材料有热敏电阻和金属热电阻两种。

(1)、某研究性学习小组为探究这两种电阻特性而进行了如下实验，分若干次向烧杯中倒入开水，测量不同温度下两种电阻的阻值，根据实验数据描绘出它们的阻值R随温度t变化的图像如图甲所示，由图可知，热敏电阻在温度上升时导电能力（选填“增强”或“减弱”）；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更（选填“敏感”或“不敏感”）；

(2)、该小组利用热敏电阻 $R_{1}$ 作为传感器制作的简单自动报警器线路图如图乙所示，则：
①为了使温度过高时报警器铃响， $c$ 应接在（选填“a”或“b”）；
②若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片Р点向（选填“左”或“右”）移动；
③直流电源 $E_{1}$ 电动势为18V（内阻不计），热敏电阻 $R_{1}$ 达到100℃电阻大小为600Ω。流过热敏电阻 $R_{1}$ 的电流超过 $I_{c}$ 时就会报警， $I_{c}$ 为10mA，则滑动变阻器应选择。（填正确选项前的字母）
A． $R_{2} (0 ~ 200 Ω)$ B． $R_{2} (0 ~ 1000 Ω)$ C． $R_{2} (0 ~ 2000 Ω)$

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24. 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 $(0 ~ 20 V)$ 、数字电流表 $(0 ~ 20 m A)$ 、滑动变阻器R（最大阻值 $50 Ω, 1.5 A$ ）、白炽灯、可调电阻 $R_{1} (0 ~ 50 k Ω)$ 、发光二极管LED、光敏电阻 $R_{G}$ 、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“ $\times 10 k$ ”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 $L_{1} 、 L_{2}$ 和 $L_{3}$ 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”）。
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 $R_{1}$ 的阻值，直至发光二极管发光。

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25. 小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示（虚线框内的连接没有画出）。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U₁=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R₀=30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。

(1)、由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 $Ω$ 。

(2)、由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将，继电器的磁性将（均选填“增大”、“减小”或“不变”）。

(3)、图甲中警铃的接线柱D应与接线柱相连。（选填“A”或“B”）。

(4)、请计算说明，环境温度在大于等于范围内时，警铃报警。

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26. 1911年荷兰物理学家昂纳斯首次发现当温度降到 $4.2 K$ 时，汞的电阻突然降到零。此后，科学家们持续开展超导研究，不断提升超导材料的转变温度。2023年3月 $《 N a t u r e 》$ 杂志发表了美国罗切斯特大学研究团队的成果，他们宣布在 $1 G P$ （1万大气压）下实现了 $L u - N - H$ 材料近室温超导转变，随后我国研究人员也在 $《 N a t u r e 》$ 杂志上发文，否定了 $L u - N - H$ 的高压室温超导的结论。室温超导一旦实现，将会引起一场新的科技革命，推动人类文明的进步。超导体在临界温度下会进入超导态，表现出零电阻、完全抗磁性等性质。

(1)、一般通过超导材料的电阻—温度关系确定超导体的临界温度。本题图是某种超导材料的电阻—温度曲线。通常把将样品电阻降至 $\frac{R_{n}}{2}$ 时的温度定义为超导转变临界温度 $T_{c} 。 R_{n}$ 是超导转变开始时样品的正常态电阻，如本题图a所示。本题图b是一种材料的升降温 $R - T$ 曲线（升降温速率 $4 K / m i n$ ），本题图c是其局部放大曲线。请在本题图c上用上、下箭头标注对应的升、降温测量曲线，并选择升温的电阻—温度曲线，确定该材料的超导转变临界温度 $T_{c}$ 。

(2)、本题图是超导体处于超导态 $(77 K)$ 的 $I - V$ 曲线。进入超导态后，超导体可承受的电流是否有上限____

A、有上限； B、无上限

(3)、测量超导材料的电阻—温度曲线时温度变化范围大，常采用热电偶测温。
热电偶测温的工作原理如下：金属导线 $A$ 和 $B$ 的一端焊在一起用作测温端。它们的另一端各与同种材料 $C$ 的两根导线连接，并将连接点放入温度已知的恒温槽里，用作参考端。用高精度电压表或电位差计从 $C$ 材料导线的两个引出端即可测量热电偶由下式表示的温差电动势： $ε_{A B} = α_{A B} (T - T_{0})$ ，式中 $α_{A B}$ 是塞贝克系数，由材料组分决定， $T$ 是测温端温度， $T_{0}$ 是参考端温度。实验室常用的低温热电偶是 $T$ 型热电偶，由铜和铜镍合金两种材料组成。根据事先标定好的数据，由温差电动势可以获得待测端温度。

(4)、在实验过程中，测温端经常会断开，是否可以使用电烙铁及焊锡将两端焊在一起进行汞的超导转变温度测量____

A、可以； B、不可以。

(5)、厂家一般提供的是基于参考端为 $0 ℃$ 的热电偶的温差电势—温度转换表，实际应用时，参考端一般浸入冰水混合物。如果在高、低海拔地区分别用该热电偶测量同样的温度，测量误差哪个大____

A、高海拔地区； B、低海拔地区

(6)、参考端的温度还可用测量精度高但范围窄的热敏电阻温度计进行测量。本题图是一种热敏电阻的伏安曲线，选用该电阻制作的温度计，应该让其工作在什么电流区间？本题图b是该热敏电阻的电阻—温度特性曲线，该热敏电阻具有下列哪些特点____

A、正电阻温度系数； B、负电阻温度系数； C、低温区对温度灵敏； D、高温区对温度灵敏

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