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第42讲　传感器及其工作原理
　考情 剖析　
(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)
考查内容 考纲要求及变化 考查年份 考查形式 考查详情 考试层级 命题难度
传感器 Ⅰ 11年 多选 考查对物理元件传感器的认识 非重点 A
小结及预测 1.小结：传感器以选择题的形式进行考查，侧重考查对传感器的认识．2．预测：仅在11年考查过1次，预测14年考查的可能性不大．3．复习建议：复习时注意掌握传感器特点的认识.
知识 整合　
一、传感器是这样一种元件
它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成 ( http: / / www.21cnjy.com )分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为__________、__________等电学量，或转化为__________．
二、常见传感器
1．热敏电阻的阻值随温度升高而__________，与金属热电阻的特性相反．
2．光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照越强，阻值__________．
3．霍尔元件能够把__________这个磁学量转换为__________这个电学量，霍尔电压UH＝__________.
一、研究热敏电阻的热敏特性
(1)按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；
(2)把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；
(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录；
(5)根据记录的数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性；
次数待测量
温度(℃ )
电阻 (Ω )
(6)在如图所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线；
(7)根据实验数据和R－t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大．
二、研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光电传感器，多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；
(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录；
(5)把记录的结果填入表中，根据记录的数据分析光敏电阻的特性：
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值(Ω)
　　(6)得出结论：光敏电阻被光照射时阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．
三、霍尔元件
霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量的元件．
霍尔效应的原理：外部磁场使运 ( http: / / www.21cnjy.com )动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压．
1．热敏电阻的特点及其应用
金属电阻的阻值随温度的升高而增大，也叫正温度系数热敏电阻；半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，也叫做负温度系数热敏电阻．
【典型例题1】
温度传感器广泛应用于室内空 ( http: / / www.21cnjy.com )调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的，如图甲中，电源的电动势E＝0.9 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA，
(1)则电流表G的内阻Rg＝__________Ω
(2)当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是__________℃.
温馨提示作答此题时应充分了解温度传感器的特性和U－I图象的各种变形图象，通过读取图象中信息，得到所需条件，计算解得结果．
记录空间
【变式训练1】
如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆” ( http: / / www.21cnjy.com )挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向__________(填“左”或“右”)偏转；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向__________(填“左”或“右”)偏转．
2．光敏电阻的特点及应用
光敏电阻由半导体材料做成，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好．
【典型例题2】
如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A .电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
温馨提示作答此题时应熟知光敏电阻的性质，并正确分析电路的连接方式，从而得出正确的结果．
记录空间
随堂 演练　
1．关于传感器的下列说法正确的是(　　)
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
2．关于光敏电阻，下列说法正确的是(　　)
A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好
C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好
3．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是(　　)
第3题图
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
4．电容式的话筒的保真度比动圈式话筒好，其工 ( http: / / www.21cnjy.com )作原理如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，当膜片向右运动的过程中有(　　)
第4题图
A．电容变大
B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流
D．导线AB中有向右的电流
5．(11年江苏调研)在探究超重和失重规律时 ( http: / / www.21cnjy.com )，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作，传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间变化的图象，则下列图象中可能正确的是(　　)
6．如图所示，有电流I流过长 ( http: / / www.21cnjy.com )方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高，电势差是多少．
第6题图
第42讲　传感器及其
工作原理
知识整合
基础自测
一、电压　电流　电路的通断
二、1.减小　2.越小　3.磁感应强度　电压　kBI/d
重点阐述
【典型例题1】 温度传感器广泛应 ( http: / / www.21cnjy.com )用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的，如图甲中，电源的电动势E＝0.9 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA，
　(1)则电流表G的内阻Rg＝__________Ω
　(2)当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是__________℃.
【答案】　(1)500　(2)120　【解析】 (1)从图(乙)查得t＝20℃时，R的阻值为4kΩ，由E＝I1(R＋Rg)得：
Rg＝－R＝ kΩ－4kΩ＝0.5kΩ
(2)设当I2＝3.6mA时，热敏电阻的阻值为R′，则
R′＝－Rg＝ kΩ－0.5kΩ＝2.0kΩ
从图中查得此时对应的温度为t2＝120℃.
变式训练1　左　右　【解析】 若往Rt上擦 ( http: / / www.21cnjy.com )一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏．
【典型例题2】 如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A .电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
【答案】　ABC　【解析】 由光敏电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )的特性可知，光强度增大时，电阻减小．由电路图可知，当R3减小时，电路总电阻减小，干路电流增大，由U1＝IR1, Ur＝Ir，可知A正确，D错误．由于R2两端电压减小，故电流减小，B正确．干路电流增大，R2支路电流减小，所以流经L的电流变大，功率增大，C正确，故选ABC.
随堂演练
　1.B　【解析】 半导体材料可以 ( http: / / www.21cnjy.com )制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确，传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．
　2.ABD　【解析】 本题考查光敏电阻的特性，ABD正确．
　3.ABD　【解析】 双金属片 ( http: / / www.21cnjy.com )上层金属的膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热(题图螺旋状部分)，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触接通电路．调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高，上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制．
　4.AC　【解析】 膜片右移时，由于板间距离d变小，由C＝知，A对；由Q＝CU知，C对，D错．
　5.D　【解析】 该同学完成一次下蹲动作的过程中，先失重后超重，由牛顿第二定律和牛顿第三定律可知，选D.
　6.下表面电势高　电势差为BI/neb
　【解析】　因为自由电荷为电子，故由左 ( http: / / www.21cnjy.com )手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即qU/d＝qvB
　又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd
　故U＝BI/neb.课时作业(四十二)　传感器及其工作原理
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．(10年江苏模拟)下列关于传感器说法中正确的是(　　)
A．霍尔元件能够把电学量转化为磁学量
B．干簧管是一种能够感知电场的传感器
C．电子秤应用的是光传感器
D．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
2．利用半导体材料可制成哪些电子元件(　　)
A．热敏电阻 B．光敏电阻
C．晶体管 D．标准电阻
3．关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
4．如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，则(　　)
　第4题图
A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．R3的电阻变小，a点电势等于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
5．关于传感器的作用，下列说法正确的有(　　)
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
6．(10年江苏模拟)用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，下列属于这类传感器的是(　　)
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
7．如图所示是一种延时开关，当S1闭合时 ( http: / / www.21cnjy.com )，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通．当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则(　　)
　第7题图
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
8．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图， ( http: / / www.21cnjy.com )其中L为含铁芯的线圈．P为可经O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求．其工作方式是(　　)
第8题图
A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
9．全自动洗衣机中，排水阀是由程序控制器控 ( http: / / www.21cnjy.com )制其动作的，当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2运动，牵引排水阀的活塞，排出污水，牵引电磁铁的结构如图所示，以下说法正确的是(　　)
第9题图
A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中
D．若a、b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中
10．演示位移传感器的工作 ( http: / / www.21cnjy.com )原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x.假设电压表是理想的，则下列说法正确的是(　　)
第10题图
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
11．如图是电容式话筒的示意图，它是利 ( http: / / www.21cnjy.com )用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其他量发生
第11题图
变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容两极板间的(　　)
A．距离变化
B．正对面积变化
C．介质变化
D．电压变化
12．图(a)是某同学设计的电容式 ( http: / / www.21cnjy.com )速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体．在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图(b)所示，那么图(c)、图(d)中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是(　　)
第12题图
A．①和③ B．①和④
C．②和③ D．②和④
13．如图所示是电阻式温度计，一般 ( http: / / www.21cnjy.com )是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度．这实际上是一个传感器，它是将__________转化为__________来进行测量的．
第13题图
　课时作业(四十二)　传感器及其工作原理
　1.D　【解析】 霍尔元件能够把磁学量转 ( http: / / www.21cnjy.com )化为电学量，A错；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，B错；电子秤应用的是压力传感器，C错；正确答案为D.
　2.ABC　【解析】 半导体材料的电阻随外界环境变化较大，不可以用其制成标准电阻．
　3.BD　【解析】 由电子秤传感器原理可知B、D正确．
　4.A　【解析】 用光 ( http: / / www.21cnjy.com )照射光敏电阻时，R3电阻变小，由于R3与R4所分电压之和未变，R3减小，则U3变小，a点电势升高，所以a点电势高于b点电势．A正确．
　5.BC　【解析】 传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C对．
　6.A　【解析】 红 ( http: / / www.21cnjy.com )外报警装置是把光信号转换成电信号的装置；走廊照明灯的声控装置是将声音信号转换成电信号；自动洗衣机中的压力传感器是将力信号转换成电信号；电饭煲中的温控器是将温度信号转化为电信号．
　7.BC　【解析】 当S1断开时， ( http: / / www.21cnjy.com )通过电磁铁的磁通量减小，但由于线圈B的存在，根据楞次定律，它将阻碍磁通量的减小，从而产生延时释放D的作用．如果断开S2，则不会再有延时作用．
　8.A　【解析】 本题考查电磁继电 ( http: / / www.21cnjy.com )器的工作原理，由图可知，当A、 B接入电路有电流后，通电线圈产生磁性，将P吸引，通过S使C、 D连接，故A、B应接信号电压，C与D应跟被控电路串联，A正确．
　9.BD　【解析】 根据磁化现象和同名磁极相斥，异名磁极相吸原理判断B、D正确．
　10.B　【解析】 M运动时， ( http: / / www.21cnjy.com )滑片P左边的电阻大小发生变化，从而分得的电压发生变化，电压表示数变化，B正确；电路中电流是恒定的，I＝，A错；M不动时，电路中有电流，且电压表有示数，C、D错．
　11.A　【解析】 人对着话筒说话时，使得振动膜前后振动，电容器两极板间距离发生变化，电容发生变化，A正确．
　12.C　【解析】 由C＝　①，C＝　②，E＝　③，可得： E＝.因为为定值，所以E正比于Q，所以图(c)中②正确．由①②③式可得： Q＝＝，令d＝t＋a，则d与t呈线性关系，故图(d)中③正确，故选C.
　13.热学量　电学量　【解析】 本题考查热敏电阻的特性，热敏电阻随温度变化较大，进而引起电路中各量的变化，即将热学量转化为电学量．

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