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第5章　传感器及其应用
第1节　常见传感器的工作原理
(分值：60分)
1~8题每题4分，共32分
考点一　初识传感器
1.(2023·锦州市渤海大学附属高中月考)关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A.金属材料不可以制成传感器
B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
2.(2023·徐州市期末)现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕，实现这一功能可能用到的传感器为(　　)
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
3.(多选)(2023·宁德市高二期末)关于传感器在生产生活中的实际应用，下列说法正确的是(　　)
A.电梯超载时发出警报，这是力传感器的应用
B.智能手机利用指纹解锁，这是磁传感器的应用
C.室外智能路灯白天自动熄灭，这是位移传感器的应用
D.红外测温枪测量人体温度，这是红外线传感器的应用
考点二　敏感元件
4.(2023·广州市第一中学期中)如图所示，以下器具均应用了传感器，下列说法正确的是(　　)
A.话筒应用了热传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B.电子秤所使用的测力装置是光敏电阻传感器
C.烟雾散射火灾报警器应用了声传感器
D.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
5.(多选)如图所示的温控电路中，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，阻值越小)，C为电容器，电源内阻不可忽略。当环境温度降低时，下列说法正确的是(　　)
A.半导体热敏电阻R2的阻值变大
B.电压表的读数增大
C.电容器C的带电荷量增大
D.R1消耗的功率变大
6.(多选)(2023·龙岩市高二期中)如图甲所示，某跳床俱乐部通过压力传感器获取运动员的运动数据，其工作电路如图乙所示。图乙中电源电动势恒定，内阻可忽略不计，R1为定值电阻，R为压力传感器，其阻值随压力的增大而减小，电压表和电流表均为理想电表。从运动员接触蹦床、挤压蹦床到离开蹦床的过程中，下列说法正确的是(　　)
A.电流表的示数先增大后减小
B.电压表的示数先增大后减小
C.电压表与电流表示数的比值先增大后减小
D.电路消耗的总功率先增大后减小
7.(多选)(2023·吕梁市江阴中学月考)热敏电阻与光敏电阻在生活中有很多应用，如图为一个智慧农场利用热敏电阻与光敏电阻感应大棚内温度与光照强度变化的简单电路原理图，RT为负温度系数热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，R1为光敏电阻(阻值随光照强度升高而减小)，R2和R3均为定值电阻，电源电压保持不变，V为理想电压表。若发现电压表的示数增大，可能发生的情况是(　　)
A.大棚内温度升高
B.大棚内温度降低
C.大棚内光照强度增强
D.大棚内光照强度减弱
8.(多选)(2024·南阳市第一中学高二开学考试)如图所示，载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是(　　)
A.通过霍尔元件的磁场方向向下
B.接线端2的电势低于接线端4的电势
C.同时将电源E1、E2反向，电压表的示数将相反
D.若适当减小R1、增大R2，则电压表示数一定增大
9~11题每题6分，共18分
9.(多选)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是(　　)
A.温度不变，光照增强
B.温度升高，光照不变
C.温度降低，光照增强
D.温度升高，光照减弱
10.(多选)如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1，接线柱a、b接一正弦式交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(电阻值随温度升高而减小)，R1为一定值电阻，电表均为理想电表。下列说法中正确的是(　　)
A.电压表V1示数为22 V
B.输入电压瞬时值表达式为u=220sin 100πt V
C.当R2所在处出现火情时，电流表A的示数变小
D.当R2所在处出现火情时，电压表V2的示数变大
11.有一种测量物体重力的电子秤，其电路原理如图中的虚线部分所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻)、显示物体重力的仪表G(实际上是电流表)。不计踏板的质量，已知电流表的量程为0~2 A，内阻为Rg=1 Ω，电源电动势为E=12 V，内阻为r=1 Ω，电阻R随物体重力G变化的数学关系式为R=30-0.01G(G和R的单位分别为N和Ω)。下列说法正确的是(　　)
A.该秤能测量的最大物重是3 000 N
B.该秤的零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的0.375 A处
C.该秤显示重力的刻度是均匀标注的
D.该秤显示的重力G与通过电路中的电流I满足数学关系式G=3 200+
12.(10分)(2023·太原师范学院附属中学高二阶段练习)某实验小组为改装一电子秤，选用器材如下：电动势为3 V的电源(内阻不计)、量程为0~3 V的理想电压表、阻值为5 Ω的定值电阻R0、阻值随长度均匀变化的电阻丝R(长度为0.05 m，总阻值为25 Ω)、轻弹簧(电阻不计)、托盘、开关、导线等，实验原理如图甲所示；电阻丝的滑动端与轻弹簧上端相连，当托盘中没有放重物时，滑动触头恰好指在电阻丝的最上端，此时电压表示数为零，g取10 m/s2。
(1)(2分)图甲中，定值电阻R0的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　；
(2)(4分)弹簧所受弹力F与其形变量ΔL的关系如图乙所示，该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m；若按图甲进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m成　　　　(选填“正比”或“反比”)关系；
(3)(2分)某同学利用相同的器材提出另一实验方案，如图丙所示，若按此方案进行实验，则U与被测重物质量m的关系式为　　　　　　　(用m表示)；
(4)(2分)对比甲与丙两种方案，你觉得哪个方案更优，并说出你的理由：　　　　　　　　　　　　　。
答案精析
1.D　［传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；传感器的种类很多，不一定都是通过感知电压的变化来传递信号的，故C错误；话筒是通过声波的振动，改变电容或电流的大小，从而将声信号转换为电信号的，故D正确。］
2.A　［当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，B、C、D错误。］
3.AD　［电梯超载时发出警报，表明压力超过临界值，这是力传感器的应用，A正确；智能手机利用指纹解锁有电容、光学和超声波三种解决方案，B错误；室外智能路灯白天自动熄灭，这是光传感器的应用，C错误；红外测温枪测量人体温度，测温枪能感知人体发出的红外线，这是红外线传感器的应用，D正确。］
4.D　［话筒是一种声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，A错误；电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量，B错误；烟雾散射火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的，所以该报警器利用的传感器是光传感器，C错误；电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，通过双金属片传感器控制电路的通断，D正确。］
5.ABC　［根据题意可知R2为热敏电阻，温度越低，阻值越大，故A正确；当环境温度降低时R2阻值增大，外电路总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律分析得知，干路电流I减小，路端电压U=E-Ir，E、r不变，则U增大，电压表的读数增大，电容器两端的电压UC=E-I(r+R1)，E、r、R1均不变，I减小，UC增大，电容器C的带电荷量增大，故B、C正确；R1消耗的功率P=I2R1，I减小，R1不变，则P减小，故D错误。］
6.AD　［从运动员接触蹦床、挤压蹦床到离开蹦床的过程中，压力传感器受到的压力先增大后减小，压力传感器的阻值先减小后增大，根据闭合电路欧姆定律可知，电路电流先增大后减小，即电流表的示数先增大后减小；定值电阻R1两端电压先增大后减小，则电压表的示数先减小后增大，故A正确，B错误；根据欧姆定律可得R=，由于压力传感器的阻值先减小后增大，可知电压表与电流表示数的比值先减小后增大，故C错误；根据P总=EI，由于电路电流先增大后减小，可知电路消耗的总功率先增大后减小，故D正确。］
7.AD　［大棚内温度升高，RT阻值减小，根据串反并同可知与它串联的R3两端的电压增大，电压表示数增大，故A正确；大棚内温度降低，RT阻值增大，根据串反并同可知与它串联的R3两端的电压减小，电压表示数减小，故B错误；大棚内光照强度增强，R1阻值减小，根据串反并同可知与它并联的R3两端电压减小，电压表示数减小，故C错误；大棚内光照强度减弱，R1阻值增大，根据串反并同可知与它并联的R3两端电压增大，电压表示数增大，故D正确。］
8.AB　［由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上，经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下，故A正确；通过霍尔元件的磁场方向向下，由左手定则可知，霍尔元件中导电物质受到的洛伦兹力向右，导电物质偏向接线端2，导电物质为电子，则接线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确；仅将电源E1、E2反向接入电路，磁场反向，电流反向，霍尔元件中导电物质受到的洛伦兹力不变，电压表的示数不变，故C错误；若适当减小R1，电流产生的磁场增强，通过霍尔元件的磁场增强，增大R2，流过霍尔元件的电流减弱，霍尔元件产生的霍尔电压UH=k，可能减小，电压表示数可能减小，故D错误。］
9.AC　［由题图可知，当光敏电阻阻值减小或负温度系数热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，故光照增强或温度降低均可使小灯泡变暗，A项正确，B项错误；若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L会变得更暗，即光照增强的同时温度降低可以引起小灯泡变暗，C项正确，D项错误。］
10.AB　［由题图乙可知，输入的电压有效值为220 V，变压器的电压比等于匝数比，由此可得副线圈的电压为U2=U1=×220 V=22 V，所以电压表V1示数为22 V，故A正确；由题图乙可知，周期为0.02 s，ω== rad/s=100π rad/s，所以输入电压瞬时值表达式为u=220sin 100πt V，故B正确；当出现火情时，温度升高，R2电阻值减小，副线圈的电流变大，所以原线圈电流即电流表A的示数变大，R1两端的电压增大，由于副线圈的总电压不变，所以R2两端的电压即电压表V2的示数变小，故C、D错误。］
11.B　［由电阻R随物体重力G变化的数学关系式R=30-0.01G可知，物体重力越大，电阻越小，电路中的电流越大，当电流表的示数为2 A时，电阻R=(-1-1) Ω=4 Ω，此时G= N=2 600 N，故该秤能测量的最大物重是2 600 N，A错误；当物体重力为零时，压力传感器的电阻R=30 Ω，电路中的电流I== A=0.375 A，B正确；因E=I(R+r+Rg)，R=30-0.01G，所以G与I的数学关系式为G=3 200-，可知该秤显示重力的刻度不是均匀标注的，C、D错误。］
12.(1)防止出现短路，保护电源
(2)10 000　正比　(3)U=　(4)甲方案更优，因为电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀标示出来
解析　(1)定值电阻R0的主要作用是：防止电路出现短路，避免电路中电流过大，烧坏电源，从而起到保护电源的作用；
(2)由图像可得，弹簧的劲度系数
k==10 000 N/m
对于题图甲，设电阻丝的总长度为L，当托盘中放入质量为m的重物时，此时有F=kΔL=mg，
则ΔL=
则电压表的示数为U=·R=·
=m=m
故电压表示数U与被测重物质量m成正比关系；
(3)若按题图丙方案进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m的关系式为U=·Rx
Rx=R=m
联立可得U=
(4)对比甲与丙两种方案，显然甲方案更优，因为甲方案中电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀标示出来。第1节　常见传感器的工作原理
［学习目标］　1.知道什么是传感器及其工作原理(重点)。2.熟悉常见的敏感元件在生产生活中的应用(重难点)。
一、初识传感器
干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，将它接入如图乙所示的电路，当条形磁体靠近干簧管时：
(1)会发生什么现象，为什么？
(2)干簧管的作用是什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.传感器
能感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成　　　　　　　　(主要是电信号)的器件或装置，我们称之为传感器。
2.传感器的工作原理
传感器主要由　　　　　　　　和　　　　　　　　组成(如图)。　　　　元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的　　　　。　　　　元件将敏感元件输出的　　　　信号转换为便于显示、记录、处理和控制的　　　　　　。
3.传感器的作用
传感器通常应用于自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，同时将不便于仪表显示和用于自动控制的　　　　　　　　(如压力、位移、流量、温度、浓度等)转化为便于仪表显示和用于自动控制的　　　　　　(如电压、电流、电阻等)。
4.处理传感器问题的两点注意
(1)传感器是以一定的精度和规律把被测的量转换为与之有确定关系的、便于测量的量的一种装置，在处理实际问题时注意被测量与测量量之间的关系。
(2)传感器一般是把被测量转换成电学量，因此往往与电子元件一起构成回路，应注意电路分析。
例1　(多选)关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A.麦克风工作时，将感受到的声音信号转换成电信号
B.电子秤工作时，将感受到的压力信号转换为电信号
C.烟雾传感器工作时，将感受到的烟雾浓度信号转换为电信号，实现自动报警
D.声控灯工作时，将感受到的声音信号转换为电能给灯泡供电
例2　许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是(　　)
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光照强度
C.该传感器能够测量的物理量是光照强度和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
二、敏感元件
1.光敏元件
(1)　　　　　　　　是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器中。
(2)光敏电阻是用金属硫化物等　　　　　材料制成的。当光照射到这些半导体物质上时，会激发半导体内部受束缚的电子，其电阻值就会发生改变。光照　　　　，被激发的电子数就越多，电阻值就　　　　。
2.热敏元件
(1)　　　　　　　　是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器中。
(2)NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　，因此又称为　　　　温度系数热敏电阻。还有一种PTC热敏电阻，它的阻值随温度的升高而　　　　，称为　　　　温度系数热敏电阻。热敏电阻是一种　　　　　　　极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快。利用热敏电阻制成的　　　　　　　　，能很快测出体温；家用电器(如电脑、空调、电冰箱等)的温度传感器使用的也主要是　　　　　　　　。热敏电阻是利用　　　　　　的电阻会随温度的变化而改变的特性制成的。
3.磁敏元件
(1)　　　　　　　　是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中。
(2)一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两个是霍尔元件的电流I的输入、输出端，另两个是霍尔电压的输出端。在其垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，将在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差为UH的霍尔电压(如图)。这几个物理量的关系为UH=k。式中，d为霍尔元件厚度，k为与材料有关的霍尔系数。对于一个给定的霍尔元件，当电流I固定时，UH完全取决于　　　　　　　　　　　　。
1.某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表接入如图所示的电路中。热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小。
(1)闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
(2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？
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2.如图所示，设MN方向长度为l2，薄片厚度为d，霍尔元件中的载流子为负电荷。求其稳定电压UH。
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例3　(2024·厦门市第三中学高二期末)某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列判断正确的是(　　)
A.A灯变亮，B灯变暗
B.电源的效率变大
C.电源内阻消耗的功率变大
D.R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
例4　(2023·天津市高二期末)如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)
A.I变大，U变大 B.I变大，U变小
C.I变小，U变大 D.I变小，U变小
例5　(2024·南阳市第一中学高二月考)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷。则下列说法正确的是(　　)
A.该元件能把电学量转换为磁学量
B.左表面的电势高于右表面
C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
答案精析
一、
(1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
梳理与总结
1.可用输出信号
2.敏感元件　转换元件　敏感
信号　转换　物理　电信号
3.非电学量　电学量
例1　ABC　［麦克风工作时将声音信号转换为电信号，电子秤工作时将受到的物体的压力大小的信号转换为电信号，烟雾传感器工作时将感受到的环境中的烟雾浓度信号转换为电信号，实现自动报警，选项A、B、C正确；声控灯工作时利用声控开关控制电路的通断，将声音信号转换为电信号，并不是给灯泡供电，选项D错误。］
例2　C　［楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光照强度和声音，C正确。］
二、
1.(1)光敏电阻　(2)半导体　越强　越小
2.(1)热敏电阻　(2)减小　负　增大
正　灵敏度　电子体温计　热敏电阻　半导体
3.(1)霍尔元件　(2)磁感应强度B
思考与讨论
1.(1)温度升高时，热敏电阻的阻值减小，电路中的电流变大，所以电流表的示数变大。
(2)温度降低时，热敏电阻的阻值增大，电路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
2.当定向运动的负电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，有q=qvB。根据电流的微观表达式有I=nqSv，整理后得UH=。
令k=，则UH=k。
例3　B　［光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大，A灯变亮；支路R0上的电流减小，R0上的电压减小，又因为外电压增大，所以B灯两端电压增大，所以B灯变亮，故A错误；因为外电阻变大，根据η=×100%=×100%=(1-)×100%可知，电源的效率变大，故B正确；因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；对于支路R0，有ΔI0=ΔIB+ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D错误。］
例4　D　［当传感器R2所在处出现火情时，R2阻值变小，R2与R3的并联总电阻减小，外电路的总电阻R减小，由闭合电路欧姆定律可知电路的总电流增大，电源的内电压变大，由U=E-I总r可知路端电压减小，即报警器两端电压U变小，电路中并联部分的电压U并=E-I总(R1+r)，由于I总变大，则可知U并变小，则根据部分电路的欧姆定律可知通过显示器的电流I变小，故选D。］
例5　D　［霍尔元件是把磁学量转换为电学量，A错误；由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则左右表面间无电压产生，C错误；根据qvB=q得U=Bdv，又I=nqSv，联立解得U=，可知保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。］(共59张PPT)
DIWUZHANG
第5章
第1节　常见传感器的工作原理
1.知道什么是传感器及其工作原理(重点)。
2.熟悉常见的敏感元件在生产生活中的应用(重难点)。
学习目标
一、初识传感器
二、敏感元件
课时对点练
内容索引
一
初识传感器
干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内
封入了两个软磁性材料制成的簧片，
将它接入如图乙所示的电路，当条形
磁体靠近干簧管时：
(1)会发生什么现象，为什么？
答案　灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。
(2)干簧管的作用是什么？
答案　干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
1.传感器
能感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成 (主要是电信号)的器件或装置，我们称之为传感器。
2.传感器的工作原理
传感器主要由 和 组成(如图)。 元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的 。 元件将敏感元件输出的 信号转换为便于显示、记录、处理和控制的 。
梳理与总结
可用输出信号
敏感元件
转换元件
敏感
信号
转换
物理
电信号
3.传感器的作用
传感器通常应用于自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，同时将不便于仪表显示和用于自动控制的 (如压力、位移、流量、温度、浓度等)转化为便于仪表显示和用于自动控制的 (如电压、电流、电阻等)。
4.处理传感器问题的两点注意
(1)传感器是以一定的精度和规律把被测的量转换为与之有确定关系的、便于测量的量的一种装置，在处理实际问题时注意被测量与测量量之间的关系。
(2)传感器一般是把被测量转换成电学量，因此往往与电子元件一起构成回路，应注意电路分析。
非电学量
电学量
　(多选)关于传感器，下列说法正确的是
A.麦克风工作时，将感受到的声音信号转换成电信号
B.电子秤工作时，将感受到的压力信号转换为电信号
C.烟雾传感器工作时，将感受到的烟雾浓度信号转换为电信号，实现自
　动报警
D.声控灯工作时，将感受到的声音信号转换为电能给灯泡供电
例1
√
√
√
麦克风工作时将声音信号转换为电信号，电子秤工作时将受到的物体的压力大小的信号转换为电信号，烟雾传感器工作时将感受到的环境中的烟雾浓度信号转换为电信号，实现自动报警，选项A、B、C正确；
声控灯工作时利用声控开关控制电路的通断，将声音信号转换为电信号，并不是给灯泡供电，选项D错误。
　许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光照强度
C.该传感器能够测量的物理量是光照强度和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
例2
√
楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光照强度和声音，C正确。
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二
敏感元件
1.光敏元件
(1) 是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器中。
(2)光敏电阻是用金属硫化物等 材料制成的。当光照射到这些半导体物质上时，会激发半导体内部受束缚的电子，其电阻值就会发生改变。光照 ，被激发的电子数就越多，电阻值就 。
光敏电阻
半导体
越强
越小
2.热敏元件
(1) 是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器中。
(2)NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而 ，因此又称为 温度系数热敏电阻。还有一种PTC热敏电阻，它的阻值随温度的升高而 ，称为 温度系数热敏电阻。热敏电阻是一种 极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快。利用热敏电阻制成的 ，能很快测出体温；家用电器(如电脑、空调、电冰箱等)的温度传感器使用的也主要是 。热敏电阻是利用 的电阻会随温度的变化而改变的特性制成的。
热敏电阻
减小
负
增大
正
灵敏度
电子体温计
热敏电阻
半导体
3.磁敏元件
(1) 是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中。
(2)一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两个是霍尔元件的电流I的输入、输出端，另两个是霍尔电压的输出端。在其垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，将在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差
为UH的霍尔电压(如图)。这几个物理量的关系为UH=
k。式中，d为霍尔元件厚度，k为与材料有关的霍尔
系数。对于一个给定的霍尔元件，当电流I固定时，UH
完全取决于 。
霍尔元件
磁感应强度B
1.某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻
R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表
接入如图所示的电路中。热敏电阻R1的阻值随温度
的升高而减小。
(1)闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
思考与讨论
答案　温度升高时，热敏电阻的阻值减小，电路中的电流变大，所以电流表的示数变大。
(2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如
何变化？
答案　温度降低时，热敏电阻的阻值增大，电路
中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
2.如图所示，设MN方向长度为l2，薄片厚度为d，
霍尔元件中的载流子为负电荷。求其稳定电压UH。
答案　当定向运动的负电荷所受电场力与洛伦兹
力平衡时，有q=qvB。根据电流的微观表达式有I=nqSv，整理后得UH=。
令k=，则UH=k。
　(2024·厦门市第三中学高二期末)某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列判断正确的是
A.A灯变亮，B灯变暗
B.电源的效率变大
C.电源内阻消耗的功率变大
D.R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
例3
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光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大，A灯变亮；支路R0上的电流减小，R0上的电压减小，又因为外电压增
大，所以B灯两端电压增大，所以B灯变亮，故A错误；
因为外电阻变大，根据η=×100%=×100%=(1-)×100%可知，
电源的效率变大，故B正确；
因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；
对于支路R0，有ΔI0=ΔIB+ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D错误。
　(2023·天津市高二期末)如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是
A.I变大，U变大
B.I变大，U变小
C.I变小，U变大
D.I变小，U变小
例4
√
当传感器R2所在处出现火情时，R2阻值变小，R2与R3的并联总电阻减小，外电路的总电阻R减小，由闭合电路欧姆定律可知电路的总电流增大，电源的内电压变大，由U=E-I总r可知路端电压减小，
即报警器两端电压U变小，电路中并联部分的电压U并=E-I总(R1+r)，由于I总变大，则可知U并变小，则根据部分电路的欧姆定律可知通过显示器的电流I变小，故选D。
　(2024·南阳市第一中学高二月考)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷。则下列说法正确的是
A.该元件能把电学量转换为磁学量
B.左表面的电势高于右表面
C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件
　上表面呈水平状态
D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁
　感应强度成正比
例5
√
霍尔元件是把磁学量转换为电学量，A错误；
由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；
如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则左右表面间无电压产生，C错误；
根据qvB=q得U=Bdv，又I=nqSv，联立解得U=，可知保持电流不
变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。
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课时对点练
三
考点一　初识传感器
1.(2023·锦州市渤海大学附属高中月考)关于传感器，下列说法正确的是
A.金属材料不可以制成传感器
B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
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基础对点练
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传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；
传感器的种类很多，不一定都是通过感知电压的变化来传递信号的，故C错误；
话筒是通过声波的振动，改变电容或电流的大小，从而将声信号转换为电信号的，故D正确。
2.(2023·徐州市期末)现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕，实现这一功能可能用到的传感器为
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
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当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确；
当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，B、C、D错误。
3.(多选)(2023·宁德市高二期末)关于传感器在生产生活中的实际应用，下列说法正确的是
A.电梯超载时发出警报，这是力传感器的应用
B.智能手机利用指纹解锁，这是磁传感器的应用
C.室外智能路灯白天自动熄灭，这是位移传感器的应用
D.红外测温枪测量人体温度，这是红外线传感器的应用
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电梯超载时发出警报，表明压力超过临界值，这是力传感器的应用，A正确；
智能手机利用指纹解锁有电容、光学和超声波三种解决方案，B错误；
室外智能路灯白天自动熄灭，这是光传感器的应用，C错误；
红外测温枪测量人体温度，测温枪能感知人体发出的红外线，这是红外线传感器的应用，D正确。
考点二　敏感元件
4.(2023·广州市第一中学期中)如图所示，以下器具均应用了传感器，下列说法正确的是
A.话筒应用了热传感器，其作用
　是将电信号转换为声信号
B.电子秤所使用的测力装置是光敏电阻传感器
C.烟雾散射火灾报警器应用了声传感器
D.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种
　传感器作用是控制电路的通断
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话筒是一种声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，A错误；
电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量，B错误；
烟雾散射火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的，所以该报警器利用的传感器是光传感器，C错误；
电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，通过双金属片传感器控制电路的通断，D正确。
5.(多选)如图所示的温控电路中，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，阻值越小)，C为电容器，电源内阻不可忽略。当环境温度降低时，下列说法正确的是
A.半导体热敏电阻R2的阻值变大
B.电压表的读数增大
C.电容器C的带电荷量增大
D.R1消耗的功率变大
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根据题意可知R2为热敏电阻，温度越低，阻值越大，故A正确；
当环境温度降低时R2阻值增大，外电路总电阻
增大，根据闭合电路欧姆定律分析得知，干路电流I减小，路端电压U=E-Ir，E、r不变，则U增大，电压表的读数增大，电容器两端的电压UC=E-I(r+R1)，E、r、R1均不变，I减小，UC增大，电容器C的带电荷量增大，故B、C正确；
R1消耗的功率P=I2R1，I减小，R1不变，则P减小，故D错误。
6.(多选)(2023·龙岩市高二期中)如图甲所示，某跳床俱乐部通过压力传感器获取运动员的运动数据，其工作电路如图乙所示。图乙中电源电动势恒定，内阻可忽略不计，R1为定值电阻，R为压力传感器，其阻值随压力的增大而减小，电压表和电流表均为理想电表。从运动员接触蹦床、挤压蹦床到离开蹦床的过程中，下列说法正确的是
A.电流表的示数先增大后减小
B.电压表的示数先增大后减小
C.电压表与电流表示数的比值先增大
　后减小
D.电路消耗的总功率先增大后减小
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从运动员接触蹦床、挤压蹦床到离开蹦床的过程中，压力传感器受到的压力先增大后减小，压力传感器的阻值先减小后增大，根据闭合电
路欧姆定律可知，电路电流先增大后减小，即电流表的示数先增大后减小；定值电阻R1两端电压先增大后减小，则电压表的示数先减小后增大，故A正确，B错误；
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根据欧姆定律可得R=，由于压力传感器的阻值先减小后增大，可知电压表与电流表示数的比值先减小后增大，故C错误；
根据P总=EI，由于电路电流先增大后减小，可知电路消耗的总功率先增大后减小，故D正确。
7.(多选)(2023·吕梁市江阴中学月考)热敏电阻与光敏电阻在生活中有很多应用，如图为一个智慧农场利用热敏电阻与光敏电阻感应大棚内温度与光照强度变化的简单电路原理图，RT为负温度系数热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，R1为光敏电阻(阻值随光照强度升高而减小)，R2和R3均为定值电阻，电源电压保持不变，V为理想电压表。若发现电压表的示数增大，可能发生的情况是
A.大棚内温度升高
B.大棚内温度降低
C.大棚内光照强度增强
D.大棚内光照强度减弱
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大棚内温度升高，RT阻值减小，根据串反并同可知与它串联的R3两端的电压增大，电压表示数增大，故A正确；
大棚内温度降低，RT阻值增大，根据串反并同可知与它串联的R3两端的电压减小，电压表示数减小，故B错误；
大棚内光照强度增强，R1阻值减小，根据串反并同可知与它并联的R3两端电压减小，电压表示数减小，故C错误；
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大棚内光照强度减弱，R1阻值增大，根据串反并同可知与它并联的R3两端电压增大，电压表示数增大，故D正确。
8.(多选)(2024·南阳市第一中学高二开学考试)如图所示，载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是
A.通过霍尔元件的磁场方向向下
B.接线端2的电势低于接线端4的电势
C.同时将电源E1、E2反向，电压表的
　示数将相反
D.若适当减小R1、增大R2，则电压表示数一定增大
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由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上，经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下，故A正确；
通过霍尔元件的磁场方向向下，由
左手定则可知，霍尔元件中导电物质受到的洛伦兹力向右，导电物质偏向接线端2，导电物质为电子，则接线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确；
仅将电源E1、E2反向接入电路，磁场反向，电流反向，霍尔元件中导电物质受到的洛伦兹力不变，电压表的示数不变，故C错误；
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若适当减小R1，电流产生的磁场增强，通过霍尔元件的磁场增强，增大R2，流过霍尔元件的电流减弱，霍尔元件产生的霍尔电压UH=k，
可能减小，电压表示数可能减小，故D错误。
9.(多选)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是
A.温度不变，光照增强
B.温度升高，光照不变
C.温度降低，光照增强
D.温度升高，光照减弱
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能力综合练
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由题图可知，当光敏电阻阻值减小或负温度系数热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，故光照增强或温度降低均可使小灯泡变暗，A项正确，B项错误；
若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L会变得更暗，即光照增强的同时温度降低可以引起小灯泡变暗，C项正确，D项错误。
10.(多选)如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1，接线柱a、b接一正弦式交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(电阻值随温度升高而减小)，R1为一定值电阻，电表均为理想电表。下列说法中正确的是
A.电压表V1示数为22 V
B.输入电压瞬时值表达式为u=
　220sin 100πt V
C.当R2所在处出现火情时，电流表A的示数变小
D.当R2所在处出现火情时，电压表V2的示数变大
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由题图乙可知，输入的电压有效值为220 V，变压器的电压比等于匝数比，由此可得副线圈的电压为U2=U1=×220 V=　
22 V，所以电压表V1示数为22 V，故A正确；
由题图乙可知，周期为0.02 s，ω== rad/s=100π rad/s，所以输入电压瞬时值表达式为u=220sin 100πt V，故B正确；
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当出现火情时，温度升高，R2电阻值减小，副线圈的电流变大，所以原线圈电流即电流表A的示数变大，R1两端的电压
增大，由于副线圈的总电压不变，所以R2两端的电压即电压表V2的示数变小，故C、D错误。
11.有一种测量物体重力的电子秤，其电路原理如图中的虚线部分所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻)、显示物体重力的仪表G(实际上是电流表)。不计踏板的质量，已知电流表的量程为0~2 A，内阻为Rg=1 Ω，电源电动势为E=12 V，内阻为r=1 Ω，电阻R随物体重力G变化的数学关系式为R=30-0.01G(G和R的单位分别为N和Ω)。下列说法正确的是
A.该秤能测量的最大物重是3 000 N
B.该秤的零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表
　G刻度盘的0.375 A处
C.该秤显示重力的刻度是均匀标注的
D.该秤显示的重力G与通过电路中的电流I满足数学关系式G=3 200+
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由电阻R随物体重力G变化的数学关系式R=30-0.01G可知，物体重力越大，电阻越小，电路中的电流越大，当电流表的示数为2 A时，电阻R=(-1-1) Ω=4 Ω，此时G= N=2 600 N，故该
秤能测量的最大物重是2 600 N，A错误；
当物体重力为零时，压力传感器的电阻R=30 Ω，电路中的电流I= = A=0.375 A，B正确；
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因E=I(R+r+Rg)，R=30-0.01G，所以G与I的数学关系式为G=3 200-，可知该秤显示重力的刻度不是均匀标注的，C、D错误。
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尖子生选练
12.(2023·太原师范学院附属中学高二阶段练习)某实验小组为改装一电子秤，选用器材如下：电动势为3 V的电源(内阻不计)、量程为0~3 V的理想电压表、阻值为5 Ω的定值电阻R0、阻值随长度均匀变化的电阻丝R(长度为0.05 m，总阻值为25 Ω)、轻弹簧(电阻不计)、托盘、
开关、导线等，实验原理如图甲所示；电阻丝的滑动端
与轻弹簧上端相连，当托盘中没有放重物时，滑动触头
恰好指在电阻丝的最上端，此时电压表示数为零，g取
10 m/s2。
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(1)图甲中，定值电阻R0的主要作用是_____________
_________；
防止出现短路，
保护电源
定值电阻R0的主要作用是：防止电路出现短路，避免电路中电流过大，烧坏电源，从而起到保护电源的作用；
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(2)弹簧所受弹力F与其形变量ΔL的关系如图乙所示，该弹簧的劲度系数为_______N/m；若按图甲进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m成　____(选填“正比”或“反比”)关系；
10 000
正比
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由图像可得，弹簧的劲度系数
k==10 000 N/m
对于题图甲，设电阻丝的总长度为L，
当托盘中放入质量为m的重物时，
此时有F=kΔL=mg，则ΔL=
则电压表的示数为U=·R=·=m=m
故电压表示数U与被测重物质量m成正比关系；
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(3)某同学利用相同的器材提出另一实验方案，如图丙所示，若按此方案进行实验，则U与被测重物质
量m的关系式为　　　_　(用m表示)；
U=
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若按题图丙方案进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m的关系式为
U=·Rx
Rx=R=m
联立可得U=
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(4)对比甲与丙两种方案，你觉得哪个方案更优，并说出你的理由：
__________________________________________________________________________________________。
甲方案更优，因为电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀标示出来
对比甲与丙两种方案，显然甲方案更优，因为甲方案中电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀标示出来。
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