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人教版高中物理选择性必修第二册
第四章第3节
常见传感器的工作
原理及应用
物理也疯狂
目
录
contents
01
光敏电阻
02
金属热电阻和热敏电阻
03
电阻应变片
1.特点：在被光照射时，电阻发生变化。
2.原理：无光照时，载流子______，导电性能差；随着光照的增强，载流
子______，导电性变____。
3.作用：把__________这个光学量转换为______这个电学量。
极少
增多
好
光照强弱
电阻
光敏电阻
实验探究
观察光敏电阻特性
光敏电阻
4.应用：光电计数装置
没有物品挡住由 射向 的光信号时，光敏电阻的阻值较____；有物品挡
住由 射向 的光信号时，光敏电阻的阻值变____。
小
大
光敏电阻
例1 （多选）智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项
可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣
小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强
时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是( )
A.仅光照变强，小灯泡变暗
B.仅光照变弱，小灯泡变暗
C.仅将滑片向 端滑动，小灯泡变亮
D.仅将滑片向 端滑动，小灯泡变亮
√
√
光敏电阻
例2 （多选）如图所示，这是用光敏电阻 和灯泡制成的一种简易水污
染指示器，下列说法正确的是( )
A.严重污染时， 是高电阻
B.轻度污染时， 是高电阻
C.无论污染程度如何， 的电阻不变，阻值大小
由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
√
√
光敏电阻
观察与思考：
热敏电阻
金属热电阻温度计
光敏电阻
1. 金属热电阻
（1）材料：金属热电阻是用金属做成的。
（2）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而增大，具有正温度系数。
（3）作用：金属热电阻能够把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量。
O
R
T
金属热电阻的电阻随温度的变化关系
金属热电阻和热敏电阻
2. 热敏电阻
（1）材料：半导体。
（2）特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而减小，具有负温度系数。
（3）作用：热敏电阻能够把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量。
热敏电阻的电阻随温度的变化关系
O
R
T
金属热电阻和热敏电阻
3. 金属热电阻和热敏电阻的应用
如图所示，一些汽车的低油位报警器采用热敏电阻来检测油箱的警戒油位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
液位报警示意图
甲
乙
金属热电阻和热敏电阻
　例3 (2024·钦州市高二期中)金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是
√
金属热电阻和热敏电阻
例4 （多选）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， 为负温度
系数热敏电阻（阻值随温度升高而减小）， 为光敏电
阻（阻值随光照强度升高而减小）， 和 均为定值
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
电阻，电源电压保持不变， 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( )
√
√
金属热电阻和热敏电阻
电阻应变片
1. 电阻应变效应
金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。
2. 电阻应变片
金属电阻应变片就是利用电阻应变效应原理制成的。
电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换成为电阻这个电学量。
电阻应变片
电阻应变片
3. 力传感器的应用——电子秤
我们经常见到的电子秤，它所使用的测力器件是力传感器。
（1）组成：由金属梁和电阻应变片组成。
（2）敏感元件：电阻应变片。
（3）结构：如图所示，称为应变式力传感器。
电阻应变片
应变片测力原理
（4）原理：如图所示，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。
电阻应变片
4. 力传感器的其他应用
力传感器除了测量重力外（如图所示），应变式力传感器也用来测量其他各种力，如汽车和卷扬机的牵引力等。
电阻应变片
如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器
拓展学习：
电容器极板
x
电介质板
被测物体
电阻应变片
霍尔元件
在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。
在E、F 间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N 间可出现霍尔电压UH。
通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系,因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。因此霍尔元件又称磁敏元件。
qvB=
=Bvd
洛
电
电阻应变片
例5.酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是（　　）
A．U越大，表示C越大，C与U成正比
B．U越大，表示C越小，但是C与U不成正比C．U越大，表示C越小，C与U成反比
D．U越大，表示C越大，但是C与U不成正比
D
电阻应变片
例6.图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。则电子秤（　　）
A．最大称量值为1500 N
B．压力传感器的电阻最小为0
C．空载时，电流表的读数为20mA
D．称重为900N时，电阻R为120Ω
CD
电阻应变片
例7.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（ ）
A.0到t1时间内，升降机一定静止
B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C.t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
C
电阻应变片
传感器名称 输入的物理量 输出的物理量
光敏电阻
光照强度
电阻
电阻
电阻
电容
电感
电阻
电压
磁感应强度
温度
位移
位移
压力
温度
热敏电阻
金属热电阻
电容式位移传感器
电感式位移传感器
电阻应变片
霍尔元件
课堂小结
本节内容到此结束

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