资源简介

人教版普高物选修2第5章 传感器第1讲认识传感器 第2讲 常见传感器的工作原理及应用（讲义）--教师版（定稿）
人教版普高物选修2第5章 传感器第1讲认识传感器 第2讲 常见传感器的工作原理及应用
知识点1、传感器及其工作原理
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，接入图乙电路，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？
答案　(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。
1．传感器
1.1、定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(通常是电压、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置。
1.2、功能：把非电学量转化为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。
2、传感器的工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示：
→→→→
3、传感器的种类、组成与应用模式
3.1、分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
3.2、组成：传感器主要由敏感元件、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
3.3、应用模式：
专题讲练1
1、关于传感器，下列说法正确的是(　B　)
A．所有传感器都是由半导体材料制成的 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．水银温度计是一种传感器
2、关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　C　)
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
3、(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　AC　)
A.传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
D.电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
4、(多选)下列说法正确的是(　ABD　)
A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.电视遥控接收器的主要元件不是传感器
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具
5、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从而达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为(　A　)
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
6、在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类( C )
A．物理传感器 B．化学传感器 C．生物传感器 D．温度传感器
7、下列关于传感器的说法，正确的是(　D　)
A．所有传感器都是由半导体材料制成的 B．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
C．话筒中的传感器将电信号转换为声信号
D．传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断
8、(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　BC　)
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
9、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(　C　)
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强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
10、(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个簧片能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是(　CD　)
A.干簧管接入电路中相当于电阻
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
知识点2、光敏电阻
1．特点：在被光照射时电阻发生变化，阻值随光照强度的增强而明显减小。
2．阻值发生变化的原因（原理）：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少 ，导电性能差 ；随着光照的增强，载流子增多 ，导电性变好 。
3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
4．应用实例：在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。当光被产品挡住时，R1电阻增大 (填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压减小 (填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到低 (填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次低 (填“高”或“低”)电压，并计数一次。
专题讲练2
1、(多选)某小区为积极响应市政府提出的“迎峰度冬”节约用电工作，拟将小区路灯电路进行改造，实现路灯亮度自控。如图所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，RL为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻阻值减小)。现减小光照强度，下列判断正确的是(　AB　)
A．电源的效率变大 B．A灯和B灯都变亮
C．R0两端电压变大 D．电源内部发热功率不变
2、(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻(光照强度增大时电阻减小)，电压表内阻不计，当入射光强度增大时(　ABC　)
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
3、(多选)关于光敏电阻，下列说法正确的是(　ABD　)
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，导电性能差
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.硫化镉是一种半导体材料，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好
4、(多选)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是 (BC )
A.白天有光照时，光传感器自动闭合
B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合
D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合
5、如图所示是用光敏电阻实现自动计数的原理示意图。其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。于是每当流水线上有元件遮挡了照射光束，则（　C　）
A. R1阻值变小，信号系统获得电压降低
B. R1阻值变小，信号系统获得电压升高
C. R1阻值变大，信号系统获得电压降低
D. R1阻值变大，信号系统获得电压升高
6、(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是(　BC　)
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
7、如图所示的电路中，电源的电动势为E、内阻为r， C为电容器，R1和R2为定值电阻。R3为光敏电阻（半导体硫化镉），A为理想电流表，G为灵敏电流计，当开关S闭合且电路稳定后，在逐渐增大对R3的光照强度的过程中（ C ）
A．光敏电阻阻值变大 B．A表的示数变小
C．电源的效率一定变小 D．G表中有从至的电流
8、某光敏电阻RT没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大；有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是（ B ）
A．白天流过R1的电流小于晚上流过R1的电流
B．白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流
C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能
D．继电器所在电路，电源的输出功率晚上比白天的大
知识点3、金属热电阻和热敏电阻
1、金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如图中图线①所示。
2、热敏电阻
2.1、热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
2.2、热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。
3、作用：金属热电阻和热敏电阻把温度这个热学量转换成电阻这个电学量。
思考与讨论：将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？
答案　由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。
专题讲练3
1、(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　BD　)
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
2、（多选题）在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能。对此，以下判断正确的是（ D ）
A．通电后，其电功率先增大，后减小 B．通电后，其电功率先减小，后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
3、(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时( AB )
A．电容器C的带电荷量增大 B．理想电压表的示数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大
4、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度越高，其阻值越小)，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，流过显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是(　D　)
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
5、(多选)如图甲所示，“火灾警报系统”电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈接入图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是(AC)
A．电压表V的示数为10 V
B．R0处出现火情时，电流表A的示数减小
C．R0处出现火情时，变压器的输入功率增大
D．要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向下移动
6、(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　AC　)
A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
7、如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。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(　B　)
A.I变大、U变大 B.I变小、U变小
C.I变小、U变大 D.I变大、U变小
8、某加热仪器的温控部分如图所示，开关S1为电源控制开关，RT为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），E为直流电源，通过调节滑动变阻器，它可以控制加热室温度保持在某一临界温度，试分析判断，以下说法正确的是（ A ）
A．电磁继电器是利用电生磁原理来工作的
B．热敏电阻在电路中的作用是保护电路
C．交换直流电源的正负极，电路将失去温控功能
D．若想使得临界温度升高应将滑动变阻器划片左移
9、如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是（　CD　）（多选）
A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层
B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的 C．当温度过高时，双金属片向下弯曲
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
10、(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是(　BD　)
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
知识点4、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时(伸长或缩短)，其电阻也随之变化的现象。
2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
4.应用实例：如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力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 (填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变小 (填“大”或“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 (填“大”或“小”)，下表面应变片两端的电压变小(填“大”或“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 (填“大”或“小”)。
5、光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热敏 电阻 负温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
专题讲练4
1、 (多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　BD　)
A.应变片都是由半导体材料制成的
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
2、如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势E不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是(　B　)
A．通过显示器的电流减小 B．R0两端的电压增大
C．传感器两端的电压增大 D．电路的总功率减小
3、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( C )
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
4、压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。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～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　D　)
A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B.从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C.从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D.从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
5、某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2（U1、U2为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是（　C　）
A. U1＜U2 B. R2为压力传感器
C. 若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低
D. 若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
6、 如图所示为一种常见的身高体重测量仪，其中测体重的为 压力 传感器。如果该传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，质量为M0的测重台置于该传感器上时输出电压为U0，某同学再站上测重台时输出电压变为U，该同学的质量为 。
7、有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示。它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表(其实质是电流表)。其中AO∶BO＝5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为4.68 V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少？(取g＝10 N/kg)
答案　(1)R＝(300－0.6F)Ω (2)15.6 mA　(3)55 kg
解析　(1)由表中数据可归纳得出R＝(300－0.6F)Ω。
(2)依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为零，电阻R1＝300 Ω，电路中的电流为I1＝＝ A＝15.6 mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6 mA处。
(3)当电流表刻度盘的读数为I2＝20 mA时，压力传感器的电阻R2＝＝ Ω＝234 Ω
由R＝(300－0.6F)Ω，解得F2＝110 N 再由F2·AO＝G·BO，可得G＝550 N，故人的体重为m＝＝55 kg。
知识点5、霍尔元件及工作原理
如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作，试分析它的工作原理。
答案:电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化。将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号。
1、霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。
2、工作原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，从而形成电场；横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压，设导体板左、右两侧的距离为l，导体板的厚度为d，则q＝qvB。
根据电流的微观解释I＝nqSv得，UH＝。令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。
3、电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。
3、常见电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况　
测定位移x的电容式传感器 随着电介质板进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
专题讲练5
1、霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动化技术等领域。如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，元件中的载流子带负电，下列说法正确的是(　D　)
A.该元件能把电学量转化为磁学量
B.该元件C面的电势高于D面的
C.如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持C、D面水平
D.如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
2、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(　D　)
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
3、(多选)传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，测出电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，测量范围为－≤x≤，下列说法正确的是(　AC　)
A．若电容器的电容变大，物体向－x方向运动
B．若电容器的电容变大，物体向＋x方向运动
C．电介质的相对介电常数越大，传感器灵敏度越高
D．电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
4、传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　D　)
A．图甲中两极间的电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极间的电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
5、如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(　B　)
A．汽车保持静止时，电容器不带电
B．汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同
C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流
D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
6、如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声音的作用下振动时，电容器的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声音信号就变成了电信号。则当振动膜片向左振动时(　B　)
A.电容器的电容增大 B.电容器带电荷量减少
C.电容器两极板间的电场强度增大 D.电阻R中的电流方向自右向左
7、(多选)传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，观测电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，测量范围为－≤x≤。下列说法正确的是(　AC　)
A.电容器的电容变大，物体向－x方向运动
B.电容器的电容变大，物体向＋x方向运动
C.电介质的介电常数越大，传感器灵敏度越高
D.电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
8、位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是(　B　)
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
9、(多选)如图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。关于这种传感器的工作原理，下列说法正确的是(　BC　)
A．这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是自感系数
B．通过这种传感器线圈的电流是交流电
C．软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件
D．当物体1向右移动时，线圈的自感系数增大
10、如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。R1和R2为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是(　C　)
A．当RB处的磁场增强时，电流表示数增大
B．当RB处的磁场增强时，a、b两端的电压减小
C．增大R2的阻值，更容易触发报警器报警
D．增大R1的阻值，更容易触发报警器报警
1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功人教版普高物选修2第5章 传感器第1讲认识传感器 第2讲 常见传感器的工作原理及应用（讲义）--学生版（定稿）
人教版普高物选修2第5章 传感器第1讲认识传感器 第2讲 常见传感器的工作原理及应用
知识点1、传感器及其工作原理
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，接入图乙电路，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
1.1、定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的 (通常是 、电流等电学量)输出，或转换为电路的 的器件或装置。
1.2、功能：把 量转化为 量，可以方便地进行测量、传输、处理和 。
2、传感器的工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示：
→→→→
3、传感器的种类、组成与应用模式
3.1、分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为 传感器、 传感器和 传感器。
3.2、组成：传感器主要由 、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
3.3、应用模式：
专题讲练1
1、关于传感器，下列说法正确的是(　 　)
A．所有传感器都是由半导体材料制成的 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．水银温度计是一种传感器
2、关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　 　)
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
3、(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　 　)
A.传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
D.电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
4、(多选)下列说法正确的是(　 　)
A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.电视遥控接收器的主要元件不是传感器
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具
5、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从而达到省电的目的，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
6、在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类( )
A．物理传感器 B．化学传感器 C．生物传感器 D．温度传感器
7、下列关于传感器的说法，正确的是(　 )
A．所有传感器都是由半导体材料制成的 B．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
C．话筒中的传感器将电信号转换为声信号
D．传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断
8、(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　 　)
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
9、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强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
10、(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个簧片能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是(　 　)
A.干簧管接入电路中相当于电阻
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
知识点2、光敏电阻
1．特点：在被光照射时 发生变化，阻值随光照强度的增强而明显 。
2．阻值发生变化的原因（原理）：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子 ，导电性能 ；随着光照的增强，载流子 ，导电性 。
3．作用：把 这个光学量转换为 这个电学量。
4．应用实例：在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。当光被产品挡住时，R1电阻 (填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压 (填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到 (填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次 (填“高”或“低”)电压，并计数一次。
专题讲练2
1、(多选)某小区为积极响应市政府提出的“迎峰度冬”节约用电工作，拟将小区路灯电路进行改造，实现路灯亮度自控。如图所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，RL为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻阻值减小)。现减小光照强度，下列判断正确的是(　 　)
A．电源的效率变大 B．A灯和B灯都变亮
C．R0两端电压变大 D．电源内部发热功率不变
2、(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻(光照强度增大时电阻减小)，电压表内阻不计，当入射光强度增大时(　 )
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
3、(多选)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，导电性能差
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.硫化镉是一种半导体材料，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好
4、(多选)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是 ( )
A.白天有光照时，光传感器自动闭合
B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合
D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合
5、如图所示是用光敏电阻实现自动计数的原理示意图。其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。于是每当流水线上有元件遮挡了照射光束，则（ 　）
A. R1阻值变小，信号系统获得电压降低
B. R1阻值变小，信号系统获得电压升高
C. R1阻值变大，信号系统获得电压降低
D. R1阻值变大，信号系统获得电压升高
6、(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是(　 　)
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
7、如图所示的电路中，电源的电动势为E、内阻为r， C为电容器，R1和R2为定值电阻。R3为光敏电阻（半导体硫化镉），A为理想电流表，G为灵敏电流计，当开关S闭合且电路稳定后，在逐渐增大对R3的光照强度的过程中（ ）
A．光敏电阻阻值变大 B．A表的示数变小
C．电源的效率一定变小 D．G表中有从至的电流
8、某光敏电阻RT没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大；有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．白天流过R1的电流小于晚上流过R1的电流
B．白天流过R3的电流小于晚上流过R3的电流
C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能
D．继电器所在电路，电源的输出功率晚上比白天的大
知识点3、金属热电阻和热敏电阻
1、金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而 ，如图中图线①所示。
2、热敏电阻
2.1、热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
2.2、热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而 的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。
3、作用：金属热电阻和热敏电阻把 这个热学量转换成 这个电学量。
思考与讨论：将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？
专题讲练3
1、(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
2、（多选题）在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能。对此，以下判断正确的是（ ）
A．通电后，其电功率先增大，后减小 B．通电后，其电功率先减小，后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
3、(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时( )
A．电容器C的带电荷量增大 B．理想电压表的示数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大
4、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度越高，其阻值越小)，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，流过显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是(　 　)
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
5、(多选)如图甲所示，“火灾警报系统”电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈接入图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是( )
A．电压表V的示数为10 V
B．R0处出现火情时，电流表A的示数减小
C．R0处出现火情时，变压器的输入功率增大
D．要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向下移动
6、(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　 　)
A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
7、如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。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变小、U变小
C.I变小、U变大 D.I变大、U变小
8、某加热仪器的温控部分如图所示，开关S1为电源控制开关，RT为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），E为直流电源，通过调节滑动变阻器，它可以控制加热室温度保持在某一临界温度，试分析判断，以下说法正确的是（ ）
A．电磁继电器是利用电生磁原理来工作的
B．热敏电阻在电路中的作用是保护电路
C．交换直流电源的正负极，电路将失去温控功能
D．若想使得临界温度升高应将滑动变阻器划片左移
9、如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是（　 　）（多选）
A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层
B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的 C．当温度过高时，双金属片向下弯曲
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
10、(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( 　)
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
知识点4、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时(伸长或缩短)，其电阻也随之变化的现象。
2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和 ，它的工作原理是基于半导体材料的 。
3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为 这个电学量。
4.应用实例：如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力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 (填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变 (填“大”或“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 (填“大”或“小”)，下表面应变片两端的电压变 (填“大”或“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 (填“大”或“小”)。
5、光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热敏 电阻 负温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
专题讲练4
1、 (多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　 　)
A.应变片都是由半导体材料制成的 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
2、如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势E不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是(　 　)
A．通过显示器的电流减小 B．R0两端的电压增大
C．传感器两端的电压增大 D．电路的总功率减小
3、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
4、压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。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～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　 　)
A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B.从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C.从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D.从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
5、某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2（U1、U2为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是（　 　）
A. U1＜U2 B. R2为压力传感器
C. 若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低
D. 若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
6、 如图所示为一种常见的身高体重测量仪，其中测体重的为 传感器。如果该传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，质量为M0的测重台置于该传感器上时输出电压为U0，某同学再站上测重台时输出电压变为U，该同学的质量为 。
7、有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示。它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表(其实质是电流表)。其中AO∶BO＝5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为4.68 V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少？(取g＝10 N/kg)
知识点5、霍尔元件及工作原理
如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作，试分析它的工作原理。
1、霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。
2、工作原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，从而形成电场；横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压，设导体板左、右两侧的距离为l，导体板的厚度为d，则q＝qvB。
根据电流的微观解释I＝nqSv得，UH＝。令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。
3、电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。
3、常见电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况　
测定位移x的电容式传感器 随着电介质板进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
专题讲练5
1、霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动化技术等领域。如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，元件中的载流子带负电，下列说法正确的是(　 )
A.该元件能把电学量转化为磁学量
B.该元件C面的电势高于D面的
C.如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持C、D面水平
D.如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
2、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
3、(多选)传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，测出电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，测量范围为－≤x≤，下列说法正确的是(　 　)
A．若电容器的电容变大，物体向－x方向运动
B．若电容器的电容变大，物体向＋x方向运动
C．电介质的相对介电常数越大，传感器灵敏度越高
D．电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
4、传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　 　)
A．图甲中两极间的电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极间的电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
5、如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(　 　)
A．汽车保持静止时，电容器不带电
B．汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同
C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流
D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
6、如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声音的作用下振动时，电容器的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声音信号就变成了电信号。则当振动膜片向左振动时(　 　)
A.电容器的电容增大
B.电容器带电荷量减少
C.电容器两极板间的电场强度增大
D.电阻R中的电流方向自右向左
7、(多选)传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，观测电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，测量范围为－≤x≤。下列说法正确的是(　 　)
A.电容器的电容变大，物体向－x方向运动
B.电容器的电容变大，物体向＋x方向运动
C.电介质的介电常数越大，传感器灵敏度越高
D.电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高
8、位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是(　 　)
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
9、(多选)如图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。关于这种传感器的工作原理，下列说法正确的是(　 　)
A．这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是自感系数
B．通过这种传感器线圈的电流是交流电
C．软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件
D．当物体1向右移动时，线圈的自感系数增大
10、如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。R1和R2为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是(　 　)
A．当RB处的磁场增强时，电流表示数增大
B．当RB处的磁场增强时，a、b两端的电压减小
C．增大R2的阻值，更容易触发报警器报警
D．增大R1的阻值，更容易触发报警器报警
1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功

展开更多......

收起↑