专题6.1 传感器及其工作原理-2020届高中物理同步讲义 人教版（选修3-2）

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1、第六章 传感器第1节 传感器及其工作原理一、干簧管和传感器1如图所示（1）干簧管和电路图介绍：（2）现象：有磁铁时电路_，无磁铁时电路_。2传感器（1）定义：传感器是这样一种元件，它能够感受诸如力、温度、光声、化学成份等_量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_量，或转换为电路的_。（2）作用：把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断。（3）目的：方便地进行测量、_、_和_。（4）工作原理：（5）常见的传感器有：_、_、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。二、常见传感器元件1光敏电阻（1）材料：一般为半导体。如：硫化镉。光敏电阻的特性：光照越_，电阻越_；光照越弱，电阻越

2、_；（2）导电原理：无光照时，载流子（自由电子和空穴）少，导电性能_随着光照的的增强，载流子增多，导电性变_。（3）作用：把_这个光学量转换为_这个电学量；（4）应用：照相机、验钞机、光控开关、光电计数器、报警器。2金属热电阻和热敏电阻（1）一般为半导体不同温度的水凉水温水开水电阻值情况热敏电阻随温度的升高电阻变_。（2）异同点金属热电阻化学稳定性好、测量范围_，但是灵敏度差；热敏电阻化学稳定性差、测量范围_，但是灵敏度高。（3）作用：把_这个热学量转换成为_这个电学量。（4）应用：冰箱启动器、电饭锅、电阻温度计、报警器等。3霍尔元件（1）构造：很小的矩形半导体薄片上制作四个电极E、F、M、N

3、。（2）霍尔电压：如图，EF间通入恒定电流I同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，它们之间的关系为：_，D为薄片厚度，k为霍尔系数 （与薄片的材料有关）。接通 断开 物理 电学 通断 传输 处理 控制 温度传感器 光电传感器强 小 大 不好 好 光照强弱 电阻 小 大 小 温度 电阻 热敏电阻和金属热电阻的比较比较内容热敏电阻金属热电阻特点电阻随温度升高而减小电阻率随温度升高而增大制作材料氧化锰铂优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量【例题】如图所示，图中1、2分别是两种材料的电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是A图线1是热敏电阻

4、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的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高参考答案：BD试题解析：由图线可知，1为金属热电阻，其化学稳定性好、测量范围大，灵敏度差；图线2为热敏电阻，其化学稳定性差、测量范围小，灵敏度高，由此可判断BD正确。1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的作用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的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的2有关传感器，下列说法正确的是A光敏电阻能把温度这个热学量转为电阻这个电学量B金属热电阻的化

5、学稳定性好，但灵敏度差C热敏电阻能把光照强弱这个电学量转为电阻这个电学量D霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量3（2018陕西省宝鸡市金台区高二期末）许多银行的玻璃门当人走近时，门就会自动打开，是因为在这种门上安装了A温度传感器B声音传感器C红外线传感器D压力传感器4关于霍尔元件，下列说法正确的是A把温度这个热学量转化为电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量C把力这个力学量转化为电压这个电学量D把光照这个光学量转化为电阻这个电学量5（2018湖北省武汉市第六中学高二月考）下列关于生活中的物理现象，说法正确的是A电磁炉对于锅具材质要求不高，铁锅、铝锅或者陶瓷锅

6、均可正常使用B灵敏电流表在运输时总要用导体把正负接线柱连起来是为了避免指针因剧烈摆动而损坏C利用霍尔元件能够把电压这个电学量转换为磁感应强度这个磁学量的特性，可以制出测磁感应强度大小的仪器D用家用电饭煲烧水，水沸腾后也可以自动进入保温状态6如图所示，某半导体热敏电阻的IU图线可能是7（2018陕西省宝鸡市金台区高二期末）利用“光控开关”和“声控开关”可以节约居民楼里楼道灯的用电，其中“光控开关”能在天黑时自动闭合，天亮时自动断开；“声控开关：能在有声音时自动闭合，无声音时自动断开。下列电路图中合理的是ABCD8如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电

7、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I2、报警器两端的电压U的变化情况是AI2变大，U变大BI2变小，U变小CI2变小，U变大DI2变大，U变小9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杆P，通过电压表显示的数据，来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想的，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10（2018甘肃省民勤县第一中学高二期末）街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体

8、的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的A压敏性B热敏性C光敏性D三特性都利用了11温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示，电源的电动势E=9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S，当R的温度等于20 时，电流表示数I1=2 mA；当电流表的示数I2=3.6 mA时，热敏电阻的温度是A60 B80 C100 D120 12（2018江苏省海安高级中学高二月考）下列说法中不正确的是A传感器担负着信息采集的任务，是力、温度、光

9、、声、化学成分转化为电信号的主要工具B话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号C干簧管是一种磁敏感元件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，这种传感器的作用是控制电路的通断13如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED距离不变，下列说法中正确的是A当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变14（2018广西省融水中学高二段考）电热水器在使用过程中能按设置

10、温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了A光传感器B温度传感器C红外传感器D湿度传感器15如图所示，Rt为金属热电阻，R1为光敏电阻，R2和均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是A金属热电阻温度升高，其他条件不变B金属热电阻温度降低，光照减弱，其他条件不变C光照增强，其他条件不变D光照增强，金属热电阻温度升高，其他条件不变16单位时间内通过管道截面的液体的体积称为流量，用Q表示，其单位为m3/s。如图为电磁流量计的示意图，在非磁性材料制成的圆柱形管道外加一匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，当管中导电液（含有正、负离子）流过此

11、区域时，可测得管壁上a、b两点间的电势差为U，根据计算可以求出流量Q。（1）电磁流量计为一个传感器，它可以将流速信号转化为电信号，试判断a、b两点电势的高低。（2）设管道的直径为D，试用学过的知识推导流量Q的表达式。17温度传感器是对温度敏感的元件，它将感受到的温度信号转变成测量的量（一般是电学量），从而直接反映出其变化。某种材料的Rt图线如下图甲所示。（1）它能否作为温度传感器的感应元件？（2）把这种材料制成的电阻和一个电热器串联，如图乙，可达到何种自动控制效果？18（2016北京卷）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图所示为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t化的示意图。由图可

12、知，这种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”）。19（2015上海卷）监控系统控制电路如图所示，电键S闭合时，系统白天和晚上都工作，电键S断开时，系统仅晚上工作。在电路中虚框处分别接入光敏电阻（受光照时阻值减小）和定值电阻，则电路中AC是“与门”，A是光敏电阻BC是“与门”，B是光敏电阻CC是“或门”，A是光敏电阻DC是“或门”，B是光敏电阻1CD【解析】当干簧管处在磁场中，弹性舌簧闭合，电路接通，以实现自动控制。所以干簧管接入电路中相当于开关的作用，故A错误，C正确。将一对磁性材料制成的弹性舌簧片

13、密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中，舌簧由于磁化而吸引，利用磁化及磁极间的相互作用，故B错误。干簧管能将磁场的变化转化为电路的通断，实现自动控制，故D正确。故选CD。2BD【解析】光敏电阻能把光强这个光学量转为电阻这个电学量，选项A错误；金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差，选项B正确；热敏电阻能把温度这个热学量转为电阻这个电学量，选项C错误；根据霍尔效应可知，霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，选项D正确；故选BD。【名师点睛】此题是对传感器的考查；要知道传感器是把其他物理量转化为电学量的装置；生活中常用的传感器由光学传感器、声音传感器、温度传感器

14、等；要能联系生活实际，结合所学知识来解释生活中的有关问题。3C【解析】人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器从而能感知红外线，导致门被自动打开，故选：C。4B【解析】霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量，故B正确。5B【解析】根据电磁工作原理，变化的电磁场中，炉陶瓷锅不能正常使用，故A错误；将两个接线柱连接起来，从而形成闭合电路，当因晃动，导致线圈切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培阻力，进而阻碍其运动，是利用电磁阻尼原理减弱表针的摆动，进而保护表针不被损坏，所以B选项是正确的；霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故C错误；家用电饭煲烧水，水沸腾后，不会自动进入

15、保温状态，只有当温度达到时，才会进入保温状态，故D错误。6B【解析】热敏电阻的IU图线是非线性的，并且随电流增大及温度升高，电阻减小，故A、C、D错，B正确。7D【解析】当声控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮，A不符合题意；光控开关和声控开关是并联的，光暗到一定程度或有声音时都能使电灯发光，B不符合题意；当光控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮，C不符合题意；光控开关、声控开关和电灯是串联的，光控开关、声控开关同时闭合时电路形成通路，电灯发光，D符合题意8B【解析】当传感器R2所在处出现火情时，热敏电阻R2的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由U=EIr可

16、知，路端电压减小，则图中报警器两端的电压U将减小；因总电流增大，则R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过R2中的电流I2减小。故B正确。【名师点睛】热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，由闭合电路的欧姆定律可得出电路中电流与电压U的关系9B【解析】电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故A错误；电压表测的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动即触头的运动而变化，故B正确，C、D错误。10C【解析】灯要求夜晚亮、白天熄。则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用

17、半导体的光敏性。故选C。【名师点睛】热敏电阻是当温度变化时，导致电阻的阻值发生变化；而光敏电阻则是当有光时，其电阻的阻值发生变化当它们起作用时，其电阻的阻值都是变小，而金属电阻则是变大11D【解析】由图象知，当R的温度等于20时，热敏电阻的阻值R=4 000 ，由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得：，解得：。当电流时，由串联电路特点及欧姆定律得：解得：。由图象知，此时热敏电阻的温度t=120 ，所以选项D正确。12B【解析】传感器担负着信息采集的任务，是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具。故A说法正确；干簧管是一种磁敏感元件，能够将此信号转化为电信号，故C说法正确；话筒是一种常用的

18、声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，故B说法错误；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。故D说法正确。所以选B。【名师点睛】传感器能满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。13A【解析】滑动触头P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过此支路的电流增大，即流过发光二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R阻值减小，通过灯泡的电流增大效果，使L消耗的功率增大，选项A正确。14B【解析】电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了温度传感器，当热水器内温度到达一

19、定值时，温度传感器作用使得断电，故选B。15B【解析】金属热电阻温度升高，则电路电阻增大，总电流减小，路端电压增大，即光敏电阻两端的电压增大，所以通过光敏电阻的电流增大，而总电流是减小的，所以通过的电流减小，故两端的电压减小，A错误；金属热电阻温度降低，光照强度减弱，如果外电路电阻减小，则干路电流增大，内电压增大，路端电压减小，所以光敏电阻两端的端电压减小，即通过的电流减小，而总电流增大，所以通过的电流增大，即电压表的示数增大，B正确；光照强度增大，则光敏电阻减小，总电阻减小，路端电压减小，即和热电阻两端的电压减小，通过的电流减小，电压减小，即电压表示数减小，C错误；光照增强，金属热电阻温度升

20、高，一个电阻减小，一个电阻增大，若总电阻减小，则总电流增大，路端电压减小，而两端的电压增大，所以并联电路电压减小，所在支路的电阻增大，所以支路电流减小，电压表示数减小；一个电阻减小，一个电阻增大，若总电阻增大，则路端电压增大，总电流减小，而两端的电压减小，所以并联电路电压增大，所以光敏电阻两端的电压增大，通过光敏电阻的电流增大，而总电流是减小的，所以所在支路的的电流减小，电压表示数减小，故D错误；【名师点睛】在分析电路动态变化时，一般是根据局部电路变化（滑动变阻器，传感器电阻）推导整体电路总电阻、总电流的变化，然后根据闭合回路欧姆定律推导所需电阻的电压和电流的变化（或者电流表，电压表示数变化）

21、，也就是从局部整体局部16（1）b点电势高于a点电势，即Uba0 （2）【解析】（1）当正负离子向左流经管道时，由于磁场对运动电荷有力的作用，根据左手定则，正离子将向下迁移，负离子将向上迁移，这样在a、b间形成感应电场，b点电势高于a点电势，（2）当电场力与磁场力平衡时，a、b间形成稳定的电势差，离子将不再上下迁移，则qE=qvB，故有U=ED=BvD所以Q=Sv=17（1）能 （2）可达到使电热器保持一定温度的效果【解析】温度升高或降低导致R阻值发生变化，使电路中电流发生变化，导致电热器上的电压发生改变，因此达到使电热器保持一定温度的效果。18增强 敏感【解析】温度越高，热敏电阻的阻值越小，即对电流的阻碍作用越小，故导电能力增强；根据图象可知，热敏电阻在相同的温度范围内变化时，阻值变化越大，故其对温度敏感。19D【解析】开关S闭合后，C门的一个输入端就是1，系统不管白天和晚上都工作，说明与另一个输入端的逻辑值无关，这说明C门是“或”门。开关S断开时，C门的一个输入端就是0，要让系统工作，另一个输入端必须是1，也就是高电压，所以B是光敏电阻，故D正确。