高中物理 第4章 传感器与现代社会 4.1传感器的原理 4.2探究热敏电阻的温度特性曲线教师用书 沪科版选修3-2

传感器课程设计教程一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握传感器的基本原理、常见传感器的特性和应用方法。

通过本课程的学习，学生应能理解传感器的概念，了解各种传感器的结构、工作原理和特性，掌握传感器的应用方法，能够根据实际需要选择合适的传感器，并能够对传感器系统进行简单的故障排除和维护。

具体来说，知识目标包括：1.理解传感器的概念和作用。

2.掌握常见传感器的结构、工作原理和特性。

3.了解传感器在自动化系统和智能化设备中的应用。

技能目标包括：1.能够使用传感器进行基本的数据采集和分析。

2.能够根据实际需要选择合适的传感器。

3.能够对传感器系统进行简单的故障排除和维护。

情感态度价值观目标包括：1.培养学生对科学探究的兴趣和热情。

2.培养学生的问题解决能力和创新精神。

3.培养学生的团队合作意识和责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括传感器的基本原理、常见传感器的特性和应用方法。

具体的教学大纲如下：第1章传感器概述1.1 传感器的概念和作用1.2 传感器的分类和性能指标1.3 传感器的发展趋势第2章电阻式传感器2.1 应变片传感器2.2 热敏电阻传感器2.3 光敏电阻传感器第3章电容式传感器3.1 电容式传感器的原理和特性3.2 电容式传感器的应用第4章电感式传感器4.1 电感式传感器的原理和特性4.2 电感式传感器的应用第5章磁电式传感器5.1 霍尔传感器5.2 磁敏传感器第6章光电传感器6.1 光敏二极管传感器6.2 光电晶体管传感器6.3 光电耦合器传感器第7章超声波传感器7.1 超声波传感器的基本原理7.2 超声波传感器的应用第8章传感器系统的应用8.1 传感器在自动化系统中的应用8.2 传感器在智能化设备中的应用三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。

通过这些教学方法的综合运用，我们将能够更好地激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性和参与度。

电阻传感器工作原理电阻传感器是一种常见的传感器，广泛应用于工业自动化、电子设备、汽车等领域。

本文将详细介绍电阻传感器的工作原理以及其应用。

1. 工作原理电阻传感器的工作原理基于电阻的变化。

其内部包含一个可变电阻元件，通常是由导电材料制成的线性电阻。

当受到外部作用力或物理量变化时，电阻元件的电阻值会发生相应的变化。

2. 传感器类型电阻传感器可以根据其测量物理量的不同进行分类，常见的包括温度传感器、压力传感器和位移传感器等。

2.1 温度传感器温度传感器是电阻传感器的一种常见类型。

它利用了电阻与温度之间的关系，通过测量电阻值的变化来间接测量温度。

常用的温度传感器包括热敏电阻、热敏电阻芯片和热电阻等。

2.2 压力传感器压力传感器利用电阻材料的弹性性能与外界受力之间的关系，通过测量电阻值的变化来间接测量压力。

常见的压力传感器包括应变片式传感器和电容传感器等。

2.3 位移传感器位移传感器测量物体的位移或位置。

它可以利用电阻材料的伸缩性能来测量位移，也可以通过电阻值的变化来间接测量位移。

典型的位移传感器包括电阻式位移传感器和压电位移传感器等。

3. 应用领域电阻传感器在各个领域都具有广泛的应用。

3.1 工业自动化在工业自动化系统中，电阻传感器被广泛应用于测量、监控和控制过程中的物理量。

例如，温度传感器常用于测量工业生产过程中的温度变化，以确保生产过程的稳定性和安全性。

3.2 电子设备电阻传感器在电子设备中的应用非常普遍。

例如，手机中使用的触摸屏传感器就是一种基于电阻变化来实现触摸功能的电阻传感器。

此外，电阻传感器还广泛应用于电子秤、电压表、电流表等电子设备中。

3.3 汽车汽车行业也是电阻传感器的重要应用领域。

例如，汽车中的油位传感器利用电阻值的变化来测量燃油箱内的油位信息。

此外，温度传感器用于监测引擎温度，压力传感器用于测量轮胎压力等。

4. 优缺点分析电阻传感器具有一些显著的优点，同时也存在一些缺点。

4.1 优点（1）成本低廉：电阻传感器的制造成本相对较低，适用于大规模生产和应用。

1.(2012·陕西榆林高二检测)关于传感器及其作用，下列说法中正确的是()A．传感器一般是把非电学量转换为电学量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．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以利用电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器解析：选ACD.根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确．B选项中不一定把非电学量转化为电路的通断，还有其他的表现形式，故B错．动圈式话筒利用电磁感应将声音转化为电流，是传感器，D正确．2.(2011·高考江苏卷)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有()A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件D．干电池解析：选BC.发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错．3.夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费．科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开．若将这两种开关配合使用，就可以使楼道里的灯变得“聪明”．这种“聪明”的电路是图中的()解析：选D.在白天，一般是不需要灯照明的；天黑以后，特别是夜深人静时，一般也是不需要灯照明的，也就是说天黑且人在楼道里走动时需要照明．对于选项A，“声控开关”闭合时，发生短路；对于选项B，不管是“光控开关”，还是“声控开关”各自闭合都能让灯发光，节能的目的达不到；对于选项C，“光控开关”闭合时，发生短路；对于选项D，“光控开关”与“声控开关”同时闭合时，灯才亮，所以达到了节能的目的．4.如图所示，一热敏电阻R T放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下R T的阻值．(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95 ℃.c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．d．闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．e．将R T的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1＝________．g．逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联．(2)本实验原理是电路的电流相等时，外电路的总电阻相等，所以95 ℃和T1时R T对应的电路的电阻相等，有150 Ω＋R0＝R T1＋R1，即R T1＝R0－R1＋150 Ω.答案：(1)实验原理电路图如图所示(2)电阻箱的读数R0仍为I0电阻箱的读数R1R0－R1＋150 Ω一、选择题1.关于传感器的下列说法中正确的有()A．所有传感器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．以上说法都不正确解析：选 B.半导体材料可以制成传感器，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，所以选项A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．2.传感器根据检测量的不同，可以分为物理型、化学型和生物型三类．下列说法中正确的是()A．物理型传感器就是能把被测量量转换成物理量的传感器B．化学型传感器就是能把被测量量转换成化学量的传感器C．生物型传感器就是能把被测量量转换成生物量的传感器D．能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成电学量的传感器是化学传感器解析：选D.物理型、化学型和生物型传感器都是把被测量量转换成电流、电压、电容等电学量的传感器，它们的区别在于物理型传感器检测的是非电学的物理量，化学型传感器检测的是化学物质的成分、浓度等化学量，而生物型传感器则是利用生物机体组织的各种效应来制成的．3.有些热敏电阻的材料是正温度系数的，对此，下列理解正确的是()A．正温度系数的热敏材料只对0 ℃以上的温度敏感B．正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而正比例增加C．正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而增加D．正温度系数的热敏材料的电阻也会随着温度的降低而减小解析：选CD.正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而增加，而不一定是正比例增加，更不是只对0 ℃以上的温度敏感，其“正”字指其阻值与温度同方向变化，既然正温度系数的热敏材料的电阻能随着温度的上升而增加，也能随着温度的降低而减少．4.如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，可判断()A．θ′＝θB．θ′<θC．θ′>θD．不能确定θ和θ′的关系解析：选B.光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当用手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．5.(2012·上海浦东新区高二检测)人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位()A．力传感器B．光传感器C．温度传感器D．生物传感器解析：选 B.太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错．6.光声控延时开关的原理图如图所示，关于其原理，下列说法正确的是()A．图中的光电转换器和声电转换器都包含有敏感元件B．图中转换器和电子线路组成了敏感元件C．图中被控制线路是转换电路D．图中电子线路和被控制线路组成了转换电路解析：选A.图示为光声控延时开关的原理图，其中光电转换器和声电转换器包含有敏感元件，用于感知光和声，电子线路是转换电路，其作用是将光敏感元件和声敏感元件获取的电信息进行放大、调整，以控制电灯线路，电灯线路是被控制线路．7. (2012·陕西安康高二检测)如图是一火警报警装置的一部分电路示意图，其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比()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变小解析：选D.当R2随温度升高而减小时，电路的总电阻减小，总电流增大，电源两端的电压减小，R1两端的电压增大，R3两端的电压减小，R3的电流减小，R2的电流增大．故D正确．为光8.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是()A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析：选AC.当有光照射R1时，光敏电阻减小，电路中的电流增大，R2上获得的电压增大，信号处理系统获得高电压，故A对B错．当工件每挡住一次光时，应该计一次数，故信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，C对D错．9.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：选C.R2与L并联后与R1串联，并与电源组成闭合回路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电阻增大，外电压增大，电流表示数减小，R1两端电压减小，L两端电压增大，亮度变强，答案为C.10.(2012·济南高二检测)有定值电阻、光敏电阻、热敏电阻三只元件．分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置于热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是()A．置于热水中与不置于热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置于热水中与不置于热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻解析：选AC.热敏电阻的阻值随温度变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化，光敏电阻的阻值随光照条件变化．定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照条件变化．二、非选择题11.如图所示，甲、乙是两类热敏电阻的R－t特征图线，如果想用热敏电阻作传感器，并与继电器相连，构成一个简单的自动报警线路，当温度过高时，由继电器接通电路报警．采用图________热敏电阻较好．解析：因为甲种电阻有一段突变，当温度升高时，电阻值突然减小到很小，使电路中的电流变化较大，起到较好的效果．答案：甲12.(2012·河南安阳高二检测)传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图．则(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________(填“a”或“b”)．(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．解析：温度较高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警的话，开关应接在a.要实现温度更高时，即热敏电阻更小时才将报警器电路接通的话，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即P 向左移动．答案：(1)a(2)左1.几种常见传感器的工作原理及用途比较(1)半导体的导电机理，以半导体材料硅为例说明半导体的导电机理，如图是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有4个电子．由于热运动或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，挣脱原子的束缚而成为自由电子．这样，在原来的地方就留下一个空位，称为“空穴”．空穴相当于一个正电荷．当这个空穴由附近原子中的电子来填补时，就出现了一个新的空穴，这种变化相当于空穴在移动．如果有了外电场，自由电子和空穴会向相反的方向做定向移动，于是在半导体中形成了电流．自由电子和空穴都叫做载流子(carrier)．(2)光敏电阻的特性当光敏电阻受到光照射时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性明显地增强，电阻减小．不受光照射时的电阻阻值是受光照射时的100倍～1000倍．3.热敏电阻和金属热电阻(1)区别：①热敏电阻和金属热电阻的导电性能与温度的变化关系不相同，热敏电阻的导电性能随温度的升高可能增强也可能减弱；金属热电阻的导电性能随温度升高而降低．②热敏电阻和金属热电阻的优缺点：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差．(2)联系：热敏电阻和金属热电阻都能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量．。

电阻传感器工作原理电阻传感器是一种常用于测量物理量的传感器，它利用电阻的变化来反映被测量物理量的变化。

本文将介绍电阻传感器的工作原理以及其在各个领域中的应用。

一、工作原理电阻传感器的工作原理基于电阻的变化与被测量物理量之间的关系。

一般而言，电阻传感器由电阻元件和测量电路组成。

电阻元件通常是一种材料，其电阻值会受温度、压力、湿度等物理量的变化而发生变化。

在电阻传感器中，常见的电阻元件包括电阻线圈、电阻片、薄膜电阻和热敏电阻等。

例如，通过改变电阻片的长度或宽度，可以改变电阻片的电阻值。

热敏电阻则利用温度对电阻值的敏感性来测量温度。

测量电路通常由电源、电压或电流源、电压或电流测量设备等组成。

电源为电阻元件提供工作电压，电流或电压源则为电阻元件施加一定的输入信号，测量设备则用于测量电阻元件的电阻值。

二、应用领域电阻传感器具有广泛的应用领域，下面将介绍其中的几个重要应用。

1. 温度测量热敏电阻是一种常用于温度测量的电阻传感器。

通过测量热敏电阻的电阻值，可以获得被测对象的温度。

在温度控制、热管理和工业自动化等领域中，热敏电阻被广泛应用。

2. 压力测量电阻传感器可以通过改变电阻元件的形状或结构来实现压力的测量。

例如，通过敏感薄膜电阻，可以将外界施加的压力转换为电阻的变化，从而实现对压力的测量。

3. 湿度测量湿度传感器利用湿度对电阻值的影响实现湿度的测量。

通过与测量电路相连的湿度传感器，可以获得环境的湿度信息。

湿度传感器广泛应用于气象、农业、航空、建筑等领域。

4. 位移测量电阻传感器可以根据位移对电阻值的影响来实现位移的测量。

通过将电阻元件安装在被测对象上，位移传感器可以实时监测物体的位移变化，广泛应用于机械工程和制造业中。

5. 流量测量某些类型的电阻传感器可以通过流体的流过造成的电阻变化来测量流体的流量。

这种电阻传感器主要应用于流量计和液位传感器等领域。

总结：电阻传感器利用电阻值的变化来测量被测量物理量的变化，具有广泛的应用领域。

电阻式传感器工作原理电阻式传感器是一种常见的传感器类型，它利用电阻的变化来检测和测量物理量。

其工作原理可以简单描述为：当物理量发生变化时，电阻值也会发生相应的变化，通过测量电阻值的变化，我们可以获得物理量的信息。

电阻是电流通过时所遇到的阻碍，它是由导体的几何形状、材料和长度等因素决定的。

一般来说，电阻与导体的截面积成反比，与导体的长度成正比。

当物理量发生变化时，导体的几何形状、材料和长度等因素都可能发生改变，从而导致电阻值的变化。

以温度传感器为例，温度的变化会引起导体材料的热膨胀或收缩，进而改变导体的几何形状和长度。

在这种情况下，电阻值也会发生变化，从而可以通过测量电阻值的变化来获得温度的信息。

其他类型的电阻式传感器，如湿度传感器、压力传感器等，也是利用相应物理量对导体的影响来改变电阻值。

为了测量电阻值的变化，我们需要将电阻式传感器连接到一个称为电桥的电路中。

电桥是由四个电阻组成的，其中一个是电阻式传感器。

当电阻式传感器的电阻值发生变化时，电桥中的电流分布也会发生变化，进而导致电桥的输出电压发生变化。

通过测量电桥的输出电压，我们可以间接地获得电阻式传感器的电阻值变化，从而得到物理量的信息。

需要注意的是，电阻式传感器的工作原理是基于电阻值的变化，因此在测量过程中，我们需要保证电阻式传感器与测量电路的稳定性。

一方面，传感器本身的稳定性对测量结果具有重要影响，因此传感器的制造质量和选用合适的材料十分重要。

另一方面，测量电路的稳定性也是至关重要的，我们需要选择合适的电桥电路来保证测量的准确性和可靠性。

总结一下，电阻式传感器利用电阻值的变化来检测和测量物理量。

其工作原理是通过测量电阻值的变化来获得物理量的信息。

为了实现测量，我们需要将电阻式传感器连接到电桥电路中，并保证传感器与测量电路的稳定性。

通过合理选择传感器材料和制造工艺，以及设计合适的电桥电路，我们可以实现对各种物理量的准确测量，并应用于各种领域，如温度测量、湿度测量、压力测量等。

4.1 传感器的原理4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线[目标定位] 1.知道传感器的定义，理解其工作原理.2.了解光敏电阻、热敏电阻等元件的特征.3.会探究热敏电阻的温度特性曲线.一、什么是传感器光声控延时开关的敏感元件有哪些？你能画出它的原理图吗？ 答案 有光敏感元件和声敏感元件.[要点总结]物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转化成电学量的装置. 非电学量转换成电学量.非电学量――→非电信息敏感元件―→处理电路――→电信息电学量4.敏感元件是传感器中的关键性元件，它承当着直接“感知〞和转换外界信息的任务. 检测量的不同，传感器可分为物理型、化学型和生物型.例1 如图1是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变，R 是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况.将电压表分别接在b 、c 之间与c 、d 之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？图1答案 见解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R 增大，电压表的示数增大.把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，那么R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小.二、研究光敏电阻的导电特性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2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.此光电计数器的根本工作原理是什么？图2答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.[要点总结]半导体材料(如硫化镉)制成的.特点：光照越强，电阻越小.光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.例2(多项选择)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图3B.R2中电流减小答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A 项正确，D项错误.由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，那么R2中电流减小，故B项正确.结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.三、探究热敏电阻的温度特性如图4所示，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R t R t上擦一些酒精，表针将如何摆动？假设用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？图4答案由于酒精蒸发，热敏电阻R t温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，R t温度升高，电阻值减小，指针将向右偏.[要点总结]增大.2.热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半导体材料制成.(1)正温度系数的热敏材料(PTC)：电阻随温度的上升而增加.(2)负温度系数的热敏材料(NTC)：电阻随温度的上升而下降.(3)临界温度系数的热敏材料(CTC)：电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降.例3(多项选择)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5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( )图5C的带电荷量增大C两板间的电场强度减小D.R 1消耗的功率增大 答案 AB解析 当环境温度降低时，R 2变大，电路的总电阻变大，由I ＝ER 总知I 变小，又U ＝E －Ir ，电压表的读数U 增大，B 正确；又由P 1＝I 2R 1可知，R 1消耗的功率P 1变小，D 错误；电容器两板间的电压U 2＝U －U 1，U 1＝IR 1，可知U 1变小，U 2变大，由场强E ′＝U 2d，Q ＝CU 2可知Q 、E ′都增大，故A 正确，C 错误.1.(对传感器的认识)关于传感器，以下说法正确的选项是 ( ) 答案 B解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A 错，B 对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号〞，故C 错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D 错.2.(光敏电阻的特性)如图6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，R 与L 之间用挡板(未画出)隔开，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R 与LED间距不变，以下说法中正确的选项是( )图6P 向左移动时，L 消耗的功率增大 P 向左移动时，L 消耗的功率减小 P 向右移动时，L 消耗的功率可能不变 P ，L 消耗的功率都不变答案 A解析 滑动触头P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终到达增大流过灯泡的电流的效果.3.(对热敏电阻、光敏电阻的认识)如图7所示为某传感装置内部局部电路图，R T为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表.假设发现电压表示数增大，可能的原因是( )图7①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A.①③B.①④C.②③D.②④答案 A解析①热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确.②同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误.③光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，那么电压表的示数增大，故③正确.④光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，那么电压表的示数减小，故④错误.此题选A.。

高中物理第4章传感器与现代社会用传感器做实验信息时代离不开传感器学案沪科版选修1、知道温度传感器、力传感器的原理和应用、2、理解霍尔元件的原理、3、了解现代生产、生活中常用的传感器、1、带电粒子在电场中受到的电场力F＝Eq、2、当带电粒子以速度v在磁场中运动时，若速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为F＝qvB，方向用左手定则判定、一、温度传感器：将温度的变化量转换成电学量的装置、二、力传感器将力学量转换为电学量的装置、三、磁传感器1、霍尔元件是一种磁敏感元件、2、霍尔效应：在金属薄片相对的两侧面通以控制电流I，在与薄片垂直方向施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向的另外两个侧面将产生与控制电流和磁场成正比的电动势UH，这种现象称为霍尔效应，即UH＝RH、四、随处可见的传感器传感器在现代生活中的例子有红外测温仪、数码相机和摄像机、酒精浓度测试仪、煤气报警器等、一、实验中常见几种传感器分析1、温度传感器的原理温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量、如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制器、火警报警器、恒温箱等、2、力传感器的原理如图1所示，力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力，应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量、图13、霍尔效应的原理如图2所示,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应、图2二、随处可见的传感器1、红外测温仪：是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置、2、数码相机和摄像机：敏感元件叫做电荷耦合器件(CCD)，它能将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过A/D转换器转换成数字电信号、3、酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器、在生活中还有煤气报警器、火警报警器、红外报警器、防盗报警器等等、工业生产中有热轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等、三、信息社会离不开传感器智能式传感器集信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出接口等制在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传感器、四、遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论、主要应用在地球资源勘测、环境监控、气象预报、军事侦察等方面、一、对霍尔元件的认识及应用例1 如图3所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B 的变化情况、以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)( )图3A、将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B、在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C、在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D、改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化解析将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B在垂直工作面方向上的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确、答案ABD二、传感器的应用分析例2 按图4所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是__________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是____________________；停止吹风，会发现_____________________________________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现________________________________________________、图4答案由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁亮了电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，右侧电路接通小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高小灯泡熄灭三、传感器的应用实例例3 电饭煲的工作原理如图5所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成、工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)、接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70℃～80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，当温度降到70℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象、图5解析R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度达到70℃～80℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3、由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开、答案见解析例4 一般的电熨斗用合金丝作为发热元件，合金丝电阻随温度变化的关系如图6中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，电熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物、图6有一种用主要成分为BaTiO3、被称为“PTC”的特殊材料作为发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：(1)为什么处于较低温度的PTC电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动稳定在________<t<________范围之内、解析(1)由于温度较低时PTC 材料的电阻值小，故由P＝知，其发热功率大，所以升温快、(2)从题图可以看出，温度较低时，PTC材料的电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，升到一定温度时，电阻值迅速增大，相应的生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故电熨斗的温度会稳定在T6～T7之间、答案(1)温度较低时的PTC材料的电阻值小，电功率大，所以升温快(2)T6 T71、(传感器的应用实例)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小、一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图7甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0、某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程()图7A、物体处于失重状态B、物体处于超重状态C、升降机一定向上做匀加速运动D、升降机可能向下做匀减速运动答案BD解析电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误、2、(传感器的应用实例)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ρ随温度t的变化关系如图8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 ( )图8①通电后，其电功率先增大后减小②通电后，其电功率先减小后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④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A、①②B、②③C、②④D、①④答案D解析当温度由零升到t1的过程中，PTC的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大、当温度继续升高，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在这之间的某一温度t3会有P ＝P3＝P′，即电热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t＜t3时，P＞P′，使温度自动升高到t3；当t＞t3时，P＜P′，使温度自动降到t3，实现自动保温，正确选项为D、3、(传感器的应用分析)如图9所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接到触头a、b上还是c、d 上？热敏电阻两端M、N应接到哪两个触头上？图9答案见解析解析P、Q应该分别接在触头a、b上，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧弹上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制、题组一传感器应用实例1、关于电饭锅的说法正确的是()A、电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁B、感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C、用电饭锅烧水，水开时能自动断电D、用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位答案BD2、如图1所示图1是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板、平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态、发生火灾时，下列说法正确的是()A、进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B、光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C、进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D、以上说法均不正确答案C解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对、3、某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器元件，它们可能是()A、热敏电阻和光敏电阻B、金属热电阻和光敏电阻C、热敏电阻和霍尔元件D、光敏电阻和驻极体话筒答案D解析两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确、4、如图2所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小、电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接、则 ( )图2A、当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B、当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C、工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D、工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端答案B解析根据温度变化，分析R的变化，确定电路中电流的变化，电流增大时，继电器L对衔铁吸引力增大，P 将会被吸下、当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误、当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁吸引力增大，P将会被吸下、故B 正确、恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端、故C、D错误、故选B、题组二对霍尔元件的认识及应用5、如图3所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体的上、下表面的电势关系为( )图3A、UM>UNB、UM＝UNC、UM<UND、无法判断答案A解析霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用定向移动，根据左手定则，金属导体中自由电子受到向下的洛伦兹力作用，向导体的下表面N运动，则导体的上表面M剩下正电荷，所以UM>UN、故选A、6、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(即单位时间内通过管内横截面的流体的体积)、为了简化，假设流量计是如图4所示的横截面为长方形的一段管道，中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c、流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚线)、图中流量计的上、下两面是金属材料，前、后两面是绝缘材料、现于流量计所在处加磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前、后两面、当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I表示测得的电流值、已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为()图4A、(bR＋ρ)B、(aR＋ρ)C、(cR＋ρ)D、(R＋ρ)答案A解析如图甲，导电流体在管中流量Q＝＝vbc①导电流体流经流量计时，在其上、下两表面产生的电动势E＝Bcv②等效电路如图乙，E＝I(R＋ρ)③由①②③可得Q＝(bR＋ρ)，A正确、7、如图5所示，厚度为d、宽度为h的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应、实验表明，当磁场不太强时，电势差UH、电流I和磁感应强度B的关系为UH＝RH、式中的比例系数RH称为霍尔系数、霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场、横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力、当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差、设电流I是由电子的定向移动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：图5(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势________下侧面A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”)、(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________、(3)当导体板上两侧之间的电势差为UH时，电子所受电场力的大小为________、(4)由电场力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为RH＝，其中n代表导体板单位体积中电子的个数、解析(1)导体中电子定向移动形成电流，电子运动方向与电流方向相反，利用左手定则可判定电子向A板偏，A′板上出现等量正电荷，所以A板电势低于A′板电势、(2)洛伦兹力大小F 洛＝Bev(3)电场力F电＝Ee＝e(4)由F洛＝F电得Bev＝e UH＝hvB导体中通过的电流I＝nevdh由UH＝RH得hvB＝RH，得RH＝、答案见解析题组三传感器的应用分析8、如图6所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁心的线圈、P为可绕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 ( )图6A、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可跟被控电路并联答案 A9、如图7所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理、图7答案见解析解析当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高、阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮、10、如图8甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定、电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路、图8答案见解析解析由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，通过光敏电阻的电流增大、根据题意设计的自动光控电路如图所示、控制过程是：当有光照射时，电路中电流增大，经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开，当无光照射时，电路中电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作、。

点囤市安抚阳光实验学校【学案导学设计】高中物理第4章传感器与社会章末总结沪科3-2一、常见敏感元件的特点及用1．光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强阻值减小，光照减弱阻值增大．2．热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数和临界温度系数三种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．3．霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换成电压这个电学量．例1如图1所示是一火警器的电路示意图．其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I，器两端的电压U的变化情况是 ( )图1A．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变小解析R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小．R2↓→R总↓→I 干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确．答案D针对训练如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为值电阻，A、B接监控装置．则( )图2①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压A．①③B．①④C．②③D．②④答案C解析R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误，故选C.二、传感器的用1．传感器的用传感器的用过程包括三个环节：感、传、用．(1)“感”是指传感器的敏感元件感信息，并转化为电学量．(2)“传”是指通过电路将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构．(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．2．传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集；(2)转化传输(这电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路．例2传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图3甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动器线路图．问：图3(1)为了使温度过高时器铃响，c接在________(填“a”或“b”)处．(2)若要使启动的温度提高些，将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．(3)如果在调试器达到最低温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是______________________________________________________．解析热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c接在a处；为使启动的温度提高，则使电路中电阻更大，这样使温度提高，滑片左移．答案(1)a (2)左(3)电源提供电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大例3一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图4甲所示，请用这一热敏电阻自行设计一控制电路，当温度高于某一值后指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮，并且说明滑动变阻器的作用．图4给你的器材有：如图乙所示的继电器一只，热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红、绿色指示灯各一个、两个的电池组、开关两个、导线若干．解析由题图甲所示可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低，是负温度系数的热敏电阻，设计的控制电路如图所示．当温度低于这一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，绿灯所在电路闭合，绿色指示灯亮．当温度高于这一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，红灯所在电路闭合，指示灯亮．滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制．答案(1)控制电路见解析图．(2)此方案中滑动变阻器的作用：主要是通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制．1．(常见敏感元件的特点及用)如图5所示，RT为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为值电阻，电源电动势为E，内阻为r ，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )图5①热敏电阻温度升高，其他条件不变②热敏电阻温度降低，其他条件不变③光照增强，其他条件不变④光照减弱，其他条件不变A．①③ B．①④ C．②③D．②④答案D解析电压表示数变大，而R3为值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT 阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．2．(传感器的用)如图6所示是一种水位自动器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B 时，出现的情况是 ( ) 图6A ．L1灯亮B ．L2灯亮C ．L1、L2两灯同时亮D ．L1、L2两灯都不亮 答案 B解析 由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B 时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．3．(传感器的用)如图7所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E ，内阻不计．不称物体时，滑片P 在A 端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P 下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量值．若滑动变阻器上A 、B 间距离为L ，最大阻值于值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k ，则所称物体的重量G 与电流大小I 的关系为 ( ) 图7A ．G ＝2kL －EkL IR0B ．G ＝kL ＋EkL IR0C ．G ＝EIR0＋kL D ．G ＝kL答案 A解析 设放上物体后，滑片P 向下滑动x ，处于平衡． 由受力平衡得：G ＝kx ① 由闭合电路欧姆律得： (R0＋L －xL R0)I ＝E ②由①②得：G ＝2kL －EkLIR0.4．(传感器的用)用如图8所示的电磁继电器设计一个高温器，要：正常情况绿灯亮，有险情时电铃，可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线． 图8答案 如图所示．解析 将热敏电阻、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a 、b 端；将学生用电源与电铃、绿灯泡分别接入c 、d 、e 之间，正常情况时热敏电阻阻值大，ab 间电流小，电磁铁磁性弱，ce 接通，绿灯亮．温度升高时，热敏电阻阻值变小，ab 间电流变大，电磁铁磁性变强，吸住衔铁，cd 接通，ce 断开，绿灯灭，电铃响．。

高中物理之传感器及其工作原理知识点传感器能够感受诸如力，温度，光，声，化学成分等物理量，并能把他们按照一定的规律转化为便于传送和处理的里一个物理量（通常是电流，电压等电学量)或转换为电路的通断.把非电学量转换为电学量，就可以很方便的进行测量，传输，处理和控制了。

传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如图所示。

传感器应用的一般模式常见传感器的应用光敏传感器——火灾报警器1、光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。

2、光敏传感器的电阻随光照的增强而减小光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。

温度传感器的应用-—电熨斗由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。

（1)电熨斗的构造：（2)电熨斗的自动控温原理其内部装有双金属片温度传感器，如上图所示常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。

温度降低后，双金属片恢复原状,重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用.熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度。

这是如何利用调温旋钮来实现的？常温下,上、下触点应当接触，当温度过高时，双金属片的膨胀系数不同,上层金属的膨胀系数大于下层膨胀系数，上层金属向下弯曲的厉害，从而使上、下触点分离.通过调温旋钮来调节升降螺丝的升降来实现不同温度的设定。

如需设定的温度较高，则应使升降螺丝下降；反之，升高。

测定压力的电容式传感器当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，从而引起电容的变化，如果将电容器与灵敏电流计、电源串联，组成闭合电路，当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大。

4.1 传感器的原理4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线考点一对传感器的认识1.(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( )A.将力学量(如形变量)转变成电学量B.将热学量转变成电学量C.将光学量转变成电学量D.将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件.故选项A、B、C对，选项D错.2.(多选)电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图1所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )图1A.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC考点二对光敏电阻的认识及电路分析3.(多选)如图2所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是( )图2A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大答案AD解析光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确.4.(多选)如图3所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )图3A.严重污染时，LDR是高电阻B.轻度污染时，LDR是高电阻C.无论污染程度如何，LDR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答案AD解析严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR 由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对.5.如图4所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，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( )图4A.a点电势高于b点电势B.a点电势低于b点电势C.a点电势等于b点电势D.a点电势和b点电势的大小无法比较答案A解析R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势.6.(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息.光敏电阻自动计数器的示意图如图5所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )图5A.当有光照射R1时，处理系统获得高电压B.当有光照射R1时，处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AD解析当有光照射R1时，电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次.考点三对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析7.(多选)对热敏电阻，正确的叙述是( )A.受热后，电阻随温度的升高而变化明显B.受热后，电阻基本不变C.热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高D.以上说法都不对答案AC8.如图6所示是观察电阻R的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )图6A.如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B.如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C.如果R为热敏电阻(用负温度系数半导体材料制作)，读数变化非常明显D.如果R为热敏电阻(用负温度系数半导体材料制作)，读数变化不明显答案C解析如果R为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B均错；如果R为热敏电阻，读数变化非常明显，故C对，D错.9.如图7所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )图7A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱答案C解析R2与灯泡L并联后再与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确.如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。

4.1传感器的原理 4.2探究热敏电阻的温度特性曲线(建议用时：45分钟)[学业达标]1.人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器感知太阳方位( )A.力传感器B.光传感器C.温度传感器D.生物传感器【解析】太阳能电池板的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A，C，D错.【答案】 B2.有一热敏电阻的电阻值在t1～t4的温度变化范围内，R­t图像如图4­2­7所示.现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电阻温度计.为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值.现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜(设在t1～t4温度范围内，欧姆表的倍率不变)( )图4­2­7A.t1～t2B.t2～t3C.t3～t4D.都可以【解析】由题图可知热敏电阻值随温度的升高而增大，在t2～t3温度范围内的电阻值随温度的变化较大，即电阻值随温度的变化较为灵敏，故选B.【答案】 B3.(多选)如图4­2­8所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )图4­2­8A.严重污染时，LDR是高电阻B.轻度污染时，LDR是高电阻C.无论污染程度如何，LDR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【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对.【答案】AD4.如图所示，某半导体热敏电阻的I­U图线可能是( )【解析】半导体热敏电阻随温度的升高电阻减小，在I­U图线中，斜率越大，电阻越小，故B选项正确.【答案】 B5.(2016·武汉检测)如图4­2­9所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h的变化为( )【导学号：72000088】图4­2­9A.h增大B.h减小C.h不变D.无法确定【解析】由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化.与平行板电容器类比可得，导电液体的深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大.故A正确.【答案】 A6.如图4­2­10所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图.现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)( )图4­2­10A.如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B.如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C.如果R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化非常明显D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化不明显【解析】金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差.而热敏电阻(用半导体材料制成)灵敏度高，所以选C.【答案】 C7.传感器是一种采集信息的重要器件，如图4­2­11所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路.当压力F作用于可动电极的膜片上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转.在对膜片开始施加恒定的压力至膜片稳定的这段时间，灵敏电流计指针的偏转情况为(电流从灵敏电流计正接线柱流入时指针向右偏)( )图4­2­11A.灵敏电流计指针向右偏B.灵敏电流计指针向左偏C.灵敏电流计指针不动D.不能判断灵敏电流计指针向哪边偏【解析】压力F作用时，极板间距离d变小，由C＝εS4πkd，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电量变大，所以电容器应充电，又由于上极板带正电，灵敏电流计中产生由负接线柱流入的电流，所以指针向左偏.【答案】 B8.(多选)如图4­2­12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.此光电计数器的基本工作原理是( )图4­2­12A.当有光照射R 1时，信号处理系统获得高电压B.当有光照射R 1时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次【解析】 此题考查了光电计数器的工作原理，当光照射到光敏电阻R 1上时，R 1电阻减小，电路中电流增大，R 2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每当低电压转为高电压，就计一个数，从而达到自动计数的目的.【答案】 AD[能力提升]9.如图4­2­13所示是一火警报警器的部分电路示意图.其中R 3为用半导体热敏材料制成的传感器.值班室的显示器为电路中的电流表，a 、b 之间接报警器.当传感器R 3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( )图4­2­13A.I 变大，U 变大B.I 变大，U 变小C.I 变小，U 变小D.I 变小，U 变大【解析】 半导体热敏电阻，温度越高，电阻越小，干路电流就越大，由U ＝E －I总r 知U 将减小；由U 1＝I 总R 1知R 1两端电压将增大，由U 并＝U －U 1知U 并减小，由I ＝U 并R 2知I 将减小，故C 选项正确.【答案】 C10.用图4­2­14甲所示电路测量电流表 的内阻.闭合开关S ，当变阻器的滑片滑至c 处时，电流表和电压表的读数分别为40 mA 、9 V ，已知图甲中热敏电阻的I ­U 关系图线如图乙所示，则电流表的内阻为( )【导学号：72000089】甲 乙图4­2­14A.0.14 ΩB.85 ΩC.140 ΩD.225 Ω【解析】 当电流表读数为40 mA 时，说明热敏电阻的电流为40 mA ，由题图知热敏电阻两端电压U R ＝5.6 V ，则电流表两端电压U ＝9 V －5.6 V ＝3.4 V ，由欧姆定律得R mA ＝U I＝3.440×10－3 Ω＝85 Ω，B 正确. 【答案】 B11.按图4­2­15所示接好电路，合上S 1、S 2，发现小灯泡不亮，原因是______________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡__________，原因是________；停止吹风，会发现________；把热敏电阻放入冷水中会发现__________.图4­2­15【解析】 根据热敏电阻的性质进行分析，由于热敏电阻在常温时阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，使右侧电路接通，小灯泡亮了，停止吹风后，小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高，当把热敏电阻放入冷水中后，热敏电阻温度降低很快，阻值变大，故小灯泡熄灭.【答案】 见解析12.如图4­2­16(甲)为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图4­2­16(乙)为用此热敏电阻R 和继电器做成的温控电路，设继电器的线圈电阻为R x ＝50 Ω，当继电器线圈中的电流大于或等于I c (I c ＝20 mA)时，继电器的衔铁被吸合.左侧电源电动势为6 V ，内阻可不计，试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？【导学号：72000090】甲乙图4­2­16【解析】由题意可知，小灯泡发光，需衔铁被吸合，即继电器线圈中的电流大于或等于I c，而左侧的温控电路，通过继电器线圈的电流等于通过热敏电阻的电流，即I t＝20 mA.根据欧姆定律I＝ER＋R x可得R＝250 Ω，由甲图可知，此时对应的温度为50 ℃，即当温度大于或等于50 ℃时，小灯泡会发光.【答案】大于或等于50 ℃。