沪科版高中物理选修(3-2)第4章《传感器与现代社会》章末总结学案

4.3用传感器做实验-4.4信息时代离不开传感器学案（2020年沪科版高中物理选修3-2）4.3用传感器做实验用传感器做实验4.4信息时代离不开传感器信息时代离不开传感器学科素养与目标要求物理观念1.了解实验室常用的传感器的原理和应用.2.了解传感器在日常生活.生产中的应用.科学态度与责任通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增强学习兴趣并培养正确的科学态度.一.实验中常见的几种传感器的分析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.磁传感器的原理霍尔效应的应用1霍尔元件是一种磁敏感元件.2霍尔效应如图2所示，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UHRHIBd.图2例1多选为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图3所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计，弹簧劲度系数为100N/cm.定值电阻R05，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R125，电源输出电压恒为U3V，理想电流表的量程为00.6A.当拉环不受力时，滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是图3A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC.当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D.当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处答案ABC解析若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，电路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，故A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，IUR0R10.1A，故B正确；拉力为400N时，由Fkx，则x4cm，对应的电阻为RaP20，R1接入电路的电阻RPb5，由闭合电路欧姆定律得，IUR0RPb0.3A，故C正确，D错误.例2xx扬州市邗江中学高二下期中霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序.如图4所示是一霍尔元件的示意图，通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B，图中a.b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为da.b间距离，a.b间将出现电压Uab，则图4A.a.b间电压Uab仅与磁感应强度B有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则ab两端电压Uab0C.若霍尔元件的载流子是正电荷，则ab两端电压Uab0D.若增大霍尔元件宽度d，则ab间电压Uab一定增大答案B 解析霍尔元件宽为d，设霍尔元件厚度为h，则有qUabdqvB，而Inqvdh，则UabBInqh，故A.D错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子向a侧面偏转，a表面带负电，b表面带正电，所以b表面的电势高，则Uab0，故C错误.学科素养通过以上例题，进一步建立传感器的概念，了解各种传感器的工作原理，较好地体现了“物理观念”的学科素养.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.例3如图5所示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，下列说法正确的是图5A.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.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作在同一块芯片上，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.1.力传感器的应用xx烟台市高二下期中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6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.下列判断正确的是图6A.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，升降机可能向下匀加速运动答案C2.温度传感器的应用小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制.经检查，恒温箱的控制器没有故障.参照图7，下列对故障判断正确的是图7A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障答案C解析由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A.B错误.若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误.3.霍尔元件的认识及应用多选如图8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8A.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将发生变化答案ABD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UHRHIBd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.。

高中物理（沪科）选修32：章末综合测评4传感器与现代社会(时间：90分钟分值：100分)一、选择题(本大题共12个小题，共48分，在每题给出的四个选项中，第1～7题只要一项契合标题要求，第8～12题有多项契合标题要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．许多牛奶制品中被检测出化学原料三聚氰胺．在多种检测三聚氰胺的方法中有一种〝酶标法检测〞，这种检测方法运用的传感器，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C[检测方法为酶标法，所以其原理应该是应用了生物酶，故应为生物传感器，所以C正确．]2．传感器普遍运用在我们的消费生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图1所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发作变化，与之相连的电子线路就可以检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘运用的是()【导学号：53932111】图1A．温度传感器B．压力传感器C．磁传感器D．光传感器B[小金属片被按下时，对该键有一个压力，小金属片向下移动，两个极板之间的距离改动，电容改动，将压力这个力学量转化为电容这个电学量，所以计算机键盘运用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．]3．有一种在光照或温度降低时排气扇都能启动的自动控制装置，以下说法正确的选项是()【导学号：53932112】A．两个传感器都是光电传感器B．两个传感器区分是光电传感器和温度传感器C．两个传感器能够区分是温度传感器、电容式传感器D．只要光照和温度都适宜时排气扇才干任务B[题中提到有光照或温度降低时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动任务只需光照或温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对．]4．如图2所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器．它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时()图2A．电路中的电流减小，油箱油面降低B．电路中的电流减小，油箱油面降低C．电路中的电流增大，油箱油面降低D．电路中的电流增大，油箱油面降低D[当油箱油面降低时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，而回路电阻减小，电流增大，故D项正确．]5．某仪器外部电路如图3所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端区分与金属丝制造的弹簧相连，并套在润滑水平细杆上，a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上)．当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长形状．假定将该仪器固定在一辆汽车上，那么以下说法正确的选项是()图3A．当汽车减速行进时，甲灯亮B．当汽车减速行进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮B[向右减速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当刹车时，M向右移动，与c接触，甲灯亮．应选项B正确．]6．如图4所示是应用电容器测量角度的传感器表示图．当动片和定片之间的角度θ发作变化时，电容C便发作变化，测出C的变化状况，就可知道θ的变化状况．以下图的四个图像中，能正确反映C和θ间函数关系的是()图4A B C DA[由于电容和两块极板之间正对面积的大小是成正比的．而θ的增大使得动片和定片的面积减小，所以使得C减小，又θ增大招致面积减小是依照线性规律的，所以选A.]7．如图5所示是电容式话筒的表示图，它是应用电容制造的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发作变化，招致话筒所在电路中的其他量发作变化，使声响信号被话筒转化为电信号，其中招致电容变化的缘由能够是电容器两板间的()图5A．距离变化B．正对面积变化C．介质变化D．电压变化A[此题考察传感器的运用．这个声传感器可归到电容传感器中．由题意，对着话筒说话时，振动膜前后振动，那么金属层和金属板间距离改动，即电容器两极板间距离改动，故招致电容变化的缘由能够是电容器两极板间的距离变化，故正确答案为A.]8．如图6是电饭锅结构表示图，关于电饭锅以下说法正确的选项是()图6A．电饭锅中的传感器磁体是一种半导体资料B．末尾煮饭时，压下开关按钮的缘由是克制弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路C．用电饭锅煮米饭，饭熟后水分被大米吸收，锅底的温度会降低，当降低到〝居里温度〞时，电饭锅会自动断电D．用电饭锅烧水，水沸腾后也可以自动断电BC[依据电饭锅的结构及任务原理可知B、C正确，水的沸腾温度为100 °C，故D错．]9．关于传感器的作用，以下说法中正确的选项是()【导学号：53932113】A．通常传感器可以直接用来停止自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感遭到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将一切感遭到的信号都转换为电学量BC[传感器是将感受的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C正确．]10．以下说法正确的选项是()A．热敏电阻可以将热量这个热学量转换为电阻这个电学量B．金属热电阻的化学动摇性和灵敏度都较好C．金属热电阻的化学动摇性较好，但灵敏度差D．电熨斗中的双金属片是温度传感器CD[热敏电阻是可以将温度这个热学量转换为电阻这个电学量的元件，A 错误；金属热电阻化学动摇性好，但灵敏度差，B错误，C、D正确．] 11．电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其任务原理如图7所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N构成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发作变化，电路中构成变化的电流．当膜片向右运动的进程中有()图7 A．电容变大B．电容变小C．导线AB中有向左的电流D．导线AB中有向右的电流AC[由C＝εS4πkd知，膜片向右运动的进程中，d减小，所以电容变大，电容器两端电压没有变化，电容器要继续充电，所以导线AB中有向左的电流．] 12．如图8所示是某居民小区门口应用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．那么()【导学号：53932114】图8A．当有人经过而遮盖光线时，A、B之间电压降低B．当有人经过而遮盖光线时，A、B之间电压降低C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压BC[R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人经过而遮盖光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B之间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确．由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B之间的电压U增大，故C正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B之间的电压U减小，故D错误．]二、计算题(本大题共4小题，共52分，按标题要求作答)13．(12分)目前有些居民区内楼道灯的控制，运用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图9所示．图中D是白色发光二极管(只需有很小的电流经过就能使其收回白色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．依据上述信息和原理图，我们可推断：图9按钮开关K按下前，发光二极管是________(填〝发光的〞或〝熄灭的〞)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光继续时间约________ min.这一进程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻R L相比，应满足R________R L的条件．【解析】开关K按下前，S断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的．当按下开关K后，延时开关S闭合，二极管和R被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故灯泡L能继续发光1 min，由于R为限流电阻，且二极管只需有很小的电流经过就能发光，故应满足R≫R L.【答案】发光的1熄灭的≫14．(14分)如图10所示，图甲为某热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个复杂的恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω.当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻不计．图中的〝电源〞是恒温箱加热器的电源．(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B两端还是C、D两端？(2)假设要使恒温箱内的温度坚持100 ℃，滑动变阻器R′的阻值应调理为多少？甲乙图10【解析】(1)应接在A、B两端．(2)由题图甲可知，t＝100 ℃时R＝50 Ω，那么t＝100 ℃时继电器电路中的电流I＝ER＋R′＋R继又E＝6 V，I＝20 mA，R继＝150 Ω代入数据，解得R′＝100 Ω.【答案】(1)应接在A、B两端(2)100 Ω15．(12分)一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图11甲所示．请用这一热敏电阻设计一控制电路．当温度高于某一值后白色指示灯亮，当温度低于这一值时绿色指示灯亮．甲乙图11给你的器材有：如图11乙所示的继电器一个(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线假定干等．【解析】设计的控制电路如下图．由题图中甲可以看出热敏电阻的阻值随温度降低而减小，是负温度系数的热敏电阻．当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，衔接上绿灯，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，c、d被闭合，衔接上红灯，白色指示灯亮，滑动变阻器作限流式衔接，经过调理滑动变阻器满足热敏电阻对某一温度的控制．【答案】见地析16．(14分)减速度计是测定物体减速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船制导系统的信息源．如图12所示为应变式减速度计．当系统减速时，减速度计中的敏感元件也处于减速形状．敏感元件由弹簧衔接并架在润滑支架上，架与待测系统固定在一同，敏感元件下端可在滑动变阻器R上自在滑动．当系统减速运动时，敏感元件发作位移并转换为电信号输入，就可以依据输入电压的大小求出物体的减速度．【导学号：53932115】图12：敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R ，有效长度为l ，静态时，输入电压为U 0，试写出减速度a 随输入电压U 变化的关系式．【解析】 设静态时，滑动变阻器滑片与变阻器左端的距离为x ，那么有：U 0＝E R ·x l R当系统以减速度a 向左减速时，设敏感元件向右移动Δx ，那么对敏感元件由牛顿第二定律得：2k Δx ＝ma此时输入电压U ＝E R ·x ＋Δx l R由以上三式得a ＝2kl (U －U 0)Em当U ＞U 0时，系统为向左减速；当U ＜U 0时，系统为向右减速．【答案】 a ＝2kl (U －U 0)Em。

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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]1.传感器是通过测量外界的物理量、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.2.各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量.3。

传感器的结构非电学量错误!敏感元件―→处理电路错误!电学量4。

敏感元件是传感器中的关键性元件，它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务.5。

根据检测量的不同,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。

2017沪科版高中物理选修第4章第2节《用传感器做实验 信息时代离不开传感器》word 学案[学习目标定位] 1.明白温度传感器、力传感器的原理和应用.2.懂得霍尔元件的原理.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锐元件．2．霍尔效应：在金属薄片相对的两侧面通以操纵电流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操纵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 IB d .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，它能把温度那个热学量转换为电压那个电学量．如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度操纵器、火警报警器、恒温箱等．2．力传感器的原理如图1所示，力传感器能够用来测重力、压力、拉力等各种力，应变片能够把物体形变那个力学量转换为电压那个电学量．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显现电势差,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．3．酒精浓度测试仪：敏锐元件是酒精传感器．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、信息经历、逻辑思维和判定功能于一身，把运算机、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差不多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，用运算机处理、识别，得出结论．要紧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，关于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则能够验证UH 随B的变化情形．以下讲法中正确的是(工作面是指较大的平面)() 图3A．将永磁体的一个磁极逐步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步靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝kIBd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，因此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，发觉小灯泡不亮，缘故是__________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发觉小灯泡________，缘故是_____ _______________；停止吹风，会发觉_____________________________________________ ________；把热敏电阻放入冷水中会发觉__________________________________ ______________．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可不能赶忙熄灭，因为热敏电阻温度仍旧较高小灯泡熄灭三、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，即操纵部分：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，因此R1、R2起_ _______作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，因此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，试讲明此现象．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是自动操纵温度开关，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R 2＞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4一样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、干湿等情形不同，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畴内波动，易损坏衣物．图6有一种用要紧成分为BaTiO3、被称为“PTC”的专门材料作为发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动操纵温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，按照图线分析：(1)什么原因处于较低温度的PTC电熨斗刚通电时比一般电熨斗升温快？(2)通电一段时刻后电熨斗温度t自动稳固在________<t<________范畴之内．解析(1)由于温度较低时PTC材料的电阻值小，故由P＝U2R知，其发热功率大，因此升温快．(2)从题图能够看出，温度较低时，PTC材料的电阻较小，热功率较大，因此生热快于散热，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固在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，因此升温快(2)T6T71．(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定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，讲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，电热部分要紧元件是PT C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，以下判定正确的是()图8①通电后，其电功领先增大后减小②通电后，其电功领先减小后增大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．当温度连续升高，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＝P 3＝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所示是一种自动操纵水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接到触头a、b上依旧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，从而实现水温操纵．题组一传感器应用实例1．关于电饭锅的讲法正确的是()A．电饭锅中的温度传感器的要紧元件是氧化铁B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度专门高时失去铁磁性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、光电三极管和不透亮的挡板．平常间电三极管接收不到LED发出的光，出现高电阻状态．发生火灾时，下列讲法正确的是()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．以上讲法均不正确答案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，显现声音才能发光，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，因此选项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操纵电路，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、热敏电阻等组成操纵电路，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解析按照温度变化，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将可不能被吸下，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，因此工作时，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>UN B．UM＝UNC．UM<UN D．无法判定答案A解析霍尔效应形成的缘故是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用定向移动，按照左手定则，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，因此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(即单位时刻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．当导电流体稳固地流经流量计时，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4 A.I B (bR ＋ρc a ) B.I B (aR ＋ρb c ) C.I B (cR ＋ρa b )D.I B (R ＋ρbc a )答案 A 解析 如图甲，导电流体在管中流量Q ＝v ·Δt ·b ·c Δt＝v ·b ·c ① 导电流体流经流量计时，在其上、下两表面产生的电动势E ＝B ·c ·v ②等效电路如图乙，E ＝I ·(R ＋ρc ab )③由①②③可得Q ＝I B (bR ＋ρc a )，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 IB d .式中的比例系数RH 称为霍尔系数．霍尔效应可讲明如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子集合在导体板的一侧，在导体板的另一侧会显现余外的正电荷，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稳时，导体板上下两侧之间就会形成稳固的电势差．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 ，回答下列咨询题：图5(1)达到稳固状态时，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稳的条件，证明霍尔系数为RH ＝1ne ，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 ′板上显现等量正电荷，因此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 ＝UH h e(4)由F 洛＝F 电得Bev ＝UH h e UH ＝hvB导体中通过的电流I ＝nev ·d ·h由UH ＝RH IB d 得hvB ＝RH nevdhB d ，得RH ＝1ne .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，可完成自动操纵的要求．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所示为一自动操纵温度的电路，请讲明其工作原理．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，调剂滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光亮度逐步增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试按照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能够看出，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．按照题意设计的自动光控电路如图所示．操纵过程是：当有光照耀时，电路中电流增大，通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，当无光照耀时，电路中电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器开释衔铁，使两个触点闭合，操纵电路接通，灯开始工作．。

第4章传感器与现代社会章末总结一、常见敏感元件的特点及应用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应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.例1如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图.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 ( )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变小答案 D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.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为定值电阻，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；由闭合电路欧姆定律得：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，故应选C.二、传感器的应用1.传感器的应用传感器的应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应信息，并转化为电学量.(2)“传”是指通过电路等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部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路.例2 (多选)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3所示，由于这种特性，使PTC元件具有发热、保温双重功能.以下判断正确的是( )图3A.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之间的某一值不变答案AD解析当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度的升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在电热灭蚊器上的电压U保持不变，电热灭蚊器的电功率P随之增大，当t＝t1时，电功率P达到最大.当温度由t1升高到t2的过程中，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，高于环境温度的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′，即电功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t<t3，P>P′，使温度自动升高到t3；当t>t3，P<P′，使温度自动降为t3，实现自动保温.例3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、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻R T阻值随温度变化的图线如图4甲所示，图乙是由该热敏电阻R T作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问：图4(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处.(2)若要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”).(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，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正常工作的原因可能是_____________________________.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解析热敏电阻R T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应接在a处；为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片应左移.1.(传感器的应用)如图5所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是 ( )图5A.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金属块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.2.(传感器的应用)一热敏电阻在温度为80℃时阻值很大，当温度达到100℃时阻值就很小(认为是零)，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在80℃到100℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图6所示，图中R1为热敏电阻，R2为电阻丝.请简述其工作原理.图6答案见解析解析开始水温较低时，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热；当水温达到100℃左右时，R1阻值变得很小，R2被短路，将停止加热；当温度降低到80 ℃时，R1阻值又变得很大，R2又开始加热.这样就可达到保温的效果.3.(传感器的应用)用如图7所示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生电源(两个)、继电器、滑动变阻器、开关、导线.图7答案如图所示解析将热敏电阻、学生电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端；将学生电源与电铃、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.。

本章优化总结传感器工作原理及常见敏感元件1．传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，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，传感器原理如框图所示．2．常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．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：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，U H ＝R H IB d．(多项选择)家用电热灭蚊器中电热局部的主要元件是PTC ，PTC 元件是由钛酸钡等半导体材料制成的用电器，其电阻率与温度的关系如下图，由于这种特性，因此，PTC 元件具有发热、控温双重功能．对此，以下判断中正确的组合是( )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T 1或T 2不变D ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T 1到T 2的某一值不变[解析] 从题图像看出，通电后，随着温度的升高，电阻率先减小后增大，PTC 元件的电阻先减小后增大，由功率公式P ＝U 2R可知，功率是先增大后减小，在图像中反映在T 0～T 1段；温度T 1以后，随着温度的升高，电阻将增大，假设发热功率大于散失的热功率，温度将继续升高，直到发热与散热平衡；假设发热量小于散热量，电阻将减小，发热功率因此而增大，直到发热与散热平衡，所以温度将保持在T 1、T 2之间某一温度上．[答案] AD传感器在实际问题中的应用1．随着信息技术和计算机技术的开展，传感器技术迈入了快速开展时期．我国将传感器技术列为重点开展的尖端技术，投入大量的人力物力，研制和开发了各种新型的传感器．传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域，因此传感器将是今后高考的热点之一．题型较全，考查内容常与力学及电路问题结合起来，表达了一定的设计、创新能力．2．分析传感器问题的思维方法(1)确定传感器所受的物理量，传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等．(2)转换电路通过元件把敏感元件的输出转换成电信号，最后借助于转换电路把电信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量．某同学设计了一个加速度计，如下图．较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑动两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比．这个装置实际上是一个加速度传感器．两个电池E的电压相同．按图连接电路后，电压表指针的零点调在中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转．你认为他的设计在原理上可行吗？将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指针将向哪个方向偏转？[解析] 该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片在变阻器中央时P、Q等势，电压表指针指中央零点．这个装置可以同时测出加速度的大小和方向，大小可以通过电压表示数表示，方向可以通过偏转方向判定．当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，那么变阻器右端电阻大，故电流流过变阻器时，变阻器右端的电压降增大，那么Q点电势高于P点，那么指针应向零点左侧偏转．[答案] 见解析。

4.3 用传感器做实验4.4 信息时代离不开传感器[目标定位] 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.一、实验中常见的几种传感器的分析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.磁传感器的原理(霍尔效应的应用)(1)霍尔元件是一种磁敏感元件.(2)霍尔效应：如图2所示，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U H ，这种现象称为霍尔效应，即U H ＝R H IB d .图2例1 (多选)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U H 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，U H 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，U H 将发生变化答案 ABD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U H ＝R H IB d 知U H 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，U H 将发生变化，选项D 正确. 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. 例3如图5所示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( )图5A.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.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作在同一块芯片上，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.1.(传感器的应用实例)(多选)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6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6A.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.(温度传感器的应用)小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制.经检查，恒温箱的控制器没有故障.参照图7，下列对故障判断正确的是( )图7A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障答案 C解析由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误.若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误.3.(传感器的应用分析)如图8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8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，热敏电阻阻值增大，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.4.(传感器的应用实例)电饭煲的工作原理如图9所示，可分为两部分，即控制部分：由S 2、R 1和黄灯组成.工作(加热)部分：由发热电阻R 3、R 2和红灯组成，S 1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)，S 2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R 1、R 2起________作用，R 3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，所以S 2是________(填“断开的”或“闭合的”).接通电源并按下S 1后，黄灯灭而红灯亮，R 3发热，当温度达到70℃～80℃时，S 2断开，当温度达到103℃时饭熟，S 1断开，当温度降到70℃以下时，S 2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R 2________R 3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S 1才会断开，试解释此现象.图9答案 见解析解析 R 1、R 2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S 2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R 3的功率较大，因此R 2＞R 3.由于开关S 1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S 1才会断开.。