【创新方案】2015-2016学年高中物理 第六章 传感器教师用书(含解析)新人教版选修3-2
高中物理 第六章 第1节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
ppt精选
12
1．传感器是将能感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量 的量(一般是电学量)的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图 所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构 成一个电容器，从电容 C 大小的变化情况就能反映出液面高度 h 的高低情 况，则两者的关系是( )
答案：选 B
ppt精选
14
考点二
光敏电阻和热敏电阻的应用
1．光敏电阻 (1)特点：光敏电阻一般由硫化镉等半导体材料做成，无光照时载流子 极少，导电性能不好，随着光照增强，载流子增多，导电性变好。 (2)特性：光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。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。
ppt精选
3
有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当 壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的 传感器？
解析：这种水壶上安装了压力传感器。当水壶中的水减少到一定程度 时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用。
ppt精选
4
2．光敏电阻 (1)特点：在被光照时 电阻 发生变化。 (2)原因：无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强， 载流子 增多 ，导电性变好。 (3)作用：把 光照强度 这个光学量转换为 电阻 这个电学量。
A．I 变大，U 变大 C．I 变小，U 变大
B．I 变小，U 变小 D．I 变大，U 变小
ppt精选
18
[思路探究] (1)明确 NTC 半导体热敏材料制成的 R2 其电阻随温度如何变化。 (2)知道 R2 在电路中的位置及电路结构。
[解析] 当 R2 处出现火情时，NTC 热敏材料制成的传感器的电阻将减 小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压 将减小，U 减小；电路中的总电流增大，所以 R1 上的电压增大，显示器两 端的电压将减小，电流 I 减小，B 正确。
2015-2016学年高中物理 第六章传感器综合测评 新人教版选修3-2
第六章传感器时间：60分钟满分：100分一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分．选不全的得3分，有选错或不答的不得分)1．(多选)(2014·如皋高二检测)下列说法正确的是( )A．热敏电阻是把热量这个热学量转为电阻这个电学量B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差C．电熨斗中的双金属片是温度传感器D．霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件【解析】热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，A错误，B、C、D正确．【答案】BCD2．(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中，正确的是( )A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器B．电子体温计主要是采用了温度传感器C．电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器D．电子秤主要是采用了力电传感器【解析】电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以A、C项错误．【答案】BD3．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中错误的是( )A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用【解析】本题考查了基本物理知识．热敏电阻可应用于温度测控装置中，A说法正确；光敏电阻是将光信号转换为电信号的传感器，B说法正确；电阻丝中通过电流时会产生热效应，可应用于电热设备中，C说法正确；电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，D说法错误．【答案】 D4．某仪器内部电路如图1所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法正确的是( )图1A．当汽车加速前进时，甲灯亮B．当汽车加速前进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮【解析】汽车匀速时，a、b、c金属片不接触，所以甲、乙灯都不亮；当加速前进时，M受合外力向右，故b向后运动与a接触，乙灯亮；同理当刹车时，b向前运动与c接触，甲灯亮，故选B.【答案】 B5．(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2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( )图2A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，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】一般定值电阻的阻值不会随光照强度或温度的变化而变化太大；对于热敏电阻来说，热敏电阻的阻值会随温度的升高而逐渐变小，它对温度的反应是十分灵敏的；对于光敏电阻来说，它的阻值随光照强度的变化而变化，当光照强度增强时光敏电阻的电阻值会随之而减小．本题是采用用黑纸包裹和放入热水中两个条件来改变电阻周围的环境的．不管放入热水中还是用黑纸包裹，一般电阻的阻值都不会发生太大变化；若电阻是光敏电阻，则当用黑纸包裹电阻时欧姆表的示数会有明显的改变；而当电阻是热敏电阻时，当把电阻放在热水中时，电阻值会发生明显的变化．所以本题答案是A、C.【答案】AC6．(多选)如图3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( )图3A．常温下感温磁体具有较强的磁性B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起【解析】感温磁体在常温下磁性较强，当温度超过“居里温度”时会突然失去磁性，A项正确，B项错误；只要锅底的温度超过103 ℃，感温磁体就失去磁性，开关按钮会跳起，但常压下烧水，不会超过103 ℃.所以水开后开关按钮不会自动跳起，要想自动跳起，只有水被烧干后，C项、D项正确．【答案】ACD7．(2014·上饶四校联考)如图4是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是( )图4A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断【解析】由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错、B对；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C对；利用双金属片热胀冷缩是控制电路的通断，D对．【答案】 A8．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5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5①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t 1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 1和t 2之间的某一值不变A ．①③B ．②③C ．②④D ．①④【解析】 当电热灭蚊器温度由0升到t 1的过程中，电阻器的电阻率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，由P ＝U 2R知灭蚊器的热功率P 逐渐增大，当t ＝t 1时，P ＝P 1达到最大．当温度由t 1升高到t 2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t 3会有P ＝P 3＝P ′，电热功率等于散热功率，即达到保温．当t ＜t 3，P ＞P ′，使温度自动升高到t 3；当t >t 3，P <P ′，使温度自动降为t 3，实现自动调温，正确选项为D.【答案】 D图69．传感器是一种采集信息的重要器件．如图6所示为测定压力的电容式传感器，A 为固定电极，B 为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现已知该电容式传感器充电完毕且电荷量不变，将它与静电计相连，如图所示．当待测压力增大时( )A ．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将增大B ．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将减小C ．电容器的电容将减小，静电计指针偏角将减小D ．电容器的电容将不变，静电计指针偏角不变【解析】 本题考查电容器、传感器等有关知识当压力增大时，平行板间距d 减小，根据C ＝εS 4πkd 可知，电容器的电容增大，电容器所带电荷量Q 不变，根据C ＝Q U可知，电压减小，则静电计指针偏角减小，B 正确．【答案】 B10．(多选)振弦型频率传感器的结构如图7所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的振动频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．下列说法正确的是( )图7A ．当软铁块与磁铁靠近时，a 端电势高B ．当软铁块与磁铁靠近时，b 端电势高C ．膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高D ．膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高【解析】 当铁块靠近磁铁时，铁块被磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可知，感生电流的磁场方向应与原磁场变化方向相反，因此b 端电势比a 端电势高，选项B 正确；膜上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，所以选项C 正确．【答案】 BC二、填空题(本题共3小题，共20分，把答案填在题中的横线上)11．(6分)广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器，是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的．在图8甲中，电源的电动势E ＝9.0 V ，内电阻可忽略；G 为内阻不计的灵敏电流表；R 0为保护电阻；R 为热敏电阻，其电阻值与温度变化关系如图8乙的R t 图象所示．则热敏电阻R 与摄氏温度t 的关系为R ＝________；闭合开关S ，当R 的温度等于40 ℃时，电流表示数I 1＝2.25 mA ，则当电流表的示数I 2＝3.6 mA 时，热敏电阻R 的温度是________℃.图8【解析】 根据图乙直线的特点求出热敏电阻R 与摄氏温度t 的关系，设R ＝kt ＋b ，根据t ＝0时，R ＝4.25 k Ω(此处易误读为R ＝4.5 k Ω，要小心)，得b ＝4.25 k Ω，再根据t ＝120 ℃时，R ＝2 k Ω，得k ＝2－4.25120＝－0.01875，所以得R 与t 的关系为R ＝－1.875×10－2 t ＋4.25.由图甲，有E ＝I (R ＋R 0)，由图乙读出，当t ＝40 ℃时，R ＝3.5 k Ω，代入得9＝2.25×(3.5＋R 0)，可求出R 0＝0.5 k Ω，又有9＝3.6×(0.5＋R )，解得R ＝2 k Ω，查题图乙得t ＝120 ℃.【答案】 －1.875×10－2 t ＋4.25 12012．(6分)如图9(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS 方法对模型进行测量，其结果如图9(b)中电脑屏幕所示．图9(1)图(a)中的传感器为________传感器；(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填“a”“b”或“c”)；(3)如增大小球在斜槽上的高度，在图(b)中大致画出小球能过凸形桥甲时的压力图线．【解析】(1)该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；(2)小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的图线应是电脑屏幕上的c；(3)增大小球在斜槽上的高度，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点应更低一些．【答案】(1)力电(2)c(3)图略，图线与c相比较，最低点更低一些13．(8分)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧．现在用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧．在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图10所示．设计一个满足上述要求电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B.(电路图画在方框内)图10【解析】臭氧发生器正常工作时电流I＝2410×103A＝24×10－4 A＝2.4 mA.R1允许通过的最大电流为3 mA，所以用R1与P串联，由于滑动变阻器值R2远小于P的电阻，所以采用滑动变阻器分压式接法．电路如图所示．【答案】见解析三、计算题(本题共3小题，共30分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)14．(8分)用煤气烧水时，如果水开了，不及时关掉煤气，时间长了，会发生火灾，请设计一报警器，水开时，能及时报警，提醒主人及时关掉煤气？【解析】如图所示，当t上升到一定温度时，R t变得较小，AB间电压变得较大，使蜂鸣器D工作报警．【答案】见解析图1115．(10分)在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω，结构如图11所示，当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号，成为航天器的制导信号源，已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：(1)弹簧形变量x与ω的关系式．(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．【解析】(1)由圆周运动规律知kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)即kx－mω2x＝mω2l0，所以x＝mω2l0k－mω.(2)由串联电路的规律知U＝xlE＝mω2l0El（k－mω2）.【答案】(1)x＝mω2l0k－mω2(2)U＝mω2l0El（k－mω2）16．(12分)图12(甲)为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，AB间电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图12(乙)所示．图12(1)求出线圈L 的直流电阻R L ；(2)指出图(甲)中断开开关后通过电灯的电流方向；(3)在t 2＝1.6×10－3 s 时刻线圈L 中的感应电动势的大小是多少？【解析】 (1)由图读出，开始时流过电感线圈L 的电流I 0＝1.5 A由欧姆定律I 0＝UR L ＋R ，解得R L ＝UI 0－R ＝2 Ω. (2)电流方向向左．(3)由图读出，t 2＝1.6×10－3 s 时刻线圈L 的电流I ＝0.30 A线圈L 此时是一个电源，由全电路欧姆定律E ＝I (R L ＋R ＋R 1)，得E ＝3.0 V.【答案】 (1)2 Ω (2)电流方向向左 (3)3.0 V附加题(本题供学生拓展学习，不计入试卷总分)17．如图13是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图，利用电压表(内阻很大)的示数来指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表的示数为零．设变阻器的总电阻为R ，总长度为L ，电源电动势为E ，内阻为r ，限流电阻为R 0，弹簧的劲度系数为k .若不计一切摩擦和其他阻力．图13(1)求出电压表示数U x 与所称物体质量m 的关系式；(2)由(1)的计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于制作刻度．为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在图的基础上完成改进后的电路原理图，并得出电压表示数U x 与待测物体质量m 的关系式．【解析】 (1)由胡克定律知mg ＝kx ，R 连入电路中的有效电阻R x ＝R L ·x ＝mgR kL ，根据闭合电路的欧姆定律可知I ＝E R 0＋r ＋R x ，则U x ＝I ·R x ＝mgER kL （R 0＋r ）＋mgR. (2)改进后的电路图如图所示，电路电流I ′＝E R 0＋R ＋r，电压表示数U x ＝I ′R x ＝E R 0＋r ＋R ·R L ·mg k ＝mERg （R 0＋r ＋R ）Lk.【答案】 (1)mgER kL （R 0＋r ）＋mgR (2)mERg （R 0＋r ＋R ）Lk。
高中物理 第6章 传感器 第2节 传感器的应用课件 新人教版选修3-2
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
解析：选C 由火灾报警器的工作原理可知，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，选 项C对．
的弹力变为F2′＝20 N．规定汽车运动的方向为正，由牛顿第
二定律得F＝F2′＝ma2，得a2＝
F2′ m
＝－10
m/s2，负号表示方
向向后(向左)．
答案：(1)4 m/s2 方向向右(即A指向B) (2)10 m/s2，方向向左(即B指向A)
要点二 传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)组成及敏感元件：由金属梁和 1 __应__变__片____组成，敏感 元件是 2 ____应__变__片__．
簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传 感器上的力为拉力时，示数为负．现将装置沿运动方向固定在 汽车上．汽车静止时，A、B的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
(1)若传感器A的示数为14.0 N，B的示数为6.0 N，求此时汽 车的加速度大小和方向；
(2)当汽车以什么样的加速度运动时，传感器A的示数为零？
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟 悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入 信号间的规律．
(4)执行机构分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何 向电学量转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构 进行工作的过程．
①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是 否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放 大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通 断，借助仪表进行显示等)．
【新步步高】2015-2016学年高二物理人教版选修3-2学案：第六章1传感器及..
学案1传感器及其工作原理[目标定位] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．一、什么是传感器[问题设计]如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭．图1盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？答案盒子里用到了干簧管．把干簧管串入电路，当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用．[要点提炼]1．干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．图2作用：在电路中起到开关的作用，它是一种能够感知磁场的传感器．2．传感器定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件．3．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．4．在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的．二、光敏电阻[问题设计]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3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什么？图3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．[要点提炼]1．光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻．2．原理：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．3．特点：光照越强，电阻越小．4．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．三、热敏电阻和金属热电阻[问题设计]如图4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T(温度升高，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R T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图4答案 由于酒精挥发，热敏电阻R T 温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T 温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．[要点提炼]1．热敏电阻：用电阻随温度变化非常明显的半导体材料如(氧化锰)制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．2．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．3．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．四、霍尔元件[问题设计]如图5所示，在矩形半导体薄片E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向移动，使M 、N 间出现了电压，称为霍尔电压U H .试推导其表达式．图5答案 设薄片厚度为d ，EF 方向长度为l 1，MN 方向长度为l 2，薄片中的载流子受到洛伦兹力发生偏转，使半导体内部出现电场，载流子同时受到电场力和洛伦兹力的作用，当洛伦兹力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到稳定．即q U l 2＝q v B 再根据电流的微观表达式I ＝nq v S ，S ＝l 2d整理得：U ＝IB nqd令k ＝1nq，其中n 为材料单位体积的载流子的个数，q 为单个载流子的电荷量，它们均为常数．则有U ＝k IB d. [要点提炼]1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件．2．原理：E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间出现电压．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．3．作用：霍尔电压U H ＝k IB d(d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数)．其中U H 与B 成正比，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．4．霍尔电势高低的判断方法由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向．一、对传感器的认识例1 如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．图6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．(1)若把一只电压表接在c 、d 之间当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．(2)将电压表接在b 、c 之间，当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．解析 (1)当油量减少时，R 的数值会增大，电路中的电流会减小，c 、d 间的电压会减小．当把电压表接在c 、d 两点间，电压表示数减小时，表示油量在减小．(2)把电压表接在b 、c 之间，油量减少时，R 增大，电压表的示数增大．答案 (1)减小 (2)增大二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例2 如图7所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图7A ．电压表的示数增大B ．R 2中电流减小C ．小灯泡的功率增大D ．电路的路端电压增大解析 当光强度增大时，R 3阻值减小，外电路电阻随R 3的减小而减小，R 1两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R 1两端电压增大知，R 2两端电压必减小，则R 2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．答案 ABC三、对霍尔元件的认识及应用例3 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8A ．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 ＝kIB 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．答案ABD传感器及其工作原理⎩⎪⎨⎪⎧ 传感器：能够感受非电学量，并按照一定的规律转换 为电学量或转换为电路的通断的一类元件常用元器件⎩⎪⎨⎪⎧ 光敏电阻：随光照增强，阻值减小热敏电阻：随温度升高，阻值减小金属热电阻：随温度升高，阻值增大霍尔元件：把磁感应强度转换为电压1．(对传感器的认识)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.(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图9所示电路中，电源电动势为E ，内阻为r ，R T 为负温度系数热敏电阻，R G 为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L 正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是()图9A ．温度不变，光照增强B ．温度升高，光照不变C ．温度降低，光照增强D ．温度升高，光照减弱 答案 AC3．(对霍尔元件的认识及应用)如图10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10A．U M>U N B．U M＝U NC．U M<U N D．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形成的，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U M>U N.故选A.题组一对传感器的认识1．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．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答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置的磁场方向相同时，两个簧片被磁化而接通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开．3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，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，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()图1A．距离变化B．正对面积变化C．电介质变化D．电压变化答案 A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．题组二对光敏电阻的认识及电路分析4.如图2所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，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．5．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．6.如图4所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，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．7.如图5所示，将一光敏电阻接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′，则可判断()图5A．θ′＝θB．θ′<θC．θ′>θD．不能确定答案 B解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小．题组三对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析8.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，R T为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往R T上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是()图7A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变答案 D解析往R T上擦酒精后，酒精挥发吸热，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精挥发完毕后，R T的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．10．如图8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8A．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，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，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．题组四对霍尔元件(效应)的认识及应用11.一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等．在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab＝1.0×10－2m、长bc＝4.0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B＝1.5T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0A的电流，如图9所示，沿宽度产生1.0×10－5V的横向电压．图9(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？答案(1)a(2)6.7 10－4m/s解析(1)根据左手定则可确定a端电势高(2)当导体内载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定．设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为U ab，横向电场强度为E，电场力为F E＝E·e＝U abab·e，磁场力F B＝e v B，平衡时U ababe＝e v B，得v＝U abab B≈6.7 10－4m/s.。
2015_2016高中物理第六章第二节传感器的应用练案新人教版选修3_2
2015-2016高中物理 第六章 第二节 传感器的应用练案 新人教版选修3-2 当堂检测A 组（反馈练）1．关于传感器元件功能的描述，下列说法正确的是（ ）A ．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电阻这个电学量.B ．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.C ．干簧管能够将磁场这个非电学量转换成电路的通断 .D ．双金属片能将温度这个热学量转换成电路的通断 .答案：BCD2．唱卡拉OK 用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。
下列说法正确的是( )A .该传感器是根据电流的磁效应工作的B. 该传感器是根据电磁感应原理工作的C. 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D. 膜片振动时，金属线圈中会产生感应电流答案：BD3．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了一个判断小车运动状态的装置，其工作原理如图(a)所示．将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图(b)所示．下列判断正确的是( )A ．从t 1到t 2时间内，小车做匀速直线运动B ．从t 1到t 2时间内，小车做加速度大的直线运动C ．从t 2到t 3时间内，小车做匀速直线运动D ．从t 2到t 3时间内，小车做匀加速直线运动答案：BD4．如图为电容式话筒结构示意图，右侧固定不动的金属板b 与能在声波驱动下沿水平方向振动的金属振动膜a 构成一个电容器，a 、 b 分别通过导线与恒定电源两极相接。
声源S做位移x =Asin(200πt)的振动，则下列判断准确的有（ ）A ．a 振动过程中a 、 b 板之间的电场强度不变B ．a 振动过程中话筒会产生电磁波C ．导线ac 的电流的频率为1000HzD ．a 向右位移最大时a 、b 板形成的电流最大答案：BD5．神州五号飞船发射升空时，飞船内测试仪台上放有一个压力传感器，传感器上面压一质量为m 的物体，火箭点火后从地面加速升空，当升到某一高度时，加速度为a =12g ，压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的1716. 已知地球的半径为R ，g 为地面附近的重力加速度。
高中物理第6章传感器章末高效整合课件新人教版选修3_2
2019/Leabharlann 2/31最新中小学教学课件
13
谢谢欣赏！
2019/12/31
最新中小学教学课件
14
(2)霍尔电压 UH＝kIdB，式中 d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，其大小 与薄片的材料有关． (3)作用 用霍尔元件能够把磁感应强度转换为电压．
• 5．传感器的应用实验设计
• 设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：
• (1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作 电路
• 控制电路由电源、开关、敏感元件(光敏电阻、热敏 电阻等)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电 源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等 组成．这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相 关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关．
一、听要点。
一般来说，一节课的要点就是老师们在备课中准备的讲课大纲。许多老师在讲课正式开始之前会告诉大家，同学们对此要格外注意。例如在学习物理 课“力的三要素”这一节时，老师会先列出力的三要素——大小、方向、作用点。这就是一堂课的要点。把这三点认真听好了，这节课就基本掌握了。
二、听思路。
思路就是我们思考问题的步骤。例如老师在讲解一道数学题时，首先思考应该从什么地方下手，然后在思考用什么方法，通过什么样的过程来进行解 答。听课时关键应该弄清楚老师讲解问题的思路。
三、听问题。
对于自己预习中不懂的内容，上课时要重点把握。在听讲中要特别注意老师和课本中是怎么解释的。如果老师在讲课中一带而过，并没有详细解答， 大家要及时地把它们记下来，下课再向老师请教。
人教版高中物理选修3-2 第六章 传感器课后习题讲解课件(共16张PPT)
2、请你设计一个电热水器的控制方案。要求水烧开 时自动断电，而在水温低于沸点约10℃时又自动加热。 同时还要有手动开关，必要时可以在任何温度下立即 加热。
解：加热器用一个100度的KSD301的常闭型温度开 关控制，100度断开，90度接通，再加一个手动开 关即可。
（1）应该把恒温箱内的加热器是接在A、B 端还是C、D端?
（2）如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R' 的值 应调节为多少?
AB R/Ω
90
L
50
30
0 50 100150 t/℃ Nhomakorabea电源
甲
图6.2-12 简单的恒温箱温控电路
CD
R R' E
乙
解： （1）A、B端
（2）由图甲知，t=100℃时R=50Ω，则继电器电路中
人教版高中物理选修3-2第六章传感器
6.1传感器及其工作 原理
课后习题讲解
问题与练习解答：
1、两种电感式微小位移传感器的原理图。图甲中，1是待测的物体，2是可以上下 移动的软铁芯，3是固定的软铁芯，2、3之间的空气间隙随着物体的位移改变，铁 芯3上绕有线圈4。乙图中，3是空心线圈，1是待测的物体，软铁芯2插在线圈3中 并且可以随着物体1在线圈中平移。
a
2
3
；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
P V
传感器。两个电池E的电压相同。按图连 Q
41 ER E
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。
图6.2-11 自制加速度计
你认为他的设计在原理上可行吗?这
高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
拓展一 光敏电阻、热敏电阻的特性
1.如图所示，小盒子 A 的侧面露出 一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁 移走，灯泡便熄灭．盒子里有什么样的装置，才能出现这 样的现象？
提示：盒子里用到了干簧管．如图，把干簧管串入电 路，当磁铁靠近干簧管时两个簧片被磁化而接通，所以干 簧管能起到开关的作用．
2．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．此 光电计数器的基本工作原理是什么？
提示：当光被物件挡住时，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， 每通过一个物件就获得一次低电压，并计数一次．
2．热敏电阻． (1)热敏电阻． 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变 化比较明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏 电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．
解析：对光敏电阻，光照强度变化时，电阻值随之变 化．A 对；对半导体材料的硫化镉，无光照射时载流子极 少，导电性能差，光照增强时，载流子明显增多，导电性 能变好，B、D 对，C 错．
答案：C
知识点三 霍尔元件
提炼知识 1．组成 在一个很小的矩形半导体薄片上，制作 4 个电极 E、 F、M、N，就成为一个霍尔元件．
解析：由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子 受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电 势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而 导致前表面电势低，故 A，B 错误．设前、后表面间的最 高电压为 U，则qbU＝qvB，所以 U＝vBb.
由此可知 U 与离子浓度无关，故 C 错，因 Q＝vbc， 而 U＝vBb，所以 Q＝UBc，D 正确．
高中物理 第六章 传感器 新人教版选修3-2
1 传感器及其工作原理│ 新课导入
【导入二】 2003年6月10日，勇气号发射升空； 接下来的7个多月里，勇气号成功完成6次轨道调整； 登陆前一小时左右，推进器旋转，调整热挡板，准备 着陆； 滑行台分离，进入火星大气层；打开降落伞，着陆器 从它的后舱里脱离出来； 启动雷达系统开始测定它的高度和直降落速度； 同时，气囊充气，准备软着陆；反向推动器点火，离 地面只有100米左右，三个火箭同时点火，确保在距离火星 表面13米时达到0速火星地表开始滚动，最后停下；着陆后，同时收回 气囊，展开太阳能电池板，启动广角照相机；通过奥德赛飞 船向地球传输完数据，勇气号就进入休眠状态了．
这台十多个小时前成功登陆的火星车，迎来抵达“红 色星球”后的第一个早晨．火星时间早上8点12分，地面控 制人员用英国摇滚乐队披头士的歌曲《Good Day Sunshine》 “唤醒”了远在火星上的“勇气”号，它在地面控制下展开 电池板为自己充电，开始一天繁忙的工作．勇气号的主要任 务是探测火星上是否存在水和生命，并分析其物质成分，以 推断火星能否通过改造适合生命生存．
1 传感器及其工作原理│ 重点难点
重点难点
【重点】 几种常见传感器的工作原理(演示实验)． 【难点】 学生自己设计简单的传感器．
1 传感器及其工作原理│ 教学建议
教学建议
学生有较强的解题能力，但学生的技术知识甚至技术常识 十分贫乏，动手能力也不强，因此本章内容并非想象中的那样 易学．教师在教学过程中要充分运用演示、讲解和动手实验等 多种教学方式，培养学生分析实际问题的能力和设计有关技术 的能力．
第六章 传感器
高中物理 第六章 传感器章末整合课件 新人教版选修32
图 6－2
第十页，共12页。
(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1 离 A 的 距离 x1.
(2)托盘上放有质量为 m 的物体时，P1 离 A 的距离 x2. (3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节 P2，使 P2 离 A 的距离也为 x1，从而使 P1、P2 间的电压为零．校 准零点后，将物体 m 放在托盘上，试推导出物体质量 m 与 P1、 P2 间的电压 U 之间的函数关系式．
第七页，共12页。
2．常见传感器 日常生产、生活中常见传感器有：温度传感器、光敏传感器、 压力传感器、红外线传感器、位移传感器等．
3．几种传感器及与其相联系的物理知识，如下表
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻
直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻
直流电路问题
力传感器 压敏电阻等 力学、运动学与直流电路
解析：电流表的示数增大，说明电路中的电流增大，电阻减 小，所以这个热敏电阻的电阻率是随温度的升高而降低的，电阻 率减小，电阻值在其他条件不变时减小，导电性能变好．
答案：BD
第六页，共12页。
专题二 传感器的应用 1．传感器问题涉及知识点多、综合性强、能力要求高，传 感器的形式又多种多样，其原理有的还较难理解．因此搞清传感 器的工作原理及过程是求解问题的关键．在处理实际问题时，应 注意被测量和转换量之间的关系．传感器一般把被测量转换成电 学量，因此往往与敏感元件构成电路．认真分析电路结构和各种 敏感元件的特性，再者多注意实际生活中的一些实例，开阔视野， 才能对具体问题灵活处理．
第一页，共12页。
第二页，共12页。
专题一 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． 非电学量 ―→ 敏感元件 ―→ 转换器件 ―→ 转换电路 ―→ 电学量
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 【创新方案】2015-2016学年高中物理 第六章 传感器教师用书 新人教版选修3-2
1．传感器 (1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件。 (2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。
有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？ 解析：这种水壶上安装了压力传感器。当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用。 2．光敏电阻 (1)特点：在被光照时电阻发生变化。 (2)原因：无光照时，载流子少，导电性能不好；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。 3．热敏电阻和金属热电阻 氧化锰热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大 制作材料 半导体 金属 优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大 2
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 传感器是将非电学量转换为电学量的装置，请列举日常生活中见到的传感器。 解析：马路两旁的自动控制路灯开关的装置，楼道内的声控灯装置，有些汽车、电动车上安装的自动报警装置等。 4．霍尔元件 (1)构造：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，就成为一个霍尔元件。
(2)工作原理：在E、F间通入恒定的电流I, 同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。
(3)霍尔电压：UH＝kIBd。 ①其中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关； ②一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。 (4)作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
考点一 传感器的核心元件、组成及分类 1．核心元件 (1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)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。 2．组成 传感器的一般工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。
3．分类 传感器按照工作原理的不同可以分为以下三类： 分类 工作原理 举例 物理传 感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等 化学传 感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器等 3
生物传 感器 利用生物化学反应识别和检测信号 酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
[典例1] 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，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。该同学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，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(填“增大”或“减小”)。
[思路探究] 变阻器的连接方式―→电阻变化―→电流变化―→电压变化 [解析] 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大。 [答案] b、c 增大
1．传感器是将能感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是( )
①C增大表示h增大 ②C增大表示h减小 ③C减小表示h减小 ④C减小表示h增大 A．只有①正确 B．只有①、③正确 C．只有②正确 D．只有②、④正确 解析：选B 液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小，B正确。 考点二 光敏电阻和热敏电阻的应用
1．光敏电阻 (1)特点：光敏电阻一般由硫化镉等半导体材料做成，无光照时载流子极少，导电性能不好，随着光照增强，载流子增多，导电性变好。 (2)特性：光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。光敏电阻在被光照射时电阻发生变化， 4
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．热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻：指用半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显。如图所示为某热敏电阻的电阻——温度特性曲线。
(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如铂电阻温度计。 (3)二者的区别与联系：热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差，而热敏电阻的灵敏度较好。 (4)用途：热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中反应非常快。电子体温计及家用电器(电脑、空调、冰箱等)的温度传感器，主要使用热敏电阻。
[典例2] 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NTC半导体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( )
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 [思路探究] (1)明确NTC半导体热敏材料制成的R2其电阻随温度如何变化。 (2)知道R2在电路中的位置及电路结构。 [解析] 当R2处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，U减小；电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流I减小，B正确。 [答案] B 【总结提能】 解决含有热敏(光敏)电阻的动态分析问题的思路 (1)应明确热敏(光敏)电阻的电阻特性。 (2)根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况。 (3)基本流程：R局→R总→I总→U端→R局。
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，当照射光强度增大时( ) 5
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 解析：选ABC 当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1
两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数
增大，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，则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，则小灯泡的功率增大，C项正确。故选A、B、C。
1．下列关于传感器的说法中正确的是( ) A．所有传感器的材料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，A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，C错误。 2．[多选]用多用电表的同一挡位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是( ) A．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大 B．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小 C．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大 D．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小 解析：选AD 根据热敏电阻的特点，温度越高电阻越小，多用表指针偏角越大，A对，B错；由光敏电阻的特点，光照越弱，电阻越大，偏角越小，C错，D对。 3.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )