2．常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
1．通過實驗觀察光敏電阻特性，觀察熱敏電阻特性。知道電阻應(yīng)變片，了解它們的工作原理及應(yīng)用。2．了解霍爾元件及其工作原理，了解霍爾元件在實際中的應(yīng)用。3．能夠根據(jù)傳感器的工作原理簡單分析傳感器的應(yīng)用。
1．組成：把________涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個互不相連的梳狀電極，這樣就制成了一個光敏電阻。2．特點電阻值隨光照增強而______。3．原理硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能____；隨著光照的增強，載流子______，導(dǎo)電性______。4．作用光敏電阻能夠把__________這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為______這個電學(xué)量。
1．常見的感知溫度的敏感元件(1)金屬的電阻率隨溫度的______而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為________。(2)有些半導(dǎo)體在溫度升高時，電阻______，用半導(dǎo)體材料制作______電阻。2．熱敏電阻和金屬熱電阻的比較(1)金屬熱電阻和熱敏電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為______這個電學(xué)量。(2)金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍____，但靈敏度較____；熱敏電阻靈敏度較______
熱敏電阻和金屬熱電阻數(shù)學(xué)
1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生__________(伸長或縮短)時，其______隨著它所受機械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。電阻應(yīng)變片是一種______元件。2．電阻應(yīng)變片的原理：當金屬絲受到拉力時，長度變____、橫截面積變____，導(dǎo)致電阻變____；當金屬絲受到壓力時，長度變____、橫截面積變____，導(dǎo)致電阻變____。3．電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把__________這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為______這個電學(xué)量。應(yīng)用有________等。
『判一判』(1)光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化，光照越強電阻越大。(　　)(2)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作，導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強，但靈敏度低。(　　)(3)金屬熱電阻隨溫度的升高導(dǎo)電能力增強，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，測量范圍大。(　　)
(4)熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。(　　)(5)電阻應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。(　　)(6)當電子秤中的應(yīng)變片的上表面拉伸時，其電阻變大。(　　)
『選一選』 (2020·山東師大附中高二上學(xué)期學(xué)分認定)江海里的航標燈(如圖)要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制，這是利用半導(dǎo)體的(　　)A．壓敏性B．光敏性C．熱敏性D．三特性都利用了解析：利用光照的不同改變半導(dǎo)體元件的電阻率，實現(xiàn)光控制。
『想一想』電子警察(又稱電子眼)利用自動化檢測與測量技術(shù)捕獲交通違法或交通事故，利用網(wǎng)絡(luò)將采集的信息傳回相關(guān)部門進行分析處理，并以此為證據(jù)對肇事者進行處罰，以減少事故發(fā)生。與交警監(jiān)管相比，電子警察對事故的判斷更準確，捕捉更迅速。請思考：電子眼最基本的工作原理是什么呢？
解析：電子眼采用感應(yīng)線圈來感應(yīng)路面上的汽車傳來的壓力，通過傳感器將信號采集到中央處理器，送寄存器暫存(該數(shù)據(jù)在一個紅燈周期內(nèi)有效)。在同一個時間間隔內(nèi)(紅燈周期內(nèi))，如果同時產(chǎn)生兩個脈沖信號，即視為“有效”，也就是汽車闖紅燈被“電子警察”抓到了，只得接受處罰。
如圖所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為θ′，請確定θ和θ′的大小關(guān)系。提示：θ>θ′
1．光敏電阻的作用光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，這樣光敏電阻可以把光照強弱轉(zhuǎn)換為電阻大小這個電學(xué)量。2．光敏電阻的電阻隨光照的增強而減小光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當半導(dǎo)體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強。
(多選)如圖所示為某商廈安裝的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖。其中A為光源，B為由電動機帶動勻速運行的自動扶梯，R1為光敏電阻，R2為定值電阻。每當扶梯上有顧客經(jīng)過擋住由A射向R1的光線時，計數(shù)器就計數(shù)一次。下列說法正確的是(　　)
A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次答案：BC思路引導(dǎo)：解決含有光敏電阻的直流電路動態(tài)問題時，首先要明確該敏感元件阻值大小的變化規(guī)律，然后根據(jù)閉合電路歐姆定律及串、并聯(lián)電路的特點來分析電路中某一電阻變化而引起的整個電路中各部分電學(xué)量的變化情況。
1．如圖所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是(　　)A．嚴重污染時，LDR是高電阻B．輕度污染時，LDR是高電阻C．無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定D．該儀器的使用不會因為白天和晚上受到影響
解析：嚴重污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對、B錯；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會發(fā)生變化，C錯；白天和晚上自然光強弱不同，或多或少會影響LDR的電阻，D錯。
如圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央。若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？
提示：由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏。
熱敏電阻和金屬熱電阻的比較
(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制。如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器，當環(huán)境溫度降低時(　　)A．電容器C的帶電荷量增加B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場強度減小D．R1消耗的功率增大
思路引導(dǎo)：(1)如果涉及熱敏電阻，必須明確是正溫度系數(shù)還是負溫度系數(shù)的熱敏電阻及溫度變化情況，從而判斷其阻值的變化。(2)結(jié)合電路結(jié)構(gòu)特點及局部阻值的變化，根據(jù)閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關(guān)物理量的變化。
2．如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是(　　)A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化
解析：電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實際功率減小，所以變暗。
如圖所示，這是常用的一種力傳感器，它是由金屬梁和應(yīng)變片組成的，應(yīng)變片是一種敏感元件，現(xiàn)在多用半導(dǎo)體材料制成。結(jié)合力傳感器的特點，敘述它的工作原理。
提示：彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面的電阻變小。F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的阻值變化就越大。如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個電壓的差值輸出。外力越大，輸出的電壓差值也就越大。應(yīng)變片能把物體形變這個力學(xué)量，轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。
1．電阻應(yīng)變片(1)類型常用的電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的。半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的。(2)作用電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。
有一種測量人體重的電子秤，其原理圖如圖中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R(一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表 (其實質(zhì)是電流表)。其中AOBO＝51。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示：
設(shè)踏板的杠桿組件的質(zhì)量不計，接通電源后，壓力傳感器兩電壓恒為4.68 V，則：(1)利用表中數(shù)據(jù)歸納出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)關(guān)系式；(2)該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標在電流表刻度盤多少毫安處？(3)如果某人站在踏板上，電流表刻度盤示數(shù)為20 mA，這個人的體重是多少？思路引導(dǎo)：(1)認真分析歸納圖表中R與F的關(guān)系。(2)由歐姆定律確定零刻度線。(3)由杠桿原理確定人的體重。
答案：(1)R＝300－0.6F(Ω)　(2)15.6 mA (3)550 N
3．(多選)(2021·河南鶴壁一中高三質(zhì)檢)工業(yè)生產(chǎn)中需要物料配比的地方常用“吊斗式”電子秤，圖甲所示的是“吊斗式”電子秤的結(jié)構(gòu)圖，其中實現(xiàn)稱質(zhì)量的關(guān)鍵性元件是拉力傳感器。拉力傳感器的內(nèi)部電路如圖丙所示，R1、R2、R3是定值電阻，R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R0是對拉力敏感的應(yīng)變片電阻，其電阻值隨拉力變化的圖像如圖乙所示，已知料斗重1×103 N，沒裝料時Uba＝0，g取10 m/s2。下列說法中正確的是 (　　)
A．R3的阻值為40 kΩB．裝料時，R0的阻值逐漸變大，Uba的值逐漸變小C．拉力越大應(yīng)變片電阻阻值也越大，Uba的值也越大D．應(yīng)變片的作用是把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量答案：AC
霍爾元件1．霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B時，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)。
(2020·湖北省華中師大附中高二上學(xué)期期末)自行車速度計的工作原理主要依靠的就是安裝在前輪上的一塊磁鐵，當磁鐵運動到霍爾傳感器附近時，就產(chǎn)生了霍爾電壓，霍爾電壓通過導(dǎo)線傳入一個小型放大器中，放大器就能檢測到霍爾電壓，這樣便可測出在某段時間內(nèi)的脈沖數(shù)。當自行車以某個速度勻速直線行駛時，檢測到單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為N，已知磁鐵和霍爾傳感器到前輪輪軸的距離均為R1，前輪的半徑為R2，脈沖的寬度為Δt，峰值為Um，下列說法正確的是 (　　)
A．車速越快，脈沖的峰值Um越大B．車速越快，脈沖的寬度Δt越大C．車速為2πNR2D．車速為2πNR1答案：C
1．(2021·四川省青城山高二調(diào)研)如圖所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時(　　)A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強D．小燈泡的亮度變?nèi)踅馕觯篟2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強，R1兩端的電壓減小，故只有C正確。
2．(2020·山東省濟南市高三模擬)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(　　)
A．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動答案：D解析：在0～t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻的阻值不變，壓敏電阻受力不變，小車可能做勻速直線運動或勻變速直線運動；在t1～t2內(nèi)，I變大，阻值變小，壓敏電阻所受的壓力不斷變大，小車做變加速直線運動。A、B錯；在t2～t3內(nèi)，I達到最大值且不變，即壓力達到最大值且不變，小車做勻加速直線運動。C錯，D對。
3．(多選)(2020·安徽滁州高二期末)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的工作面向下，當元件中通入圖示方向的電流I時，C、D兩側(cè)面會形成一定的電勢差U。下列說法中正確的是(　　)
A．若C側(cè)面電勢高于D側(cè)面，則元件中形成電流的載流子帶負電B．若C側(cè)面電勢高于D側(cè)面，則元件中形成電流的載流子帶正電C．在地球南、北極上方測地磁場強弱時，元件工作面豎直放置時U最大D．在地球赤道上方測地磁場強弱時，元件工作面豎直放置，且與地球經(jīng)線垂直時U最大答案：AD

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊電子課本

2 常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

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