2015-2016學年高中物理 第六章 傳感器學案 新人教版選修3-2

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第六章傳感器

1傳感器及其工作原理

［學習目標］1.了解什么是傳感器,感受傳感技術在信息時代的作用與意義.2.知道將非

電學量轉化為電學量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理

及作用.

1自主學習?基礎知識

...................................?傳感器和光敏電阻

［先填空］

1.傳感器

(1)定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量,并能把它們按照一定

的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量,或轉換為電路的通斷的元件.

(2)非電學量轉換為電學量的意義：把非電學量轉換為電學量，可以方便地進行測量、傳

輸、處理和控制.

2.光敏電阻

(1)特點：光照越強，電阻越小.

(2)原因：無光照時，載流子極少，導電性能不好;隨著光照的增強，載流子增多,導電

性變好.

(3)作用：把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量.

［再思考］

有一種電水壺為了防止燒干后引起事故，在水壺上安裝了傳感器，當壺中的水減少到一

定程度時，就會自動斷電，這種水壺上安裝了什么樣的傳感器？

【提示】這種水壺上安裝了壓力傳感器，當水壺中的水減少到一定程度時，壓力減小,

壓力傳感器使電路斷開，起保護作用.

［后判斷］

1.傳感器一定是把非電學量轉換為電路的通斷.(X)

2.干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的.(J)

3.光敏電阻本身就是一種傳感器.(X)

|知識21一熱敏電阻和金屬熱電阻

［先填空］

熱敏電阻金屬熱電阻

特點電阻率隨溫度升高而減小電阻率隨溫度升高而增大

制作材料半導體金屬

優(yōu)點靈敏度好化學穩(wěn)定性好，測量范圍大

作用將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量

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［再思考］

熱敏電阻的阻值是否一定隨溫度的升高而減??？

【提示】不一定，有的隨溫度的升高而增大（PTC元件），有的隨溫度的升高而減?。∟TC

元件）.

［后判斷］

1.熱敏電阻是用金屬柏制成的，它對溫度的感知很靈敏.（義）

2.半導體制成的熱敏元件溫度升高時電阻大幅度變化.（J）

3.金屬熱電阻的溫度升高時電阻升高.（J）

知識3|霍爾元件

［先填空］

1.構造

很小的矩形半導體薄片上，制作四個電極￡、F、M、N.

2.霍爾電壓

如圖6-1-1,￡、戶間通入恒定電流/,同時外加與薄片垂直的磁場8,則從”間出現(xiàn)霍

爾電壓如優(yōu)=禧.d為薄片厚度，孑為霍爾系數(shù).一個霍爾元件的d、A為定值，若保持/

恒定，則優(yōu)的變化就與8成正比.

圖6-1-1

3.作用

把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量.

［再思考］

B

圖6-1-2

如圖6-1-2所示為矩形金屬薄片，水平放入豎直向下的磁場中，當電流的方向如圖所示

時，試分析從〃兩側面電勢的高低.

【提示】對于金屬薄片，真正參與導電的是電子，當通如題圖所示的電流時，電子沿

電流的反方向移動，因此受到的洛倫茲力指向兒”側面聚集負電荷，電勢較低，〃側面帶正

電荷，電勢較高，即0Q0W.

［后判斷］

1.霍爾電壓穩(wěn)定時，載流子所受靜電力和洛倫茲力平衡.（J）

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2.在優(yōu)=,人為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關.（J）

3.霍爾元件可以感知磁感應強度.（J）

疑難問題卡片

預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中

問題1

問題2

問題3

問題4

合作探究?重難疑點雙向互動內(nèi)化于

學生分組探究一傳感器的工作原理及分類

第1步探究一一分層設問，破解疑難

1.傳感器是起什么作用的元件？

【提示】傳感器是一種將非電學量轉換為電學量的元件.

2.夜晚，樓道里漆黑一片.但隨著我們的腳步聲響，樓道的燈亮了，身后的燈則依次熄

滅.這其中的奧妙是什么？

【提示】在電路中安裝了一種能將聲、光信號轉換為電信號的傳感器一一聲光延時開

關.

第2步結論一一自我總結，素能培養(yǎng)

1.傳感器的工作原理

非電學量|-I敏感元件|-I轉換器件|-I轉換電路畫褥'

敏感元件：相當于人的感覺器宮，直接感受被測量并將其轉換成與被測量成一定關系的

易于測量的物理量.

2.光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件特性成因對比

元件產(chǎn)生變化的原因

半導體材料受到的光照增強時，會有更多的電子獲得能量成為自由

光敏電阻電子，同時空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導電性明顯地增強，

電阻減小

對于負溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時，有更多的電子獲得能量

熱敏電阻成為自由電子，同時空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導電性明顯

地增強，電阻減小

霍爾元件兩極間通入恒定的電流,同時外加與薄片垂直的磁場8時，

霍爾元件薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場都垂直

的方向漂移，在另兩極上形成電壓

第3步例證——典例印證，思維深化

》例如圖6-1-3所示為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度的改變而改變,且對溫度很敏感）

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的7■a關系曲線圖.

圖6-1-3

將該熱敏電阻連入如圖6-1-4所示電路中，電源電壓恒為9V,電流表讀數(shù)為70mA,定

值電阻吊=250Q.由熱敏電阻的關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為V；電

阻兄的阻值為Q.

圖6-1-4

【思路點撥】7?〃圖線中，圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，從圖甲可看出，該圖線的斜

率逐漸增大，故可知其阻值隨著溫度升高而減小.

UQ

【解析】電阻尼兩端的電壓為9V,電阻尼=250Q,故流過兄的電流入=方=而A

z(iZOU

=0.036A,所以流過熱敏電阻的電流/=71=0.07A-0.036A=0.034A.由熱敏電阻

U—Ut9—53

的關系圖線可知當1=0.034A=34mA時，4=5.3V,所以尼=^—=>Q^108.8

12U.UJ4

Q.

【答案】5.3108.8

第4步巧練一一精選習題，落實強化

1.(2014?日照高二檢測)

貼

圖6-1-5

如圖6-1-5所示，由電源、小燈泡、金屬電阻絲、開關組成的電路中，當閉合開關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

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【解析】溫度升高，金屬電阻絲電阻率增大，電阻增大，電路中電流減小，燈泡亮度

減弱.

【答案】C

2.（2014?揚州中學高二檢測）如圖6-1-6所示，用為定值電阻，用為負溫度系數(shù)的熱敏

電阻，L為小燈泡，當溫度降低時，下列描述正確的是（）

圖6-1-6

A.而兩端的電壓增大

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)?/p>

【解析】尼與燈L并聯(lián)后與幾串聯(lián)，與電源構成閉合電路.當溫度降低時，電阻尼增

大，外電路電阻增大，電路中電流減小，外電路電壓增大，電流表讀數(shù)減小，用兩端電壓減

小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確，其余各項均錯.

【答案】C

學生分組探究二電容式傳感器

第1步探究一一分層設問，破解疑難

1.平行板電容器的電容與哪些因素有關？

【提示】由「=音》口平行板電容器的電容與，八S成正比，與d成反比.

2.電容式傳感器是如何實現(xiàn)將非電學量轉化為便于測量的電學量的？

【提示】極板正對面積及兩極板間距離的變化、電介質(zhì)插入極板間深度的變化，會引

起電容器電容的變化，通過測定電容的變化就可以得出引起電容變化的非電學量的變化規(guī)律.

第2步結論一一自我總結，素能培養(yǎng)

常見電容式傳感器

名稱傳感器原理

當動片與定片之間的角度0

:

/動片發(fā)生變化時，引起極板正對面

測定角度0的電容式傳感器積S的變化，使電容C發(fā)生變

化.知道。的變化，就可以知

己片

3道e的變化情況

導線芯和導電液體構成電容

/導線芯器的兩個極，導線芯外面的絕

緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液體深度

測定液體深度分的電容式傳導電

卜電介質(zhì)人發(fā)生變化時，引起正對面積

感器液體

上0發(fā)生變化，使電容c發(fā)生變

化.知道。的變化，就可以知

道h的變化情況

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待測壓力尸作用于可動膜片

L一擎蕈T電極上的時候，膜片發(fā)生形

可疑電極變，使極板間距離"發(fā)生變

測定壓力廣的電容式傳感器

化，引起電容C的變化.知道

1待』壓

C的變化，就可以知道尸的變

化情況

隨著電介質(zhì)進入極板間的長

1/乎板

度發(fā)生變化，電容。發(fā)生變

測定位移X的電容式傳感器電介質(zhì)

化.知道，的變化，就可以知

一極板

道X的變化情況

第3步例證——典例印證，思維深化

圖6-1-7

卜例；傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖6-1-7是由電容器作為傳感器來測定

壓力變化的電路，當待測壓力作用于膜片電極上時，下列說法中正確的是（）

①若尸向下壓膜片電極，電路中有從a到6的電流；

②若尸向下壓膜片電極，電路中有從6到a的電流；

③若6向下壓膜片電極，電路中不會有電流產(chǎn)生；

④若電流表有示數(shù)，說明壓力廠發(fā)生變化；

⑤若電流表有示數(shù)，說明壓力/不會發(fā)生變化.

A.②④B.①④C.③⑤D.①⑤

【思路點撥】根據(jù)「=六分口c=l

壓力冏乍用下一段化一般化一儂化一回路中產(chǎn)生電流

【解析】在電容器、電流表和電源串聯(lián)成的閉合電路中，電容器兩極板間電壓〃不變,

當尸向下壓膜片電極時，電容器極板間距d變小，由C=U占口，電容器電容，變大，根據(jù)

0=紂知，極板帶電量將增大，電容器充電，電路中有從6到a的電流，說法②正確；若電

流表有示數(shù)，說明電容器有充放電，極板帶電量發(fā)生變化，根據(jù)0=笫知，電容器電容C發(fā)

生變化，從而判斷出作用在可動膜片電極上的壓力尸發(fā)生變化，說法④正確.故A項正確.

【答案】A

規(guī)律總結

電容式傳感器可以將非電學量（如：介質(zhì)的變化、距離的變化、正對面積的變化）轉化為

電信號，根據(jù)這一原理，利用電容式傳感器也可以測定距離、面積等物理量，如果板間距離

的變化是由壓力引起的，那么也可以利用電容式傳感器測壓力.電容式傳感器實際上是一個

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多功能傳感器，可用來做壓力、轉角、位移、壓強、聲音等傳感器，電容式傳感器具有體積

小、反應靈敏等優(yōu)點.

第4步巧練一一精選習題，落實強化

1.如圖6-1-8所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表（零刻度

在中間）和電源串聯(lián)成閉合回路，當壓力尸作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電

容的變化，導致靈敏電流表指針偏轉，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線位置

推到圖中實線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉情況為（電流從電流表正接線柱

流入時指針向右偏）（）

圖6-1-8

A.向右偏到某一刻度后回到零刻度

B.向左偏到某一刻度后回到零刻度

C.向右偏到某一刻度后不動

D.向左偏到某一刻度后不動

￡S

【解析】壓力/作用時，極板間距d變小，由。=有浮口，電容器電容C變大，又根

據(jù)gcu,極板所帶電荷量變大，所以電容器應充電，靈敏電流表中產(chǎn)生由正接線柱流入的

電流，所以指針將右偏，極板保持固定后，充電結束，指針回到零刻度.

【答案】A

2.如圖6-1-9所示的電路可將聲音信號轉化為電信號，該電路中右側固定不動的金屬板

6與能在聲波驅動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構成一個電容器，a、6通過導

線與恒定電源兩極相接.聲源S做位移x=/sin（100nt）的振動，貝。（）

A.a振動過程中，a、6板間的電場強度不變

B.a振動過程中，a、6板所帶電荷量不變

C.a振動過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流

D.a向右的位移最大時，a、6板所構成的電容器的電容最大

【解析】由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓〃保持不

〃￡q

變,根據(jù)場強仁石正■判斷A錯、口對.再由g"可知，13錯.由于。變化，使

電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，C錯.

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【答案】D

質(zhì)阿a馬解題技巧?素養(yǎng)培優(yōu)

傳感器問題中的電路動態(tài)分析技巧

分析該類問題時，關鍵要做到以下四點：

i.如果涉及光敏電阻，必須明確光照情況怎樣變化，從而判斷出其阻值的變化.

2.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.

3.如果是其他元件引起的電路變化可具體問題具體分析.

4.結合電路結構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)律分析有關物理

量的變化.

〉例(多選)

(2014?宿遷高二檢測)如圖6-1-10所示，R、兄為定值電阻，L為小燈泡，泥為光敏電

阻，當照射光強度增大時()

A.電壓表的示數(shù)增大

B.兆中電流強度增大

C.小燈泡的功率增大

D.電源的路端電壓降低

F

【解析】當照射光強度增大時，不減小，則A外減小，由閉合電路歐姆定律/總=-^

r-rR外

心

知/總增大，〃=/總A增大，A正確.尼兩端的電壓lh=E—1總(RAb,知打減小，則77(2=—

Zt2

將減小，B錯誤.流過燈泡的電流由幾=/總一77S知五增大，小燈泡的功率增大，C正確.電

源的路端電壓為〃路=￡一/總r,因/總增大，故〃路減小，D正確.

【答案】ACD

——［先看名師指津］-----------------------------

1.掌握熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律和光敏電阻的阻值隨光強的變化規(guī)律是解決這

類問題的前提.

2.掌握動態(tài)直流電路問題的分析程序是解決此類問題的關鍵.具體如下：

(1)“先阻后流”，即先分析內(nèi)電阻變化，然后根據(jù)閉合電路歐姆定律分析干路電流變化

情況；

(2)“先內(nèi)后外”，即先分析內(nèi)電壓變化，再分析外電壓變化；

(3)“先干后支”，即先分析干路再分析并聯(lián)支路；

(4)“先定后變”，即先分析定值電阻上的電流、電壓變化，再分析電阻發(fā)生變化的敏感

元件上的電流與電壓.

——［再演練應用］-------------------------------

(2014?珠海檢測)如圖6-1-11是一火災報警裝置的一部分電路示意圖，

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E

|J?2[J?3

當1T

圖6-1-11

其中凡是半導體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、6接報警器.當傳感器

無所在處出現(xiàn)火情時，電流表的電流/和a、6兩端電壓〃與出現(xiàn)火情前相比（）

A./變大，〃變大B./變小，〃變小

C./變小，〃變大D./變大，〃變小

【解析】當傳感器無所在處出現(xiàn)火情時，溫度升高，泥電阻減小，電路的總電阻減小，

總電流/增大，路端電壓如=￡一“減小，/（人用）增大，〃并=￡—/（7+用）減小，通過用

的電流4減小，通過尼的電流72=7-4增大，D項對.

【答案】D

L定義

光傳感器|一光敏電阻

熱敏電阻

傳感器I一金屬熱電阻

廣原理

霍爾元件一

L應用

電容式傳感器

課時作業(yè)（十二）傳感器及其工作原理

［全員參與?基礎練］

i.關于傳感器的下列說法正確的是（）

A.所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的

B.金屬材料也可以制成傳感器

C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的

D.以上說法都不正確

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【解析】半導體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧

化銃就可以制成溫度計，所以選項A錯誤，選項B正確.傳感器不但能感知電壓的變化，還

能感受力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量的變化，所以選項C錯誤.

【答案】B

2.（2015?仙桃八中高二檢測）關于傳感器及其作用，下列說法正確的是（）

A.傳感器一定是把非電學量轉換為電學量

B.傳感器一定是把非電學量轉換為電路的通斷

C.傳感器把非電學量轉換為電學量是為了方便地進行測量、傳輸、處理和控制

D.電磁感應是把磁學的量轉換為電學的量，所以電磁感應也是傳感器

【解析】傳感器是指一種元件或裝置，它能感受力、溫度、光、聲、磁、化學成分等

非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉換為電路的通斷；

其作用和目的是更方便地測量、傳輸、處理、控制非電學量，找出非電學量和電學量之間的

對應關系.電磁感應是原理，不是元件和裝置，不能稱為傳感器.

【答案】C

3.（多選）（2015?臨沂高二檢測）對負溫度系數(shù)的熱敏電阻，正確的敘述是（）

A.受熱后，電阻隨溫度的升高而迅速減小

B.受熱后，電阻基本不變

C.熱敏電阻可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度，反應快，而且精確度高

D.以上說法都不對

【解析】負溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度的升高其電阻值減小，熱敏電阻可以用來測量

很小范圍內(nèi)的溫度，反應快，而且精確度高.

【答案】AC

4.（多選）美國科學家WillardS.Boyle與GeorgeE.Smith因電荷耦合器件（CCD）的重

要發(fā)明獲得2009年度諾貝爾物理學獎.CCD是將光學量轉變成電學量的傳感器.下列器件可

作為傳感器的有（）

A.發(fā)光二極管B.熱敏電阻

C.霍爾元件D.干電池

【解析】熱敏電阻可以把溫度轉化為電學量，霍爾元件可以把磁感應強度轉化為電壓

這個電學量，所以選項B、C正確；發(fā)光二極管具有單向導電性，可以發(fā)光，但不能做傳感器,

A錯誤，干電池是電源，不是傳感器，D錯誤.

【答案】BC

圖6-1-12

5.如圖6-1-12所示是觀察電阻A隨溫度變化情況的示意圖.現(xiàn)在把杯中的水由冷水換

為熱水，關于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是（）

A.如果年為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯

B.如果q為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯

C.如果印為熱敏電阻（用半導體材料制作），讀數(shù)變化非常明顯

D.如果7?為熱敏電阻（用半導體材料制作），讀數(shù)變化不明顯

【解析】若為金屬熱電阻，溫度升高后，電阻變大，但由于金屬熱電阻靈敏度較差，

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故歐姆表讀數(shù)變大且不明顯，選項A、B錯誤.若為用半導體材料制作的熱敏電阻，由于熱敏

電阻的靈敏度較高，讀數(shù)將明顯變化，選項C正確、選項D錯誤.

【答案】C

6.（多選）如圖6-1-13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（）

LDR（光敏電阻）

圖6-1-13

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對.

【答案】AD

7.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內(nèi)的傳感器就開通

電熱器加熱,有熱空氣從機內(nèi)噴出,將濕手烘干,手靠近干手機能使傳感器工作,是因為（）

A.改變濕度B.改變溫度

C.改變磁場D.改變電容

【解析】根據(jù)自動干手機工作的特征，手靠近干手機時電熱器工作，手撤離后電熱器

停止工作，人是一種導體，可以與其他導體構成電容器.手靠近時相當于連接一個電容器，

可以確定干手機內(nèi)設有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容大小，故D正確；用濕度和

溫度來驅動電熱器工作理論上可行，但是假如干手機是由溫度、濕度的變化而工作就成了室

內(nèi)烘干機.

【答案】D

6-1-14

8.（多選）霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器

品族，得到廣泛應用.如圖6-1-14為某霍爾元件的工作原理示意圖，該元件中電流/由正電

荷定向運動形成.下列說法正確的是（）

A.〃點電勢比N點電勢高

B.用霍爾元件可以測量地磁場的磁感應強度

C.用霍爾元件能夠把磁學量轉換為電學量

D.若保持電流/恒定，則霍爾電壓僅與6成正比

【解析】當正電荷在導體中運動時，運動電荷在洛倫茲力作用下向從板聚集，〃板感

應出等量的負電荷，所以〃點電勢比“點電勢低，A錯誤；根據(jù)霍爾元件的特點可知，B、C

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正確；因霍爾電壓的公式優(yōu)=勺7,當保持電流/恒定時，則霍爾電壓優(yōu)與6成正比，D正確.

d

【答案】BCD

［超越自我?提升練］

9.某同學設計的散熱排風控制電路如圖6-1-15所示，〃為排風扇，7?是可變電阻，Ro

是半導體熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小.控制開關電路具有下列特性：當/點電勢血

<0。時，控制開關處于斷路狀態(tài)；當次20。時，控制開關接通電路，〃開始運轉.下列說

法中正確的是（）

圖6-1-15

A.環(huán)境溫度升高時，力點電勢升高

B.可變電阻R阻值調(diào)大時，/點電勢降低

C.可變電阻R阻值調(diào)大時，排風扇開始工作的臨界溫度升高

D.若用金屬熱電阻代替半導體熱敏電阻，電路仍能正常工作

【解析】當環(huán)境溫度升高時，半導體熱敏電阻癥的阻值隨溫度升高而減小.則電路中

的電流增大，所以/點的電勢升高，故A正確；可變電阻A阻值調(diào)大時，導致電路的電流減

小，則4點電勢升高，故B錯誤；可變電阻R阻值調(diào)大時，導致電路的電流減小，則/點電

勢升高，由于當/點電勢力<小時，控制開關處于斷路狀態(tài)；當血NO。時，控制開關接

通電路，〃開始運轉.工作臨界溫度沒變，而是提前被接通，故C錯誤；若用金屬熱電阻代

替半導體熱敏電阻，當溫度升高時，其阻值增大，導致/點電勢降低，則開關會處于斷開狀

態(tài)，所以起不到散熱排風的作用，故D錯誤.

【答案】A

10.如圖6-1-16所示，Rs是光敏電阻，當開關S閉合后在沒有光照射時，a、6兩點等

電勢，當用光照射電阻口3時（）

A.用的電阻變小,a點電勢高于6點電勢

B.A的電阻變小,a點電勢低于6點電勢

C.A的電阻變大,a點電勢高于6點電勢

D.A的電阻變大,a點電勢低于6點電勢

【解析】光敏電阻隨光強的增大而減小，故當用光照射電阻用時，用的電阻變?。淮?/p>

時用兩端的電壓減小，則a點的電勢升高，而6點電勢不變，故a點電勢高于6點電勢；選

項A正確.

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【答案】A

圖6-1-17

11.如圖6-1-17所示是某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，用為光敏電

阻、尼為定值電阻，A,8接監(jiān)控裝置.則（）

①當有人通過而遮蔽光線時，/、6之間電壓升高

②當有人通過而遮蔽光線時，/、6之間電壓降低

③當僅增大尼的阻值時，可增大48之間的電壓

④當僅減小尼的阻值時，可增大46之間的電壓

A.①③B.①④C.②③D.②④

【解析】凡是光敏電阻，有光照射時，電阻變小，當有人通過而遮蔽光線時，用的阻

值變大，回路中的電流/減小，46間的電壓〃=加減小，故①項錯誤，②項正確.由閉合

電路歐姆定律得：〃=￡—/（兄+r）,當僅增大用的阻值時，電路中的電流減小，46間的電

壓〃增大，故③項正確.當減小尼的阻值時，電路中的電流增大，46間的電壓〃減小，故

④項錯誤.應選C.

【答案】C

圖6-1-18

12.（多選）（2014?長沙一中高二檢測）如圖6-1-18所示電路中，電源電動勢為￡,內(nèi)阻

為r,兄為負溫度系數(shù)熱敏電阻，A為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境

條件改變（光照或溫度），發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是（）

A.溫度不變，光照增強B.溫度升高，光照不變

C.溫度降低，光照增強D.溫度升高，光照減弱

【解析】由題圖可知，當光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變

暗，結合光敏電阻特性可知，A正確，B錯誤.若光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值

增大，小燈泡L變暗，C正確.若熱敏電阻減小，光敏電阻增大，則小燈泡變亮，D錯誤.

【答案】AC

13.（多選）在如圖6-1-19甲所示的電路中，的是半導體熱敏電阻，其電阻吊隨溫度T

變化的關系圖象如圖乙所示，當品所在處溫度升高時，下列關于通過理想電流表的電流I,

間電壓〃和電容器電量的說法正確的是（）

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圖6-1-19

A./變大，〃變大

B./變大，〃變小

C.〃變小，1變小

D.〃變大，1變大

【解析】當?shù)乃谔帨囟壬邥r，吊減小，并聯(lián)部分電阻減小，總電阻減小，根據(jù)閉

合電路歐姆定律可知：干路電流/增大，路端電壓，變小，品和此并聯(lián)的電壓〃并=￡一/總（用

+r）,/總增大，E、兄、r均不變，則〃并減小，通過泥的電流入減小，通過電流表的電流/

=/總一心，/總增大，為減小，貝I/變大.所以/變大，〃變小.根據(jù)公式。=與在電容不變

的情況下，電壓減小，故帶電量。減小，故BC正確.

【答案】BC

2傳感器的應用

［學習目標］1.了解傳感器在日常生活和生產(chǎn)中的應用.2.了解傳感器應用的一般模

式.3.會設計簡單的有關傳感器應用的控制電路，提高分析問題、解決問題的能力.

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自主學習?基礎知識

|知識1_________傳感器工作的一般模式

［先填空］

放大_____________________顯示器

傳感器:二；電瞅行機構計算機系統(tǒng)（指針式電表.

轉換數(shù)字屏）

［再思考］

應用傳感器的實際工作過程中為什么需要放大電路？

【提示】因為傳感器將非電學量轉換為電學量的信號往往很弱，所以一般要通過放大

電路放大.

知識2|傳感器的應用實例

［先填空］

i.力傳感器的應用一一電子秤

（1）組成及敏感元件：由金屬梁和應變片組成,敏感元件是應變片.

⑵工作原理

兩應變片上電壓

的差值變化

（3）作用：應變片將物體形變這個力學量轉換為電壓這個電學量.

2.溫度傳感器的應用實例

敏感元件工作原理

電熨斗溫度變化時，雙金屬片上層金屬與下層金屬

雙金屬片的熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而

控制電路的通斷

電飯鍋①居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，

溫度上升到約103°C時,失去鐵磁性，這

一溫度稱為“居里溫度”②自動斷電原理：

氧體用手按下開關通電加熱，開始煮飯，當鍋內(nèi)

加熱溫度達到約103°C時,感溫鐵氧體失

去鐵磁性，與永磁體失去吸引力，被彈簧彈

開，從而推動杠桿使觸點開關斷開

3.光傳感器的應用一一火災報警器

報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、發(fā)光三極管和不透明的擋板.

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［再思考］

在機場、車站、碼頭等人員集散地都設有體溫檢測點，為什么測體溫時一般不用水銀溫

度計，而用紅外線測溫儀？

【提示】用水銀溫度計，測溫時間長，同時又容易引起交叉感染，用紅外線測溫儀測

溫速度快，也不需要與人體直接接觸，又避免了交叉感染，因此用紅外線測溫儀較好.

［后判斷］

1.應變式力傳感器可以用來測量重力，也可用來測牽引力.（J）

2.常溫下，電熨斗上、下觸點應當是分離的，溫度過高時，觸點接觸.（義）

3.電飯鍋內(nèi)溫度達到100°C時，觸點分離，切斷電源，停止加熱.（X）

疑難問題卡片

預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中

問題1

問題2一

問題3一

問題4

合作探究-重難疑點

學生分組探究一傳感器問題的分析

第1步探究一一分層設問，破解疑難

1.如圖6-2-1所示，是測定液面高低的傳感器示意圖，/為固定的導體芯，6為導體芯

外面的一層絕緣物體，。為導電液體，把傳感器接到圖示電路中.已知靈敏電流計指針偏轉

方向與電流方向相同.如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉，則導電液體的深度人是如何變化的？并說

明電容器的電容的變化

圖6-2-1

【提示】增大，增大

2.如圖6-2-2所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中用為光敏電阻，脛為定值電

阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？

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圖6-2-2

【提示】當光被物體擋住時，用的電阻增大，電路中的電流減小，用兩端的電壓減小，

信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個物體就獲得一次低電壓，計數(shù)一次.

第2步結論一一自我總結，素能培養(yǎng)

1.分析思路

物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉換為便于測量的電學量的器件.我

們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟：

(1)信息采集.

(2)信息加工、放大、傳輸.

(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作.

2.分析傳感器問題要注意四點

(1)感受量分析

要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等.

(2)敏感元件分析

明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的

變化規(guī)律.

(3)電路結構分析

認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出

信號與輸入信號間的規(guī)律.

(4)執(zhí)行機構工作分析

傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息

控制執(zhí)行機構進行工作的過程.

第3步例證——典例印證，思維深化

＞例如圖6-2-3所示為普通冰箱內(nèi)溫度控制器的結構.銅質(zhì)的測溫泡1、細管2和彈

性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，上述材料就構成了一個溫度

傳感器.膜盒3為扁圓形(圖中顯示為它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片

4連接.盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹.測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中，5、6分

別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作.彈簧7的兩端分別連接到彈簧片4和

連桿9上，連桿9的下端是裝在機箱上的軸.凸輪8是由設定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制

的.逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力.

電冰箱溫控器的結構

圖6-2-3

(1)為什么當冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠開始工作，而當達到設定的低溫后又自動

停止工作？

(2)為什么凸輪可以改變設定的溫度？

【解析】(1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，膜盒3通過小柱

體帶動彈簧片4使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而當達到設定的低

溫時彈簧7帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作.

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（2）凸輪逆時針旋轉會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與膜盒3共同控制彈簧片

4的運動，故凸輪可以改變設定的溫度.

【答案】見解析

第4步巧練一一精選習題，落實強化

1.在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G的同學站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動

作.傳感器和計算機相連，經(jīng)計算機處理后得到壓力尸隨時間力變化的圖象，則如圖所示的

圖象中可能正確的是（）

【解析】該同學站在壓力傳感器上完成一次下蹲動作過程中，先向下加速，后向下減

速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正確.

【答案】D

2.如圖6-2-4所示.兩塊水平放置的金屬板距離為&用導線、開關S與一個〃匝的線

圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場6中.兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器

上表面靜止放置一個質(zhì)量為以電量為的小球.S斷開時傳感器上有示數(shù)，S閉合時傳感

器上恰好無示數(shù).則線圈中的磁場6的變化情況和磁通量變化率分別是（）

B

圖6-2-4

A①msd

B.正在減弱，—

Atq

A①msd

c.正在減弱，—

Atq

.*上A①mgd

D.正在增加，-T—=—

Atnq

【解析】s閉合時傳感器上恰好無示數(shù)，說明小球受豎直向上的電場力，且電場力大

A

小等于重力.由楞次定律可判斷磁場方正在增強，根據(jù)法拉第電磁感應定律￡=/=]=必

又）=儂，得3/=鬻?，故D正確.

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【答案】D

學生分組探究二常見傳感器的應用實例

第1步探究一一分層設問，破解疑難

?

機I---------

圖6-2-5

1.如圖6-2-5所示為一冷庫中的自動控溫設備，容器中是導電液體，其液面與兩個電極

剛剛接觸，試探究分析其自動控溫原理.

【提示】冷庫中溫度較低時，導電液體體積較小，此時兩電極未與導電液體接觸，制

冷機不工作，當冷庫中溫度升高，致使導電液體受熱膨脹，體積增大，液面升高，當液面與

兩電極接觸時，電路接通，制冷機開始工作，冷庫溫度降低，導電液體溫度降低，液面下降,

當液面與電極分離時，電路斷開，制冷機停止工作.

極板

2.如圖6-2-6所示是測定位移x的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其

電容的變化？

【提示】由原理圖可知，要測定的位移x發(fā)生變化，則電介質(zhì)進入極板的長度發(fā)生變

化，從而引起電容的變化，而兩極板間距、正對面積及電介質(zhì)種類均未變化.

第2步結論一一自我總結，素能培養(yǎng)

1.生活中的傳感器

(1)與溫度控制相關的家用電器，如電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用

到溫度傳感器.

(2)紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火

報警器等.

(3)照相機中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等.

2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器

(1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動供水或停水.

(2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個點進行溫度和濕度監(jiān)測.由于有了十分先進可

靠的測試技術，有效地減少了霉變現(xiàn)象.

3.工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器

(1)生產(chǎn)的自動化和半自動化.用機器人、自動化小車、自動機床、各種自動生產(chǎn)線或者

系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運輸、存儲等工作.各種傳感器使生產(chǎn)的自動運行保

持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等.

(2)在數(shù)控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進行位移測量，從而實現(xiàn)

對零部件的精密加工.

4.飛向太空的傳感器

在航空、航天技術領域，傳感器應用得較早，也應用得較多，在運載火箭、載人飛船中，

都應用了大量的傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用.這些傳感器對控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)

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送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用.在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況

的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等.

第3步例證——典例印證，思維深化

>例一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度7