高中物理人教版第六章_第1节_传感器及其工作原理

答案：B
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[例1] 如图6－1－3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 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
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(
) 图6－1－3
[思路点拨]
解决此类题首先要判断光敏电阻阻值的
变化，然后再根据闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律，
3.热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量 转换为电阻这个电学量。 4.电容式位移传感器能把物体位移这个力学量 转换为电容这个电学量。 5.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为 电压这个电学量。
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[自学教材] 1．传感器的定义 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 。
所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的 电流，所以指针将右偏。F不变时，极板保持固定后，充 电结束，指针回到零刻度。故选A。 [答案] A
[借题发挥]
电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离、正
对面积、电介质及引起它们改变的因素(如力、位移、压 强、声音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的电 容这个电学量。
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[重点诠释] 传感器的工作原理
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。传感器的 工作原理如下所示：
非电 敏感 转换 转换 → → → → 电学量 学量 元件 器件 电路
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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。
[答案] ABC
[借题发挥] 解决含有热敏电阻和光敏电阻的直流电路动态分析 问题时，首先要明确两种元件阻值大小的变化规律，然 后根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的特点来分析
电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量
图6－1－5
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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动 D．向左偏到某一刻度后不动
[思路点拨] εrS Q 由公式 C＝4πkd，C＝U知：
压力F 回路中 → d变化 → C变化 → Q变化 → 作用下 产生电流
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压力F作用时，极板间距d变小，由C＝ εrS ， 4πkd 电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大， [解析]
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2.如图6－1－6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， 图6－1－6 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变化为 A．h增大 C．h不变 B．h减小 D．无法确定
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(
)
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四个电极E、F、M、N。 2．霍尔电压
如图6－1－2所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加
与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝ IB 。 kd 图6－1－2
3．作用
把 磁感应强度 这个磁学量转换为 电压 这个电学量。
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[重点诠释] 霍尔效应的原理
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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：ABD
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氧化锰热敏电阻 特点 制作 材料 优点 作用 电阻率随温度的升
金属热电阻 电阻率随温度的升高而 增大
高而 减小
答案：AB
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[例2]
如图6－1－5所示为测定压力的电容式传感器，
将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联 成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发 生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在 对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实 线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为 (电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)
的变化情况。
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1.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6－1－4所示电
路，R1为定值电阻，R2为半导体热 降低时 A．电容器C的带电荷量增大 图6－1－4
敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器。当环境温度 ( )
B．电压表的读数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大
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。 答案：A
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解析：传感器的任务就是采集信息，A对；干簧管的主要 构造是由平行不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的， 它靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，B对；由传感器 的定义知D对。
答案：ABD
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1.特点 光照越强，电阻 越小 。 2．原因
无光照时，载流子少，导电性能 不好 ；随着光照的增强， 变好 增多 载流子 ，导电性 。
3．作用 把 光照强弱 这个光学量转换为 电阻 这个电学量。
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2．关于光敏电阻，下列说法正确的是
(
)
A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻 这个电学量 B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子 极少，导电性能不好
C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子
较少，导电性能良好 D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子 ] 增多，导电性能变好
D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
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解析：金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料
的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，其变化规律均不成
比例，所以A错误，B对，由图像可以看出，图线1对应的 材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳 定性差但灵敏度高，所以C错误D对。 答案：BD
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解析：当环境温度降低时，R2 变大，电路的总电阻变大，由 I＝ E 知 I 变小，又 U＝E－Ir，电压表的读数 U 增大，B 正 R总
确；又由 U1＝IR1 及 P1＝I2R1 可知 U1 变小，R1 消耗的功率 P1 变小， D 错误； 电容器两板间的电压 U2＝U－U1， U2 变大， U2 由场强 E′＝ d ，Q＝CU2 可知 Q、E′都增大，故 A 正确， C 错误。
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[特别提醒] (1)传感器的快速发展，其品种已达数万种，我们今天 学习的只是最基本的几种而已。 (2)不能认为传感器输出的一定是电信号。
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1．下列说法正确的是
A．传感器担负着信息采集的任务 B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器 C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
(
)
D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电 信号的主要工具
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从局部→整体→局部的观点分析各物理量变化即可。 [解析] 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；
半导体 灵敏度好
金属 化学稳定性好，测温范围大
将 温度 这个热学量转换为 电阻 这个电学量
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24.如图6－1－1所示为电阻R随温度T
变化的图线。下列说法中正确的是
图6－1－1 A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的 B．图线2的热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的 C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 ( )
外部磁场的洛伦兹力使运动的载流子在导体板的一侧 聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，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静 电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会 kIB 形成稳定的电压，UH＝ d 。UH 的变化与 B 成正比是霍尔元 件能把磁学量转换成电学量的原因。
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1.传感器按照一定的规律把非电学量转化为电
学量，可以很方便地进行测量、传输、处理
和控制。 2.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为
电阻这个电学量。
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4．关于霍尔元件，下列说法正确的是
A．把温度这个热学量转化为电阻这个电学量
(
)
B．把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量 C．把力这个力学量转化为电压这个电学量 D．把光照这个光学量转化为电阻这个电学量 解析：霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量的变化转 化为其两表面电压的变化这个电学量的，故B正确。