江苏省扬州市江都中学高考物理一轮复习 第三章《传感

第3课时传感器及其应用
◇◇◇◇◇◇课前预习案◇◇◇◇◇◇
【考纲考点】
内容要求说明
传感器的工作原理及其应用Ⅰ
1. 传感器: 有这样一类元件，能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并把它们按照一定的规律转化为电压、电流等，或转化为.
2. 光敏电阻: 通常是由硫化镉等制成，其特点是光照变强，电阻.光敏电阻是把这个光学量转换为这一电学量的元件.
3. 金属热电阻和热敏电阻: 金属热电阻是由铂、铜等制成，其特点是温度，电阻;热敏电阻是由半导体材料制成，其特点是温度，电阻.它们都能够把温度这个热学量转化为这个电学量.
4. 霍尔元件: 通常是由制成，其产生的霍尔电压 U H= .霍尔元件能把这一磁学量转换为电压这个电学量.
5. 力传感器: 典型的应用是电子秤，其中的主要元件为，它的作用是将
这一力学量转化为这一电学量.
6. 温度传感器: 典型的应用是日光灯启动器和电熨斗，其中的主要元件为双金属片.日光灯启动器中的，其外层材料的热膨胀系数内层材料的热膨胀系数.电熨斗的工作原理(如下图):
双金属片上层金属的热膨胀系数下层，常温下，弹性铜片和双金属片触点是的，通电后，电热丝发热，
当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点，切断电路;随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又，接通电路.
调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度;上提弹性铜片，可
触点的分离温度，从而实现了调温控制.
7. 感温铁氧体: 也叫感温磁体.常温下具有，能够被磁体吸引，当温度上升到约103 ℃时，就，不能被磁体吸引了.这个温度在物理学中称为该材料的
“”或“”.
8. 电饭锅: 结构图如图所示.
其工作过程: 开始煮饭时开关按钮，由于常温下感温铁氧体具有磁性，永磁体将感温磁体，因此手松开后这个按钮不会恢复到图示位置，则触点接触，电路接通，这时电饭锅处于状态.当水沸腾时，水的温度保持沸点，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热.当饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度，当温度超过103 ℃时，感温磁铁失去铁磁性，由于的作用，按钮开关将恢复到如图所示的位置，切断电源，从而停止加热.
9. 光传感器: 光传感器是将转化为的装置，实际应用有鼠标器和火灾报警器等.烟雾式火灾报警器是利用烟雾对光的
来工作的.罩内装有、
和.平时光电三极管收不到发光二
极管发出的光，呈状态.当烟雾进入罩
内后对光有散射作用，使部分光线照射到
上，其电阻，与传感器连接的电路检测
出这种变化，就会发出警报.
【基础检测】
（）1、传感器已经广泛应用于我们的生活，为我们带来方便.下列可以
用来控制电路通断的温度传感器元件有
A. 双金属片
B. 应变片
C. 感温铁氧体
D. 干簧管
( )2、利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况.
如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光
元件A发出的光.每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并
在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示.若传送带始终匀速运动，
每两个工件间的距离为0.1m，则下列说法中正确的是
A. 传送带运动的速度是0.1m/s
B. 传送带运动的速度是0.2m/s
C. 该传送带每小时输送3600个工件
D. 该传送带每小时输送7200个工件
( )3.如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是
A. 常温下感温磁体具有较强的
磁性
B. 当温度超过103 ℃，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 ℃
( )4.已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大.为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源的电动势E和内阻r不变，在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光.若探测装置从无磁场区进入强磁场区.则
A. 电灯L变亮
B. 电灯L变暗
C. 电流表的示数减小
D. 电流表的示数增大
◇◇◇◇◇◇课堂导学案◇◇◇◇◇◇
要点提示
一、热敏电阻的特征
热敏电阻是用半导体材料制成的，一般分为正温度系数热敏电阻(简称PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，区别在于正温度系数热敏电阻阻值随温度的升高而变大，负温度系数热敏电阻阻值随温度
的升高而变小.高中重点掌握的是负温度系数热
敏电阻，如果题目没有特殊说明，一般认为是负
温度系数热敏电阻.其电阻随温度变化的曲线如
图所示.
二、霍尔电压UH的公式推导
对高中阶段而言，我们所涉及的载流子一般取自由电子分析.一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示.沿PQ方向通入电流，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电压.设薄片厚度为d，PQ
方向长度为l，MN方向长度为a，薄片中的载流子受到磁场力发生偏转，使M
侧电势高于N侧，造成半导体内部出现电场，带电粒子同时受到静电力作用.当磁场力与静电力平衡时，MN间的电压达到恒定。

设材料单位体积的载流子数目为n，载流子的电荷量为e，可以列出
I=neSv=neadv ，qvB=q H U a ，求解可得U H =IB
ned .
取霍尔系数k=1ne ，得U H =k IB
d .
对任一霍尔元件而言，k 、d 为定值，如果保
持I 恒定.UH 与B 成正比，只要求出UH ，就可以得出
B ，这就是霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转
换成电学量的原因.
三、电容式传感器的分类
电容式传感器就是把非电学量转化为电容这一电学量.由公式C=4πS
kd
可得电容式传感器有三类: (1) 变极距式.(2) 变面积式.(3) 变介质式.
四、应变片和双金属片的区别
应变片是用半导体材料制成的，当外力越大时，弯曲形变越大，上下表
面的阻值变化就越大，如果保证通过应变片的电流恒定，那么上下表面的电
压差就越大，传感器输出的就是电压差.双金属片应用的是不同金属的受热
膨胀系数不同，从而达到控制电路通断的目的.
考点突破
问题1 热敏电阻的特征
【典型例题1】如图所示，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
热敏电阻的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正
中间.若往Rt 上擦一些酒精，表针将向 (填
“左”或“右”)转动;若用吹风机向Rt 吹热风，表针
将向 (填“左”或“右”)转动.
问题2 霍尔元件的特点
【典型例题2】霍尔元件是一种基于霍尔定律的磁传感器，已发展成一个品种
多样的磁传感器产品族，得到广泛应用.如图所示为某霍尔元件的工作原理示
意图，该元件中电流I 由正电荷定向运动形成.下列说法中正确的是( )
A. M 点电势比N 点电势高
B. 用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C. 用霍尔元件能够把磁学量转化为电学量
D. 若保持电流I 恒定，则霍尔电压UH 与B 成正比
问题3 电容式传感器的应用
【典型例题3】传感器是自动控制设备中不可缺少的
元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域.
如下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极板间距离而引起电容变化的是( )
问题4 应变片元件的特点
【典型例题4】关于电子秤中应变式力传感器，下列说法中正确的是( )
A. 应变片是由导体材料制成的
B. 当应变片的表面拉伸时，其电阻变大;反之电阻变小
C. 传感器输出的是应变片上的电压
D. 外力越大，输出的电压差值也越大
第3课时 传感器及其应用 参考答案
【知识梳理】
1. 非电学量 电学量 电路的通断
2. 半导体材料 变小 光照强弱 电阻
3. 金属材料 升高 变大 升高 变小 电阻
4. 半导体元件 k 磁感应强度
5. 应变片 物体形变 电压
6. 双金属片 小于 大于 接触 分离 接触 升高 降低
7. 铁磁性 失去铁磁性 居里温度 居里点 8. 压下 吸引 加热 不变 上升 弹簧
9. 光信号 电信号 散射 发光二极管 光电三极管 不透明的挡板 高电阻 光电三极管 变小
【基础检测】
1．AC 2．BD 3．ACD 4．AC
考点突破
【典型例题1】 左 右
【解析】若往Rt 上擦一些酒精,由于酒精蒸发,热敏电阻上温度降低,阻值变大,指针向左偏(欧姆表最右侧电阻为0,左侧最大).用电吹风吹热风,温度升高,阻值变小,指针向右偏.
【典型例题2】BCD
【解析】根据左手定则,正电荷定向移动时所受的洛伦兹力指向N 端,故N 点电势高于M 点,A 错误.
电荷定向移动时受洛伦兹力和电场力作用,最后二者相等,即Bqv=q H
U d (d 为霍尔元件的宽
度),v=I nqbd (b 为霍尔元件的厚度)得B=H
nqbU I ,所以可以用霍尔元件测量地磁场的磁感应
强度,B 正确.霍尔元件能够把测量磁感应强度转换为测量电流和电势差等电学量,C 正确.由前面的关系式可知,若保持电流恒定,霍尔元件UH 与B 成正比,D 正确.
【典型例题3】 C
【解析】A 是通过改变介电常数改变电容,A 错误.B 和D 是通过改变正对面积改变电容,BD 错误.C 是通过改变两极板间距改变电容,C 正确.
【典型例题4】BD
IB d。