高二物理传感器

解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不 透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光 照射Rt，电阻减小，指针右偏．
答案：左 右
变式迁移 三、热敏电阻及其特性
1．热敏电阻特性的实验探究 (1)实验器材 热敏电阻、多用电表、烧杯
(备用冷、热水)、温度计、铁架台 (2)实验步骤 ①如右图所示，将一热敏电阻连入电路中．用多用电
解析：若往Rt上擦一些酒精， 由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt 温度降低，电阻值增大，所以电 流减少，指针应向左偏；用吹风 机将热风吹向电阻，电阻Rt温度 升高，电阻值减小，电流增大， 指针向右偏．
答案：左 右
变式迁移
2.有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元 件分别接入如下图所示电路中的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( )
B.BI (aR＋ρbc) D.BI (R＋ρbac)
解析：本题实质上是有关磁与
电传感器的计算题，综合性强、能
力要求高．
设管中流体的流速为v，则在Δt时间内流体在管中向前移
动的距离为vΔt，这样如图画线的流体在Δt时间内都将流过横
截面．设此横截面积为S，则画线的流体体积ΔV＝SvΔt，除以 时间Δt，则得到流体在该管中的流量为Q＝ ＝ΔΔVtSv.对于题干 所给的流量计，横截面积S＝bc，故流过流量计的流量Q＝vbc，
制成的薄片宽ab＝1.0×10－2 m、长
bc ＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3
m，水平放置在竖直向上的磁感应
强度B＝1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如上 图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．
(1)假定载流子是电子，a、b两端中的哪端电势较高？ (2)薄板上形成电流I的载流子定向运动的速率多大？ 解析：(1)根据左手定则可确定a端电势高． (2)当导体内由于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Uab， 横F向B＝电ev场B，强平度衡为时E，U电ab 场·e＝力e为vBF，e＝得E：·e＝aUbab ·e，磁场力
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
会形成稳定的电压，设上图中MN方向长度为l2，则q qvB.
UH l2
＝
根据电流的微观解释I＝nqsv，整理后，得UH＝nIqBd .
1 令k＝ nq ，因n为材料单位体积的带电粒子个数，q为
单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝IdBk
4．霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为________这 个电学量．
1．电压、电流 2．电阻 3 ．电阻 4 ．电压
电路的通断
一、传感器及其原理
1．传感器
传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、光、声、化 学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换成为电压、 电流等电学量，或转换成为电路的通断．
材料，前后两面是绝缘
材料．现于流量计所在
处加磁感应强度为B的
匀强磁场，磁场方向垂
直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将 流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端 连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电 流表的内阻，则可求得流量为( )
来自百度文库
A.BI (bR＋ρac) C.BI (cR＋ρab)
分类方式 电阻温度特性
材料 结构 工作方式 工作温度
用途
热敏电阻器的分类
类别 正温度系数、负温度系数 金属、半导体(单晶、多晶、陶瓷) 珠状、片状、杆状、膜状
直热式、旁热式 常温、高温、低温
测温控温、辐射能(功率) 测量、稳压(稳幅)等
热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：①利用电阻— 温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补 偿；②利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用； ③利用不同介质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面、 热导、真空度等；④利用热惯性作为时间延迟器．
应强度这个磁学量转换为电
压这个电学量．
2．霍尔电压UH＝k
IB d
说明：(1)其中k为比例系数，
称为霍尔系数，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，因此霍尔元件，又称磁敏元件．
3．霍尔效应的原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，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
A．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
③全部挡住光线，测光敏电阻阻值．
④将所测量数据填入下表中.
光照强度
强
中
弱
R/Ω
2.光敏电阻的特性
根据上述实验设计可得光敏电阻的特性：光敏电阻的电 阻随光照的增强而减小．
3．光敏电阻被光照射电阻变化的原因
光敏电阻在被阳光照射时电阻发生变化，原因是构成物 质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好， 随光照的增强，载流子增多，导电性能变好．
答案：AC
变式迁移
1.如右图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再 将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针 恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将Rt包裹起来， 表针将向________(填“左”或“右”)
转动；若用手电筒照射Rt， 表针将向________
(填“左”或“右”)转动．
流体的电阻r＝ρ c . ab
这样根据欧姆定律，得到闭合电路中的电流等于
I＝R＋vBρcacb 由此就得到可导电流体在流量计中的流速为 v＝BIc(R＋ρacb)， 于是就得到流过流量计的流量 Q＝vbc＝BI (bR＋ρac)．
答案：A
变式迁移 3．一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件
对于给定的流量计，b与c是常量，可见测流量实质是测流速．
当可导电流体稳定地流经流量计，流量体将切割磁感线，这样 在流量计的上、下两面产生的感应电动势E＝vBc，其中B是垂 直于流量计前后两面的匀强磁场的磁感应强度，c是流过流量 计流体的厚度，v是可导电流体在流量计中的速．这样在管外 将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端 连接，如右图所示，则将有电流流过闭合电路．这个闭合电路 中的电动势就是由可导电流体沿流量计流动切割磁感线而产生 的感应电动势，如下图所示，电阻包括外接的电阻R和可导电
2．传感器的分类
常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作 的．根据人测量的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生 物型三类．
物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、 电压、电容、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传 感器、力学传感器等．
化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量 转换成为电学量的敏感元件制成的．
解析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和 光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化， 定值电阻和热敏电阻不随之变化．
答案：AC
四、霍尔元件
1．霍尔元件
如右图所示，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．
说明：霍尔元件能够把磁感
1．传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、 光、声、化学成分等非电学量，并能够把它们按照一定的规律 转换为________等电学量，或转换为________．
2．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为________这 个电学量．
3．热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为 ________这个电学量．
.
UH与B成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换 成电学量的原因．
电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水) 在管中的流量(即单位时间内通过管内横截面的流体的体 积)．为了简化，假设流量计是如下图所示的横截面为长方 形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、 c.流量计的两端与送流体的管道相连(下图中虚线)．图中流 量计的上下两面是金属
表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值．
②将热敏电阻放入少量冷水中并将它插入有温度计的 烧杯中，记录温度、电阻值．
③再分几次向烧杯中倒入热水观察不同温度下热敏电 阻的阻值．
把测量到的温度、电阻值填入下表中
次数
待测量
12
3
4
5
t/°C
R/Ω
④在右图中，粗略描绘出热敏电 阻的阻值R随温度t变化的R－t图线．
ab
v＝ Uab ＝6.7×10－4 m/s. ab B 答案：(1)a (2)6.7×10－4 m/s
非电学量 → 敏感元件 → 转换器件 → 转换电路 → 电学量
二、光敏电阻及其特性 1．光敏电阻特性的实验探究 (1)实验器材 多用电表、光敏 电阻、导线、黑纸、开关 (2)实验步骤
①用多用电表欧姆挡
两表笔与在室内自然光照
射下的光敏电阻两端连接，
测光敏电阻阻值电路如上图所示．
②用手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线， 测光敏电阻阻值．
传感器
第1节 传感器及其工作原理
热敏电阻器的两种型号及其特性
热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件．在工 作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数 (PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数 (NTC)热敏电阻器．
热敏电阻器可按电阻温度特性、材料、结构、工作方式、 工作温度和用途进行分类．
生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的， 用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物 质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、 微生物传感器、免疫传感器等等．
3．传感器的原理 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，而它输出的大多是电学量，如电压、 电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过 放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．传感器 原理如下图所示．
⑤根据实验数据和R－t图线，说 明热敏电阻的阻值是否随温度变化而 均匀变化？
2．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，根据上述实验可知，其 电阻值随温度的变化明显， 温度升高电阻减小，如右 图所示为某一热敏电阻的 电阻值随温度变化的特性 曲线．
3．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，称为热电阻．右图为某金属导线的电 阻－温度特性曲线．
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＝ 1.6×10－19 C，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电源的通断等．
在一次实验中，一块霍尔材料
注意：热敏电阻和金属热 电阻都能够把温度这个热学量 转换成电阻这个电学量，但相 比而言，金属热电阻的化学稳 定性好，测温范围大，而热敏 电阻的灵敏度较好．
如下图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆” 挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt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”)移动；若用吹风机将热 风吹向电阻，表针将向________(填“左”或“右”)移动．
如下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( )
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
解析：每当光照射在光敏电阻R1上时，R1电阻变小， 串联电路中，R2上的电压变大，即信号处理系统获得高电 压，A对．当信号处理系统接收到一次低电压，相应计数 一次，所以此题应选A、C.