物理人教版传感器及其工作原理（步步高） 演示模板

1传感器及其工作原理第六章

传感器学习目标1.了解什么是传感器，了解传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件，知道其工作原理及作用.达标检测自主预习重点探究内容索引NEIRONGSUOYIN课时对点练自主预习011.传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等

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

量)，或转换为电路的

的元件.2.非电学量转换为电学量的意义：把

转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和

.传感器及工作原理一物理电学通断非电学量控制光敏电阻的特点及工作原理二1.当半导体材料(如单晶硅)受到

或者温度

时，会有更多的电子获得能量成为

电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强.2.光敏电阻是用

材料(如硫化镉)制成的，它的特点是光照越强，电阻越

.它能够把

这个光学量转换为

这个电学量.光照升高自由半导体小光照强度电阻热敏电阻和金属热电阻的特点三1.热敏电阻：用

材料制成.可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻.(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻

.(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻

.2.金属热电阻：金属的电阻率随温度

而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成

传感器，称为热电阻.半导体增大减小升高温度霍尔元件的特点四1.霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受

和

二力平衡.2.霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数).其中

的变化与

成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.电场力洛伦兹力UHB1.判断下列说法的正误.(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.(

)(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.(

)(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低.(

)(4)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出.(

)√×××即学即用2.如图1所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数_____(选填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度______(选填“变亮”或“变暗”).变小变亮图102重点探究干簧管结构：如图2甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁铁靠近干簧管时：导学探究传感器一图2(1)会发生什么现象，为什么？答案灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通.(2)干簧管的作用是什么？答案干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器.1.传感器的原理知识深化2.在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的.例1

关于传感器，下列说法正确的是A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器解析传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误；金属材料也可以制成传感器，B正确；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误.√例2

许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法正确的是A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确.√导学探究光敏电阻及应用二在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图3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什么？图3答案

当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.知识深化光敏电阻是由半导体材料制成的.它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大.例3

(多选)如图4所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时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图4√√√解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误；因路端电压减小，且R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B项正确；由干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.热敏电阻和金属热电阻及应用三导学探究如图5所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图5答案由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏.知识深化1.金属热电阻：金属导体的电阻，随温度的升高而增大.2.热敏电阻(负温度系数)：用半导体材料制成，其阻值随温度升高而减小.例4

(多选)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所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时A.电容器C的带电荷量增大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消耗的功率增大图6√√由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；总结提升含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤1.明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小.2.分析整个回路的电阻、电流的增减.3.分析部分电路的电压、电流如何变化.霍尔元件四导学探究如图7所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间会出现电压，称为霍尔电压UH.(1)分析为什么会出现电压；图7答案薄片中的载流子在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向偏转，使M、N间出现了电压.(2)试推导UH的表达式.答案设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，当载流子所受洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定值.再根据电流的微观表达式I＝nqvS，S＝l2d知识深化霍尔元件电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面.例5

霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序.如图8所示是一霍尔元件的示意图，通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B，图中a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为d(a、b间距离)，a、b间将出现电压Uab，则A.a、b间电压Uab仅与磁感应强度B有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则ab两端电压Uab<0C.若霍尔元件的载流子是正电荷，则ab两端电压Uab<0D.若增大霍尔元件宽度d，则ab间电压Uab一定增大图8√若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子向a侧面偏转，a表面带负电，b表面带正电，所以b表面的电势高，则Uab<0，故B正确；若霍尔元件的载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向a侧面偏转，a表面带正电，b表面带负电，所以a表面的电势高，则Uab>0，故C错误.03达标检测1.(对传感器的理解)(2019·绵阳市高二期末)关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是A.非电信息→敏感元件→处理电路→电信息B.电信息→处理电路→敏感元件→非电信息C.非电信息→敏感元件→电信息→处理电路D.非电信息→处理电路→敏感元件→电信息1234√2.(光敏电阻的应用)如图9所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势.当用光照射电阻R3时，则(电源内阻不计)1234图9A.a点电势高于b点电势B.a点电势低于b点电势C.a点电势等于b点电势D.a点电势和b点电势的大小无法比较√解析当用光照射电阻R3时，R3电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确.3.(热敏电阻的特性)(2020·如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图10所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15℃～27℃的环境中工作.当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法正确的是1234A.环境温度降低，RM的阻值减小B.环境温度升高，Uab变大C.滑片P向下移动时，Uab变大D.调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界

温度图10√解析环境温度降低时，RM变大，A错误；环境温度升高，RM减小，则Uab变小，B错误；滑片P向下移动时，接入电路中的电阻变大，回路电流减小，则Uab变小，C错误；调节滑片P的位置能改变临界温度，D正确.12344.(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图11所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则1234A.电势φa＞φbB.电势φb＞φaC.仅电流增大时，|φa－φb|增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，a、b两点电势高

低情况仍然一样图11√√解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可知电子因受洛伦兹力作用向a侧偏转，所以φb＞φa，B正确，A错误；1234若将铜板改为NaCl溶液时，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，D错误.04课时对点练考点一传感器及工作原理1.(多选)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1234基础对点练567891011121314√√√解析传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确.12345678910111213142.(多选)关于干簧管，下列说法正确的是

A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的1234567891011121314√√解析干簧管能感知磁场，当两个簧片所处位置有磁场时，两个簧片被磁化而接通，所以可作开关来使用，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开，故C、D正确，A、B错误.考点二常见传感器及应用3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极.在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的

A.距离变化

B.正对面积变化C.电介质变化

D.电压变化1234567891011121314图1√解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确.12344.街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置利用了半导体的A.光敏性

B.压敏性C.热敏性

D.三个特性同时应用567891011121314√解析要求灯夜晚亮，白天熄，可知光的强弱导致电路电流变化，所以电路中利用光传感器使电阻变化，实现自动控制，即利用半导体的光敏性，A正确，B、C、D错误.12345.(多选)电容式传感器是将非电信号转换为电信号的装置.由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是A.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器只能用来测量速度567891011121314图2√√√1236.如图3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏转角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏转角为θ′，则可判断A.θ′＝θ

B.θ′＜θC.θ′＞θ

D.不能确定4567891011121314图3√7.(多选)如图4为电阻R随温度T变化的图线.下列说法中正确的是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是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高1234567891011121314图4解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大，但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小，但灵敏度高，故C错误，D正确.√√1238.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图5所示装置.向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是4567891011121314图5A.应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B.应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡√1234567891011121314解析多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确.1239.(2020·重庆市育才中学期中)霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一.如图6所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为带负电的电荷.则下列说法正确的是4567891011121314图6A.该元件能把电学量转化为磁学量B.左表面的电势高于右表面C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态D.如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的

电势差与磁场的磁感应强度成正比√123解析霍尔元件是把磁学量转换为电学量，A错误；由于霍尔元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C错误；456789101112131412310.一同学在使用多用电表测量阻值约为几十欧姆的电阻时，选择了欧姆挡“×1”挡位，将两表笔接在电阻的两端.则下列说法正确的是A.在测量光敏电阻的阻值时，光照越强，多用电表指针偏角越小B.在测量热敏电阻(温度越高，阻值越小)的阻值时，温度越低，多用电表指

针偏角越大C.在测量压敏电阻(压力越大，阻值越小)的阻值时，压力越大，多用电表指

针偏角越大D.在测量磁敏电阻(磁场越强，阻值越小)的阻值时，磁场越强，多用电表指

针偏角越小4567891011121314能力综合练√123解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，所以光照越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，A错误；热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，温度越低，电阻越大，多用电表指针偏角越小，B错误；压敏电阻的阻值随压力的增加而减小，所以压力越大，阻值越小，多用电表指针偏角越大，C正确；磁敏电阻的阻值随磁场的增强而减小，所以磁场越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，D错误.4567891011121314123456789101112131411.如图7所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表.若发现电压表示数增大，可能的原因是图7①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A.①③

B.①④

C.②③

D.②④√1234567891011121314解析热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确.同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误.光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，故③正确.光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，故④错误.故A选项正确.12312.(2019·苏州中学期中)如图8所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时4567891011121314图8A.R1两端的电压增大

B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强

D.小灯泡的亮度变弱解析R2与灯泡L并联后与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当热敏电阻R2温度降低时，它的电阻值增大，外电路总电阻增大，则总电流减小，即电流表的示数减小，R1两端的电压减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C