第6章 传感器
[体系构建]
传感器及常见敏感元件
1.传感器
传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件．
原理如下所示：
2．光敏电阻
光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量．
3．热敏电阻和金属热电阻
金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．
热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量．
4．电容器
平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．
5．霍尔元件
霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，霍尔电压UH＝k.
【例1】 如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U关系曲线图．
(1)为了通过测量得到如图甲所示I U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是 ；
简要说明理由： .
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
甲
乙
(2)在图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为 Ω.
(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．
[解析] (1)由于I U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)．
(2)由题图知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝ mA＝34 mA.由图象查得34 mA对应的电压为5.3 V，R2两端电压U2＝(9－5.3) V＝3.7 V，所以R2＝＝108.8 Ω.
(3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等．
[答案] (1)(a) 电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大 (2)5.2 108.8(108.6～109.0均可) (3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等
1．有一热敏电阻的电阻值在t1～t4的温度变化范围内，R t图象如图所示．现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电阻温度计．为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值．现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜(设在t1～t4温度范围内，欧姆表的倍率不变)( )
A．t1～t2 B．t2～t3
C．t3～t4 D．都可以
B [由题图可知热敏电阻的电阻值随温度的升高而增大，在t2～t3温度范围内，电阻值随温度的变化较大，即电阻值对温度的变化较为灵敏，故选B.]
传感器在实际问题中的应用
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 直流电路问题
力传感器 压敏电阻 力学、运动学与直流电路
电容传感器 电容器 力、运动与含电容电路
【例2】 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在下面虚线框中画出电路原理图．
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小
开关S，导线若干
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为 V，保护电阻R2的阻值范围为 Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答： .
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
答： .
[解析] (1)电路原理如图所示．
(2)①由题意知：U＝IR＝0.1 A×200 Ω＝20 V；
R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大，
即Imax＝，解得Rmin＝160 Ω；
R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小，
即Imin＝，解得Rmax＝520 Ω.
故保护电阻R2的阻值范围为160～520 Ω.
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机(电磁打点计时器、电铃等合理答案均可)．
[答案] (1)见解析 (2)①20 160～520 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通，不吸合时，3、4之间断开 ③见解析
[一语通关]
1 传感器中的敏感元件用于接收非电学量，并将其转换为电学量.
2 传感器一般用于有害于人体或人不能轻易到达的环境.
3 在不同的仪器中所使用的传感器一般不同，其原理也不尽相同，但都是将非电学量转化为电学量.
2．如图是测量汽车质量的地磅示意图，汽车的质量可通过电流表的示数读出，下列说法正确的是( )
A．电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B．电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C．把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量
D．地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定，与电路的有关参数无关
A [汽车质量越大，弹簧受到的压力就越大，P点越向下，连入电路的电阻就越小，所以电流表的示数就越大，故A正确，B错误；如果换成电压表，因为电压表的内阻较大，所以滑动变阻器的阻值发生变化时，电压表的示数变化范围较小，故不能准确地测量，故C错误；因为通过滑动变阻器的阻值变化，将力信号转换成了电信号，所以D错误．]
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- 6 -实验：传感器的应用
[学习目标] 1.[科学思维]识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识． 2.[科学思维]了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关． 3.[科学思维]了解温度报警器及控制原理，会组装温度报警器．
一、实验原理和方法
1．光控开关
(1)电路如图所示．
(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．
(3)光控开关的工作原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．
2．温度报警器
(1)电路如图所示．
(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．
二、实验器材
1．光控开关实验
斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸．
2．温度报警器实验
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．
三、实验步骤
1．光控开关
(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
(2)检查各元件的连接，确保无误．
(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．
(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．
(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
2．温度报警器
(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
(2)检查各元件的连接，确保无误．
(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声．
(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．
(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．
四、注意事项
1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．
3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．
4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些．
【例1】 如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，试说明其工作原理．
[解析] 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．
[答案] 见解析
【例2】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．
[解析] 热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示．
当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热．
[答案] 见解析
【例3】 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.
(a)
实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃.实验得到的R2 t的数据见下表．
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到 (选填“a”或“b”)端；
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2 t曲线；
(b)
(c)
(3)由图(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性．当t＝44.0 ℃时，可得RT＝ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为 Ω，则手心温度为 ℃.
[解析] (1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端．
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2 t曲线．
(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值．由画出的R2 t曲线可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω.
(4)由画出的R2 t曲线可知，当RT＝620.0 Ω时，手心温度t＝33.0 ℃.
[答案] (1)b (2)如图所示
(3)450 (4)620.0 33.0
1．如图所示，将一光敏电阻连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角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ
C．θ′＞θ D．不能确定θ和θ′的关系
B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针偏角越小，所以选项B正确．]
2．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是( )
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
BC [由于温度升高时，RT变小，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器发声报警，故B项正确，A项错误；又由于RT与R1是串联关系，当R1增大时，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器会发声报警，故C项正确，D项错误．]
3．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：
(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在 (选填“a”或“b”)点．
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向 移动(选填“左”或“右”)．
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是
.
[解析] (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小或线圈匝数太少，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低．
[答案] (1)a (2)左 (3)可能是乙图中的电源电压太低或电流太小或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大
4．(2021·广东卷)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律．根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材．
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势．选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处．测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________．
(2)再按图连接好电路进行测量．
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________(选填“a”或“b”)端．
将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01.闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置．记录此时电压表和电流表的示数、T和R01.断开开关S.
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S.反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同．记录此时电阻箱的阻值R02.断开开关S.
②实验中记录的阻值R01________(选填“大于”、“小于”或“等于”)R02.此时热敏电阻阻值RT＝________.
(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律．
[解析] (1)使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接．温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．
(2)①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到b端．②将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01>R02，RT＝R01－R02.
[答案] (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01－R02
5．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据，请在图甲中给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
甲 乙
(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干．
[解析] (1)如图甲所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．
(2)电路原理图如图乙所示，根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，由图线知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻分压UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1.
[答案] 见解析
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- 9 -传感器的应用
[学习目标] 1.[科学态度与责任]了解传感器在日常生活和生产中的应用．(重点) 2.[科学思维]了解传感器的一般应用模式． 3.[科学思维]会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提升分析问题、解决问题的能力．(难点)
一、传感器应用的一般模式
二、 传感器的应用实例
1．力传感器的应用——电子秤
(1)组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．
(2)工作原理：
(3)作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．
2．温度传感器的应用实例
敏感元件 工作原理
电熨斗 双金属片 温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断
电饭锅 感温铁氧体 (1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”(2)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开
3.光传感器的应用——火灾报警器
(1)组成：如图所示，发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．
(2)工作原理：平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)传感器可以直接用来进行自动控制． (×)
(2)传感器可以用来采集信息． (√)
(3)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量．(×)
(4)鼠标是力传感器． (×)
(5)电吉他是光电传感器． (×)
2．为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用了
B [由题意可知，这一装置要对光敏感，能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗)，所以选项B正确；虽然白天与夜晚温度也不相同，但温度除与昼夜有关外，还与季节有关，因此C错误；灯的亮熄与压力更无关系，A、D错误．]
3．如图所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为 N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为 ，处于失重状态的为 ．
[解析] 当拉力的大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向是匀速运动，此时力传感器的读数就是钩码的重力，约10 N．当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态．当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．
[答案] 10 A、D B、C
传感器问题的分析思路
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集．
(2)信息加工、放大、传输．
(3)利用所获得的信息执行某种操作．
【例1】 用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(g取10 m/s2)．
(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6 N，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
[解析] (1)如图所示，依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块的向左的
推力F2＝6 N，滑块所受合力产生加速度a1，
根据牛顿第二定律有
F1－F2＝ma1
可得a1＝＝ m/s2
＝4 m/s2
a1与F1同方向，即向前(向右)．
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F′1＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F′2＝20 N.
滑块所受合力产生加速度a2，由牛顿第二定律得
F合＝F′2＝ma2
可得a2＝＝10 m/s2，方向向左．
[答案] (1)4 m/s2 方向向右 (2)以方向向左、大小为10 m/s2的加速度运动
力传感器是一种测量力的大小的工具.此类题常与牛顿第二定律、运动学的内容综合.当只知道加速度的大小和方向，不知道物体的运动方向时，物体的运动情况有两种可能，即沿某一方向的匀加速或相反方向的匀减速，不要漏掉其中一种.
1.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大．这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量．若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系．
[解析] 设称重物G时弹簧的压缩量为x，由题意得
G＝kx ①
此时，滑动头P距B端距离为l－x，滑动变阻器有效电阻为R0－R0，
由欧姆定律有I＝ ②
由①②式解得G＝2kl－.
[答案] G＝2kl－
常见传感器
1.生活中的传感器
(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．
(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．
(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．
2．农业生产中的传感器
(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．
(2)温度传感器和湿度传感器：可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．
3．工业生产中的传感器
(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．
(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．
【例2】 如图所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S闭合，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )
甲 乙
A．10 ℃ B．20 ℃ C．35 ℃ D．45 ℃
C [由题可知Uab＝0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负．设电源负极的电势为零，则φa＝U，φb＝U，其中U为电源的路端电压，令φa＝φb，即Uab＝0，则可得＝，代入数据得RT＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故C正确．]
温度传感器一般使用的是热敏电阻，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，在解答有关温度传感器的应用问题时应注意区分这一性质.
2．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
C [由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选项C正确．]
电容式传感器
1.电容器的电容决定于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素．如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器．
2．常见电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器 随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
【例3】 如图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)( )
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：根据电容的公式C＝和C＝，按以下思路进行分析．
A [压力F作用时，极板间距d变小，由C＝，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，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.]
电容式传感器是一多功能传感器，可把压力、转角、位移、压强、声音等非电学量转换为电容这一电学量，分析原理时，关键要搞清是哪个非电学量转换为电容，然后结合电容的决定式来分析.
3．传感器是将能感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器．金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是( )
①C增大表示h增大 ②C增大表示h减小
③C减小表示h减小 ④C减小表示h增大
A．只有①正确 B．只有①、③正确
C．只有②正确 D．只有②、④正确
B [液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化．当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小，B正确．]
1．[物理观念]传感器在日常生活和生产中的应用．
2．[科学探究]通过实验或演示实验，认识传感器在技术或生产中的应用．
3．[科学探究]能设计简单的传感器应用电路．
4．[科学态度与责任]通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增强学习兴趣并培养正确的科学态度．
1．(多选)下列关于光传感火灾报警器的说法中正确的是( )
A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的
B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号
C．发光二极管发出的是脉冲微光
D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作
AB [发光二极管工作时是持续发光的，挡板撤去，光始终照到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关．]
2．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
A [红外报警器是当有人或物通过时，将红外线遮住从而使得光信号被遮住，光电效应装置无电流通过，红外报警器则通过另外的装置联系一定的动作，是将光信号转换为电信号的过程，则A选项正确；而B选项是将声音信号转换为电信号的过程；C选项是利用压力来传递信息的过程；D选项则通过温度来控制的过程．]
3．(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变
AD [从题图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t＜t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高．从以上分析可知，t＜t1时，温度会升高；t＞t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．故A、D正确．]
4．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．
有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料可作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．
根据图线解答：
(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？
(2)通电一段时间后电熨斗温度T自动地稳定在 [解析] 由题图知，PTC元件在T0～T6温度内，电阻随温度升高而减小，在电源电压一定时电功率增大，故升温快；当温度超过T6时，电阻随温度升高迅速增大，电功率减小，当发热功率小于散热功率时，温度不升反降，直到发热功率等于散热功率时，温度可保持在一定的范围内不变，即可控制在T6～T7范围之内．
[答案] (1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温很快 (2)T6 T7
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- 10 -传感器及其工作原理
[学习目标] 1.[物理观念]了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义． 2.[科学思维]知道将非电学量转化为电学量的意义．(重点) 3.[科学思维]了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用．(重点、难点)
一、传感器
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．
3．注意
(1)传感器的发展十分迅速，其品种已达数万种，我们学习了解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．
二、光敏电阻
1．特点：光照越强，电阻越小．
2．原因：光敏电阻的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；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．
3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
三、热敏电阻和金属热电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线．
甲 乙
2．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，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大
制作材料 半导体 金属导体
优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大
作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
4.注意：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．
四、霍尔元件
1．构造：如图所示，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．
2．工作原理：在E、F间通入恒定的电流I, 同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH.
3．霍尔电压：UH＝k.
(1)其中d为薄片的厚度，k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．
4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．
[说明] 霍尔电压的推导
设上图中MN方向长度为l2，则q＝qvB.
根据电流的微观解释，I＝nqSv，
整理后，得UH＝.
令k＝，则UH＝k.
UH与B成正比，因此霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的． (×)
(2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件． (√)
(3)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大． (×)
(4)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量． (×)
(5)霍尔元件工作时，产生的电压与外加的磁感应强度成正比．
(√)
2．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度地减小，则这种元件使用的材料可能是( )
A．金属导体 B．绝缘体
C．半导体 D．超导体
C [金属导体的电阻随温度的升高而增大，超导体的电阻几乎为零，半导体(如热敏电阻)的阻值随温度的升高而大幅度地减小．]
3．关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
C [传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．]
传感器的原理和分类
1.传感器的核心元件
(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等．
(2)转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出．
(3)转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等．
2．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、电流、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输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：
→→→→
3．分类
工作原理 举例
物理传感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等
化学传感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器等
生物传感器 利用生物化学反应识别和检测信号 酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
【例1】 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的 两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”)．
[解析] 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′ R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大．
[答案] b、c 增大
传感器问题的分析思路
不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化．因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化．
1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
D [在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确．]
验证光敏电阻和热敏电阻的特性
1.热敏电阻特性验证实验设计
(1)实验器材：热敏电阻、烧杯(备有冷、热水)、温度计、铁架台、多用电表、开关、导线．
(2)实验步骤
①如图所示，将一个热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值；
②将热敏电阻放入装有少量冷水并插入温度计的烧杯中，记录温度、电阻值；
③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；
④根据实验数据说明热敏电阻随温度变化的情况．
(3)实验结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，而且阻值的变化是非线性的．
2．光敏电阻特性验证实验设计
(1)实验器材：光敏电阻、多用电表、导线、开关．
(2)实验步骤
①用多用电表欧姆挡两表笔与光敏电阻两端连接，测光敏电阻值如图所示；
②手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线，再测光敏电阻的阻值；
③全部挡住光线，再测光敏电阻的阻值．
(3)实验结论：光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大，而且阻值的变化是非线性的．
【例2】 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的．如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R t图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
甲 乙
(1)电流表G的内阻Rg；
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度．
[解析] (1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA
根据闭合电路欧姆定律得：
Rg＝－R＝(－2×103) Ω
＝1 000 Ω.
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时
R＝－Rg＝(－1×103) Ω＝4 000 Ω
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时的温度为20 ℃
[答案] (1)1 000 Ω (2)20 ℃
2.(多选)如图所示，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
ABC [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；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．]
霍尔效应的应用
1.霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中．例如用霍尔效应可以确定一种半导体材料是电子型还是空穴型．半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法．
2．利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途：例如测量磁感应强度，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号，如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等．
【例3】 (多选)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由正电荷的定向运动形成．下列说法正确的是( )
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换为电学量
D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比
BCD [当正电荷定向运动形成电流时，正电荷在洛伦兹力作用下向N极聚集，M极感应出等量的负电荷，所以M点电势比N点电势低，选项A错误；根据霍尔元件的特点可知，选项B、C正确；因霍尔电压UH＝k，保持电流I恒定时，霍尔电压UH与B成正比，选项D正确．]
3．(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
ABD [一个磁极靠近霍尔元件工作面时，B增强，由UH＝k，知UH将变大，A正确；地球两极处磁场可看作与地面垂直，所以工作面应保持水平，B正确；赤道处磁场可看作与地面平行，所以工作面应保持竖直，C错误；若磁场与工作面夹角为θ，则应有qvBsin θ＝q，可见θ变化时，UH将变化，D正确．]
1．[物理观念]传感器、非电学量、电学量、光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件．
2．[科学探究]通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的应用．
1．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是( )
A．将力学量(如形变量)转换成磁学量
B．将电学量转换成热学量
C．将光学量转换成电学量
D．将电学量转换成力学量
C [传感器是指能够感受诸如力、温度、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为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故只有C项正确．]
2．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( )
A．金属导体 B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻 D．PTC热敏电阻
C [金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻电阻值是随光照强度的增大而减小，PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，只有NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C正确，A、B、D错误．]
3．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
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．以上说法都不正确
B [半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．]
4．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．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．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
CD [当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B错误，选项C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A错误，选项D正确．]
5．(多选)有定值电压、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的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( )
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
AC [热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误．]
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