学案1 传感器的原理 探究热敏电阻的温度特性曲线
[学习目标定位] 1.知道传感器的定义，理解其工作原理.2.了解光敏电阻、热敏电阻等元件的特征.3.会探究热敏电阻的温度特性曲线．
1．用多用电表测电阻时，首先选择欧姆挡，然后进行欧姆调零，指针指在表盘的中值附近，测得的阻值较准确．
2．电阻率ρ是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越小，导电性能越好，定义式为ρ＝.
3．平行板电容器的电容C＝.
一、什么是传感器
1．传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转化成电学量的装置．
2．传感器一般包括敏感元件与转换电路等．
二、传感器的类型
根据检测量的不同，传感器可分为物理型、化学型和生物型．
三、探究热敏电阻的温度特性曲线
热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数的热敏材料、负温度系数的热敏材料、临界温度系数的热敏材料．
一、什么是传感器
[问题设计]
光声控延时开关的敏感元件有哪些？你能画出它的原理图吗？
答案 有光敏感元件和声敏感元件．
[要点提炼]
1．各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量．
2．传感器的结构：
非电学量敏感元件―→处理电路电学量
3．敏感元件是传感器中的关键性元件，它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务．
二、研究光敏电阻的导电特性
[问题设计]
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1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1
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．
[要点提炼]
1．光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的．
特点：光照越强，电阻越小．
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．
三、探究热敏电阻的温度特性
[问题设计]
如图2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，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？
图2
答案 由于酒精蒸发，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，Rt温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．
[要点提炼]
1．金属导体的电阻率随温度升高而增大．
2．热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半导体材料制成．
3．热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：
(1)正温度系数的热敏材料(PTC)：电阻随温度的上升而增加．
(2)负温度系数的热敏材料(NTC)：电阻随温度的上升而下降．
(3)临界温度系数的热敏材料(CTC)：电阻在很小的温度范围内急剧下降．
一、对传感器的认识
例1 如图3是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．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．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．
将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？
图3
解析 ①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大．
②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．
答案 见解析
二、对光敏电阻的认识及应用
例2 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( )
图4
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
解析 当入射光强度增大时，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，从而电压表的示数增大，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．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，故小灯泡的功率增大，C项正确．
答案 ABC
三、对热敏电阻的认识及应用
例3 如图5所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦一些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )
图5
A．变大
B．变小
C．先变大后变小最后不变
D．先变小后变大最后不变
答案 D
解析 往RT上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精蒸发完毕后，RT的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐减小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．
1．(对传感器的认识)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
答案 B
解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错．
2．(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图6所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
图6
A．温度不变，光照增强 B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强 D．温度升高，光照减弱
答案 AC
3．(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图7所示，Rt为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，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，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )
图7
A．热敏电阻温度升高，其他条件不变
B．热敏电阻温度降低，其他条件不变
C．光照减弱，其他条件不变
D．光照增强，其他条件不变
答案 BC
解析 电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于Rt减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、C项正确，A、D项错误．
题组一 对传感器的认识
1．传感器担负着信息采集的任务，它可以( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
答案 ABC
解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件．故选项A、B、C对，选项D错．
2.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 ( )
图1
A．距离变化 B．正对面积变化
C．电介质变化 D．电压变化
答案 A
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．
题组二 对光敏电阻的认识及电路分析
3．如图2所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ( )
图2
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
答案 AD
解析 光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．
4.如图3所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，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( )
图3
A．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
答案 A
解析 R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，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．
5．如图4所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离较近且不变，下列说法中正确的是( )
图4
A．当滑片向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑片向右移动时，L消耗的功率不变
D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变
答案 A
解析 电源电压恒定，也就是说，并联电路两端电压恒定，当滑片向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大，故选项A正确．
题组三 对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析
6．对热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而变化明显
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
答案 AC
7.如图5所示是观察电阻R的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
图5
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显
D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
答案 C
解析 如果R为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B均错；如果R为热敏电阻，读数变化非常明显，故C对，D错．
8．如图6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( )
图6
A．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
答案 C
解析 R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确．
