课时分层作业(十八) 常见传感器的工作原理及应用
?题组一 电阻式传感器的应用分析
1．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
2．电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，如图所示为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，则如何调节调温旋钮( )
织物材料 尼龙 合成纤维 丝绸 羊毛 棉麻
熨烫温度 低→高
A．向下 B．向上
C．保持原状 D．不能确定
3．如图甲所示的电路中，光敏电阻R2加上图乙所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的( )
A B C D
4．如图所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水换为热水，关于电阻表的读数变化情况正确的是( )
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
?题组二 电容式传感器
5．(多选)如图所示，电容式话筒右侧固定不动的金属板b，与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b分别通过导线与恒定电源两极相接，声源S做位移x＝A sin 200πt的振动，则有( )
A．a振动过程中，a、b板之间的电场强度不变
B．a振动过程中话筒会产生电磁波
C．导线ac电流的频率为1 000 Hz
D．a向右位移最大时，a、b板形成的电容最大
6．测定压力的电容式传感器如图所示，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作用于可动电极膜片上时，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
7．(多选)电容式传感器的用途非常广泛，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电容的变化，如图所示是某种电容式传感器的示意图，关于这个传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．可以通过电介质的左右移动来测量位移
B．可以通过电介质的左右移动再结合时间来测量速度
C．可以通过电介质的左右移动来测量极板受到的压力
D．可以通过电介质的左右移动结合时间来测量极板的速度
8．如图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
9．如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED的间距不变。下列说法正确的是( )
A．当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑片P向右移动时，L消耗的功率不变
D．无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变
10．(多选)霍尔元件的示意图如图所示。一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有图示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．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
11．如图甲所示是电饭锅的电路图，其内部结构如图乙所示，S1是一个限温开关，按下此开关按钮，两触点闭合，当温度达到居里点(103 ℃)时此开关会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开，R1是限流电阻，R2是加热电阻。下列说法正确的是( )
A．当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧和磁体重力的作用下，两触点断开
B．开始煮饭时，若不按下限温开关S1一样可以把水加热到100 ℃
C．电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在70 ℃到103 ℃之间
D．用电饭锅烧水，常压下当水沸腾后限温开关S1也会自动断开
12．自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁，当磁铁运动到霍尔传感器附近时，就产生了霍尔电压，霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中，放大器就能检测到霍尔电压，这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时，检测到单位时间内的脉冲数为N，已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1，前轮的半径为R2，脉冲的宽度为Δt，峰值为Um，下列说法正确的是( )
A．车速越快，脉冲的峰值Um越大
B．车速越快，脉冲的宽度Δt越大
C．车速为2πNR2
D．车速为2πNR1
13．一种悬球式加速度仪如图所示，它可用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度。m是一个金属球，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点。AB是一根长为l的电阻丝，其电阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计。电阻丝的中点C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V(金属丝和导线电阻不计)。图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上。整个装置固定在列车中，使AB沿着前进的方向。列车静止时金属丝在竖直方向，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表的示数变化可测出加速度的大小。
(1)当列车向右匀加速运动时，试写出加速度a与电压表示数U′的关系式，以便重新刻制电压表刻线，使其成为可直接读出加速度数值的加速度计。
(2)用此装置测得的最大加速度是多少？
(3)将C点设置在电阻丝AB的中点有什么好处？对电压表的选择有什么特殊要求？课时分层作业(十八)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
AD B B C BD A AB A A BC A C
1．AD [严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，会影响LDR的电阻，D正确。]
2．B [由题意知，把电熨斗熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，就是要求电熨斗在低温易断开，因双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离，故B正确。]
3．B [光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零，故B正确。]
4．C [若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故电阻表读数变大但不明显，A、B错误；若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，C正确，D错误。]
5．BD [由于振动膜振动，两极板间形成变化的电场而产生电磁波，导线内形成声音振动电流，振动膜向右位移最大时两极板间距最小，电容最大，导线中电流的频率等于声源S振动的频率f＝＝100 Hz，故B、D正确。]
6．A [压力F作用时，极板间距d变小，由C＝可知电容器电容C变大，根据Q＝CU可知，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中通过由正接线柱流入的电流，指针将右偏，当F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，故A正确，B、C、D错误。]
7．AB [电容器可以由电介质的变化引起电容的变化，来测量位移x，也可以结合时间来测量位移变化的快慢，即速度，故A、B正确；电介质的运动与极板的变化都影响电容的变化，故不能通过电介质的运动来测量极板受到的压力及极板的运动快慢，故C、D错误。]
8．A [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。]
9．A [滑片P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，且电源两端的电压恒定，所以流过二极管的电流增大，从而发出的光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大，故选项A正确。]
10．BC [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，由左手定则可判断出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；因|φa－φb|＝k，所以电流增大时增大，C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，＝0，即不产生霍尔效应，D错误。]
11．A [当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧和磁体重力的作用下，使得两触点断开，故A正确；如果开始煮饭时不按下限温开关S1，由于S2的作用，当锅内温度低于70 ℃时S2会自动闭合，从而对锅加热，但当温度高于80 ℃时S2会自动断开，使电饭锅处于保温状态，因此锅内的温度会控制在70 ℃到80 ℃之间，而无法将水加热到100 ℃，故B、C错误；用电饭锅烧水，水沸腾后水的温度会保持100 ℃不变，锅底温度不能达到居里点(103 ℃)，因此限温开关S1，不会自动断开，故D错误。故选A。]
12．C [根据qvB＝q得，Um＝Bdv，由电流的微观定义式I＝neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，整理得：v＝，联立解得Um＝，可知保持电流不变，霍尔电压Um与车速大小无关，故A错误；车速越快，脉冲宽度Δt越小，故B错误；由题意如果在单位时间t＝1 s内测得的脉冲数为N时，则自行车的转速为n0＝，则车速为v＝2πNR2，故C正确，D错误。]
13．解析：(1)对小球进行受力分析，小球受重力和绳的拉力，其合力沿水平方向。
合力大小F＝mg tan θ
根据牛顿第二定律得a＝＝g tan θ
电压表所测的电阻丝的长度L′＝h tan θ＝
串联电路中电流处处相等，有
解得U′＝L′＝理可得a＝(2)电压表的最大值对应着加速度的最大值，由电路图可知，电压表的最大读数为U′max＝，所以加速度的最大值为amax＝(3)C点设置在AB中间的好处是：利用这个装置还可以测定列车做匀减速运动时的加速度，这时小球偏向OC线的右方。对电压表的要求是，此电路中所用电压表的零点要在中间，量程要大于。
答案：(1)a＝ (2) (3)见解析(共74张PPT)
2．常见传感器的工作原理及应用
第五章 传感器
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 任务1．知道传感器就是把非电学量转换为电学量的器件或装置，其主要元件是敏感元件。
任务2．了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。
任务3．利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。
[问题初探] 问题1．光敏电阻在被光照射时电阻如何变化？
问题2．金属的电阻率随温度如何变化？
问题3．什么是金属的电阻应变效应？
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
[链接教材] 我们知道，传感器可以感受光强、温度、 力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转
换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的
各种传感器又有哪些应用呢？
知识点一 光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻
提示：①常见传感器通过敏感元件电阻的变化、电容的变化及电压的变化等感知非电学量。
②传感器在温度测量、光照强度测量、感知力的大小及变化、磁感应强度测量、自动化电路控制等方面有广泛的应用。
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻____。
(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__；随着光照的____，载流子增多，导电性____。
(3)作用：把________这个光学量转换为____这个电学量。
提醒：光敏电阻阻值随光照强度变化而变化是因为光敏电阻是半导体，光照引起载流子数变化。
越小
差
增强
变好
光照强弱
电阻
2．金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而____，这样的金属丝可以用来制作温度传感器，称为热电阻，如图甲所示为某金属导线电阻的阻值随温度变化的图线。
增大
3．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____，如图乙所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线。
提醒：热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻值变化比较明显。在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(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。
减小
观察下面两幅实验图。
问题1．图甲中，手张开(或用黑纸)先挡住照在光敏电阻上的部分光线，后挡住照在光敏电阻上的全部光线，电阻表的示数如何变化？
提示：示数变大。
问题2．图乙中，将负温度系数的热敏电阻放入装有少量冷水并插入温度计的烧杯中，分几次向烧杯中注入热水改变水的温度，电阻表的示数如何变化？
提示：示数变小。
1．电阻式传感器性能比较
热敏电阻 金属热电阻 光敏电阻 电阻应变片
特点 正温度系数的热敏电阻，随温度升高阻值变大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高阻值减小 电阻率随温度的升高而增大 在强光下电阻小，在弱光下电阻大 受到拉力时，电阻变大；受到压力时，电阻变小
热敏电阻 金属热电阻 光敏电阻 电阻应变片
敏感材料 半导体 金属 把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面镀银 金属材料
优点 灵敏度好 测温范围大 灵敏度好 灵敏度好
原理 温度影响电阻率 无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好
应用 空调机 电饭煲 照相机 电子秤
2．热敏电阻和金属热电阻随温度变化的特点
(1)热敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图线①所示为某热敏电阻阻值随温度变化的特性曲线。
(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。
【典例1】 (热敏电阻)一火警报警器的一部分电路示意图如图所示，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I变大、U变大
B．I变小、U变小
C．I变小、U变大
D．I变大、U变小
√
[思路点拨] 解答本题时可按以下思路分析：
B [当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中的总电流增大，路端电压将减小，所以报警器两端的电压U减小；由于路端电压减小，R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，通过R3的电流I变小，所以显示器的电流I变小。故选B。]
解题技巧 含有热敏电阻的电路的动态分析顺序
【典例2】 (光敏电阻)在产品生产的流水线上，常需要对产品计数。如图甲所示是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。实现自动计数功能的电路如图乙所示，a、b之间接示波器。水平传送带匀速前进，产品通过时会挡住光信号。示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示。若计数电路中的电源两端的电压恒为6 V，光敏电阻与阻值为1 kΩ的定值电阻串联。已知t＝0.1 s时光信号被产品挡住。下列说法正确的是( )
A．R1为光敏电阻
B．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为2 kΩ
C．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为0.5 kΩ
D．每分钟通过计数装置的产品数量为300个
√
【教用·备选例题】 (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
√
√
√
ABC [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，电路的路端电压减小，A项正确，D项错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压减小，则R2中电流减小，B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流增大，小灯泡的功率增大，C项正确。]
1．力传感器的组成及敏感元件：由______和电阻______组成，敏感元件是电阻______。
2．工作原理
3．作用：电阻应变片将物体____这个力学量转换为____这个电学量。
知识点二 力传感器的应用——电子秤
提醒：力传感器不仅可以测量压力，也可以测量拉力。
金属梁
应变片
应变片
形变
电阻
电子秤中的力传感器由金属梁和电阻应变片组成，其结构如图所示。在应用电子秤测力时：
问题1．在梁的上下表面的应变片是怎样形变的？
提示：上表面拉伸，下表面压缩。
问题2．它们的电阻是怎样变化的？
提示：根据电阻定律可知，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。
问题3．电子秤是如何把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量的？
提示：让应变片中通过的电流保持不变，所以上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小，传感器把这两个电压的差值输出，这样就把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
力传感器的应用——电子秤工作原理
1．压力(两个应变片的形变)引起电阻变化。如图所示，金属梁右端固定，上下表面各贴一个应变片，金属梁自由端受力F时，金属梁发生弯曲，上表面应变片拉伸，阻值变大，下表面应变片压缩，阻值变小。
2．如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上表面应变片两端电压变大，下表面应变片两端电压变小。传感器把这两个电压的差值输出，力F越大，输出的电压差值也就越大，这样就把压力的大小转换为电压的大小。
【典例3】 (电子秤)如图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。
(1)求空载时，电流表的读数；
(2)求可以称量物体的最大值；
(3)试写出电流表示数I与压力F的变化关系式。
【教用·备选例题】 力敏电阻被广泛应用于汽车电子、医疗设备以及工业机器人等领域。为了研究一可视为纯电阻的力敏电阻的电阻值随着表面所受压力的变化而变化的情况，
中学课外兴趣小组的同学设计的实验电路如
图所示，已知该力敏电阻的电阻值在100 Ω～
3 000 Ω之间变化。除了力敏电阻外，兴趣小
组现有的器材还有：
直流电源E(电动势约为6 V，内阻约为1 Ω)；
电压表V1(量程为6 V，内阻约为3 kΩ)；
电压表V2(量程为15 V，内阻约为5 kΩ)；
电流计G(量程为3 mA，内阻为11 Ω)；
滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω，额定电流为3 A)；
滑动变阻器R2(最大阻值为1 kΩ，额定电流为0.5 A)；
开关及导线若干。
(1)实验中要求尽量减小误差，应保证电表在测量时其最大示数超过量程的一半，则滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)，电压表应选择________(选填“V1”或“V2”)。
(2)为了在实验中使电流计符合实验要求，需要给电流计________(选填“串”或“并”)联一个阻值为________ Ω的定值电阻，就可以将该电流计改装为量程36 mA的电流表。
(3)使用该电路测量时，由于电压表不是理想电表，因此测量值________(选填“大于”或“小于”)真实值。
R1
V1
并
1
小于
(4)已知力敏电阻的电阻值随着表面所受压力的增大而减小。实验中先将滑动变阻器的滑片P移至左端，再闭合开关S1，在给该力敏电阻施加较大的压力时，开关S2需要处于________(选填“断开”或“闭合”)状态。移动滑片P至合适位置，若此时电压表示数为量程的三分之二，改装电流表示数为27 mA，则此时力敏电阻对应的阻值为________Ω(结果保留三位有效数字)。
闭合
148
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。
知识点三 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
名称 传感器 原理
测定液面高度h的电容式传感器 在导电芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导电芯和导电液体构成电容器的两个极，导电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
名称 传感器 原理
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
【典例4】 (电容式传感器)(多选)电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化。如图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．图甲的传感器可测量角度
B．图乙的传感器可测量液面的高度
C．图丙的传感器可测量压力
D．图丁的传感器可测量速度
√
√
√
ABC [题图甲所示电容器为可变电容器，通过动片转动改变正对面积，改变电容，可以用来测量角度，选项A正确；题图乙所示电容器的一个极板是金属芯线，另一个极板是导电液体，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，可以用来测量液面的高度，选项B正确；题图丙是通过改变两个电极间的距离改变电容器的，可以用来测量压力，选项C正确；题图丁所示是可变电容器，通过改变极板间电介质的长度来改变电容，可以用来测量位移，不能测量速度，选项D错误。]
应用迁移·随堂评估自测
1．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( )
A．一般金属导体 B．光敏电阻
C．热敏电阻 D．电阻应变片
√
2
4
3
题号
1
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，热敏电阻的阻值随温度的升高而增大或随温度的升高而减小，电阻应变片的阻值随机械形变而发生变化，C正确，A、B、D错误。]
2．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法正确的是( )
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
2
3
题号
1
4
√
A [光敏电阻是把光强转换为电阻的元件，热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误，A正确。]
2
3
题号
1
4
3．如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极
的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流
的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息
可知( )
A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积变化，电容不变
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D．如果用戴了手套的手触摸屏幕，照样能灵敏计算出触摸点的位置
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题号
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√
A [电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板，把导体层当作另一个极板，A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，电容越大，B、C错误；如果戴了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能灵敏引起导体层电场的变化，D错误。]
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题号
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4．(多选)一种油箱内油面高度检测装置的示意图如图所示。图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R。当油箱内油面下降时，下列分析正确的有( )
A．触点O向下滑动
B．触点O向上滑动
C．电路中的电流增大了
D．电路中的电流减小了
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题号
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√
BD [当油箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项A、C错误，B、D正确。]
√
回归本节知识，完成以下问题：
(1)光敏电阻把什么量转化为电阻？热敏电阻把什么量转化为电阻？电阻应变片把什么量转化为电阻？
提示：光照强度；温度；形变。
(2)电容式位移传感器输入是什么？输出的是什么？
提示：位移；电容。
题号
课时分层作业(十八) 常见传感器的工作原理及应用
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?题组一 电阻式传感器的应用分析
1．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是( )
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
√
AD [严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，会影响LDR的电阻，D正确。]
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2．电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，如图所示为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，则如何调节调温旋钮( )
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A．向下 B．向上 C．保持原状 D．不能确定
√
B [由题意知，把电熨斗熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，就是要求电熨斗在低温易断开，因双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离，故B正确。]
织物材料 尼龙 合成纤维 丝绸 羊毛 棉麻
熨烫温度 低→高
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3．如图甲所示的电路中，光敏电阻R2加上图乙所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的( )
A B C D
B [光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零，故B正确。]
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4．如图所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水换为热水，关于电阻表的读数变化情况正确的是( )
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
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C [若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故电阻表读数变大但不明显，A、B错误；若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，C正确，D错误。]
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?题组二 电容式传感器
5．(多选)如图所示，电容式话筒右侧固定不动的金属板b，与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b分别通过导线与恒定电源两极相接，声源S做位移x＝Asin 200πt的振动，则有( )
A．a振动过程中，a、b板之间的电场强度不变
B．a振动过程中话筒会产生电磁波
C．导线ac电流的频率为1 000 Hz
D．a向右位移最大时，a、b板形成的电容最大
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6．测定压力的电容式传感器如图所示，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作用于可动电极膜片上时，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
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7．(多选)电容式传感器的用途非常广泛，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电容的变化，如图所示是某种电容式传感器的示意图，关于这个传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．可以通过电介质的左右移动来测量位移
B．可以通过电介质的左右移动再结合时间来测量速度
C．可以通过电介质的左右移动来测量极板受到的压力
D．可以通过电介质的左右移动结合时间来测量极板的速度
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AB [电容器可以由电介质的变化引起电容的变化，来测量位移x，也可以结合时间来测量位移变化的快慢，即速度，故A、B正确；电介质的运动与极板的变化都影响电容的变化，故不能通过电介质的运动来测量极板受到的压力及极板的运动快慢，故C、D错误。]
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8．如图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
A [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。]
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9．如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED的间距不变。下列说法正确的是( )
A．当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑片P向右移动时，L消耗的功率不变
D．无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变
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A [滑片P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，且电源两端的电压恒定，所以流过二极管的电流增大，从而发出的光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大，故选项A正确。]
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10．(多选)霍尔元件的示意图如图所示。一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有图示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．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
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11．如图甲所示是电饭锅的电路图，其内部结构如图乙所示，S1是一个限温开关，按下此开关按钮，两触点闭合，当温度达到居里点(103 ℃)时此开关会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开，R1是限流电阻，R2是加热电阻。下列说法正确的是( )
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A．当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧和磁体重力的作用下，两触点断开
B．开始煮饭时，若不按下限温开关S1一样可以把水加热到100 ℃
C．电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在70 ℃到103 ℃之间
D．用电饭锅烧水，常压下当水沸腾后限温开关S1也会自动断开
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A [当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧和磁体重力的作用下，使得两触点断开，故A正确；如果开始煮饭时不按下限温开关S1，由于S2的作用，当锅内温度低于70 ℃时S2会自动闭合，从而对锅加热，但当温度高于80 ℃时S2会自动断开，使电饭锅处于保温状态，因此锅内的温度会控制在70 ℃到80 ℃之间，而无法将水加热到100 ℃，故B、C错误；用电饭锅烧水，水沸腾后水的温度会保持100 ℃不变，锅底温度不能达到居里点(103 ℃)，因此限温开关S1，不会自动断开，故D错误。故选A。]
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12．自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁，当磁铁运动到霍尔传感器附近时，就产生了霍尔电压，霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中，放大器就能检测到霍尔电压，这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时，检测到单位时间内的脉冲数为N，已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1，前轮的半径为R2，脉冲的宽度为Δt，峰值为Um，下列说法正确的是( )
A．车速越快，脉冲的峰值Um越大
B．车速越快，脉冲的宽度Δt越大
C．车速为2πNR2
D．车速为2πNR1
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13．一种悬球式加速度仪如图所示，它可用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度。m是一个金属球，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点。AB是一根长为l的电阻丝，其电阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计。电阻丝的中点C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V(金属丝和导线电阻不计)。图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上。整个装置固定在列车中，使AB沿着前进的方向。列车静止
时金属丝在竖直方向，当列车加速或减速前进时，金
属丝将偏离竖直方向，从电压表的示数变化可测出加
速度的大小。
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(1)当列车向右匀加速运动时，试写出加速度a与电压表示数U′的关系式，以便重新刻制电压表刻线，使其成为可直接读出加速度数值的加速度计。
(2)用此装置测得的最大加速度是多少？
(3)将C点设置在电阻丝AB的中点有什么好处？对电压表的选择有什么特殊要求？
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