第五章 2
基础达标练
1．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。未发生火灾时，光电三极管接收不到LED发出的光，处于高电阻状态。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，使光电三极管的电阻更大，检测电路检测出变化，发出警报
B．光电三极管的温度升高，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，部分光线照射到光电三极管上，使其电阻变小，检测电路检测出变化，发出警报
D．以上说法都不正确
答案：C
解析：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，部分光线照在光电三极管上，使其电阻变小，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。
2．(2024·四川成都期中)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件样品置于磁场中，上表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是( )
A．通过霍尔元件的磁场方向向上
B．接线端2的电势高于接线端4的电势
C．仅将电源E1、E2反向接入电路，电压表的示数不变
D．若适当减小R1、增大R2，则电压表示数一定增大
答案：C
解析：根据安培定则可知，通过霍尔元件的磁场的方向向下，A错误；通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，电子带负电，电子移动方向与电流的方向相反，由左手定则可知，电子偏向接线端2，所以接线端2的电势低于接线端4的电势，B错误；仅将电源E1、E2反向接入电路时，电子所受的洛伦兹力大小和方向均不变，则2、4两接线端的电势高低关系不发生改变，C正确；适当减小R1，电磁铁中的电流增大，产生磁场的磁感应强度B增大，而增大R2，流过霍尔元件的电流I减小，由UH＝k可知，电压表示数不一定增大，D错误。
3．目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏。电容式触摸屏内有一导电层，导电层四个角引出四个电极，当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容器，电容器具有“通高频”的作用，从而导致电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指的触点到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。在开机状态下，下列说法正确的是( )
A．电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了手指对屏幕按压产生了形变
B．电容式触摸屏感测手指触摸点的位置利用了电磁感应现象
C．当手指触摸屏幕时有微弱的电流流过手指
D．当手指离开屏幕时，电容变小，电容器对高频电流的阻碍变大，控制器不能检测到手指离开屏幕的准确位置
答案：C
解析：只要触摸电容式触摸屏，控制器通过计算流经四个电极的电流比例就能确定手指触摸点的位置，不需要手指对屏幕有压力，故A错误；电容式触摸屏感测手指触摸点的位置利用的是电容器的充放电原理，不是电磁感应现象，故B错误；由题意可知，手指相当于电容器的极板，在电容器充放电过程中，会有微弱电流通过手指，故C正确；根据电容器的工作原理可知，当手指离开屏幕时，电容变小，电容器将放电，控制器仍然能检测到手指离开的准确位置，故D错误。
4．(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。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
答案：CD
解析：干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作开关来使用，作为控制元件以实现自动控制的，故C、D正确，A、B错误。
5．(多选)(2023·河北衡水市冀州区高二期末)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是( )
A．仅光照变强，小灯泡变暗
B．仅光照变弱，小灯泡变暗
C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮
D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
答案：BC
解析：仅光照变强，可知光敏电阻的阻值变小，则总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，则灯泡的功率变大，灯泡变亮，故A错误；仅光照变弱，可知光敏电阻的阻值变大，则总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知总电流减小，则灯泡的功率变小，灯泡变暗，故B正确；仅将滑片向a端滑动，接入电路的有效阻值变小，则总电阻变小，电流增大，灯泡的功率变大，灯泡变亮，故C正确；仅将滑片向b端滑动，接入电路的有效阻值变大，则总电阻变大，电流减小，灯泡的功率变小，灯泡变暗，故D错误。
6．(2024·浙江高二阶段练习)如图甲是“液面报警器”的原理示意图，其中T是热电式元件。当T未露出液面时，指示灯不亮；当T露出液面时，指示灯亮，如图(乙)所示。对这个装置，下列判断正确的是( )
A．T是热电阻
B．T是热敏电阻
C．T元件的电阻率随温度的升高而增大
D．图甲中T的温度高于图乙中T的温度
答案：B
解析：由图可知，T在未露出液面时和露出液面后由于温度不同而导致电阻不同，T未露出液面时的温度应低于露出液面时的温度，而当T未露出液面时，指示灯不亮，说明此时电阻较大，故温度越低，电阻越大，其电阻率越大，故T是热敏电阻，故C、D错误，B正确。
7．(2024·济南高三阶段练习)如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。R1和R2为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是( )
A．当RB处的磁场增强时，电流表示数增大
B．当RB处的磁场增强时，a、b两端的电压减小
C．增大R2的阻值，更容易触发报警器报警
D．增大R1的阻值，更容易触发报警器报警
答案：C
解析：当RB处的磁场增强时，由RB－B图像可知其阻值变大，则电路的总电阻增大，由I＝可知总电流变小，a、b两端的电压为Uab＝E－I(r＋R1)，则a、b两端的电压增大，故B错误；根据并联分流可知，流过电流表的电流为IA＝I－，总电流I变小，而变大，则电流表示数减小，故A错误；因电压越大越容易触发报警器报警，而增大R2的阻值，总电阻增大，总电流变小，内阻r和R1的电压变小，可知a、b两端的电压变大，故更容易触发报警器报警，故C正确；增大R1的阻值，总电阻增大，总电流变小，此时a、b间总电阻不变，则a、b两端的电压变小，要触发报警器报警更难，故D错误。故选C。
8．(多选)法拉第展示人类历史上第一台直流发电机——法拉第圆盘发电机，结构示意图如图甲所示，圆盘所处的匀强磁场的磁感应强度为B；如图乙所示是安装了汽车防抱死制动系统(ABS)的轮速传感器示意图，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁，当轮齿在接近和离开磁铁时，线圈中出现感应电流。下列说法正确的是( )
A．对甲图，若圆盘不动，磁体转动(磁感线与盘面垂直)，电流表的指针不会偏转
B．对甲图，当圆盘的角速度为ω，边缘的线速度为v时，感应电动势为
C．对乙图，穿过线圈的磁通量会发生变化，则此装置是利用电磁感应现象来测量车轮转速的
D．对乙图，同样初速度的同一辆汽车，安装了ABS的刹车距离小，不易发生侧滑
答案：BD
解析：对甲图，若圆盘不动，转动磁体，产生动生电动势，电流表的指针会发生偏转，故A错误；感应电动势为E＝BR＝B··＝，故B正确；此装置利用电流检测器D检测电流，并送到电子控制模块以控制电磁阀，为制动器提供合适制动力，使刹车距离减小，有效避免汽车车轮抱死和车辆侧滑现象，故C错误，D正确。
能力提升练
9．(多选)如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则下列说法正确的是( )
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间的电压增大
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间的电压减小
C．当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大
D．当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大
答案：BC
解析：有光照射R1时，R1阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B之间的电压U＝IR2减小，A错误，B正确；当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，路端电压增大，R1两端电压减小，所以A、B之间的电压U增大，C正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，同理，A、B之间的电压U减小，D错误。
10．电源、开关S、定值电阻R1、光敏电阻R2和平行板电容器连接成如图所示的电路，电容器的两平行板水平放置。当开关S闭合，并且光敏电阻R2上无光照时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值减小，下列说法正确的是( )
A．液滴向下运动
B．电阻R1消耗的电功率减小
C．电容器所带电荷量减少
D．电容器两极板间的电压增大
答案：D
解析：当光敏电阻R2上无光照射时，带电液滴恰好静止，液滴所受重力和电场力是一对平衡力；当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值减小，电路中的电流增大，R1两端的电压增大，电容器两极板间的电压增大，板间电场强度增大，液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，A错误，D正确；R1两端的电压增大，则电阻R1消耗的电功率增大，B错误；电容器两端的电压增大，电容不变，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增加，C错误。
11．(多选)如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是( )
A．该传感器利用了钨丝的物理性质
B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
答案：ABC
解析：由题目中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用了钨丝的物理性质，从而可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故A、B、C正确，D错误，故选ABC。
12．(多选)(2024·浙江高二阶段练习)关于下列四幅图中的仪器所涉及的物理学原理说法中不正确的是( )
A．图甲装置霍尔元件左右移动时，能产生霍尔电压的原理是电磁感应
B．图乙中物体向左移，则电容器的电容变小
C．图丙，火灾报警器利用了烟雾颗粒对光的散射
D．图丁，红外线体温计利用了物体温度越高，辐射波长越长的原理
答案：ABD
解析：霍尔元件左右移动时，能产生霍尔电压的原理是带电粒子在磁场中受洛伦兹力发生偏转，故A错误；物体向左移，插入电容器的电介质增加，电容器的电容变大，故B错误；火灾报警器利用了烟雾颗粒对光的散射，故C正确；红外线体温计利用了物体温度越高，辐射的红外线越强的原理，故D错误。
13．(2024·广东汕头期中)如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，R0为定值电阻，下列判断正确的是( )
A．当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压
B．当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压
C．扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D．扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
答案：B
解析：信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于阻值较大的电阻，根据闭合电路欧姆定律，回路电流很小，R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于阻值较小的电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；如果扫描速度发生变化，信号处理系统获得高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑色线条和白色间隔的宽度，可能出现错误识别信息，C错误；扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会照射到光敏三极管，影响信息读取，导致不能正常工作，D错误。
14．图甲是利用霍尔元件制成的可以测得自行车运动速率的自行车速度计。一块磁铁安装在自行车前轮上，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。如图乙所示为霍尔元件的工作原理图，电源输出电压为U1。当磁铁产生的磁场靠近霍尔元件时，霍尔元件前后侧面出现电势差，记为霍尔电压U2。下列说法正确的是( )
A．图乙中霍尔元件的载流子带正电
B．自行车的车速越大，霍尔电压U2越大
C．若电源输出电压U1变小，霍尔电压U2仍保持不变
D．已知自行车车轮的半径，根据单位时间内传感器输出的脉冲电压数，即可求得车轮转动速度大小
答案：D
解析：由题图乙可知，霍尔元件的前侧面电势低，后侧面电势高，依据左手定则可知，霍尔元件的电流I是由负电荷定向移动形成的，即霍尔元件的载流子带负电，故A错误；载流子在磁场作用下稳定后，有qvB＝q，得U2＝Bdv，由电流的微观定义式I＝nqSv，n是单位体积内的载流子数，q是单个载流子所带的电荷量，S是霍尔元件左右侧面的横截面积，v是载流子运动的速度，联立解得U2＝，可知霍尔电压U2与车速大小无关，故B错误；若电源输出电压U1变小，那么电流I减小，由公式U2＝可知霍尔电压U2将减小，故C错误；根据单位时间内传感器输出的脉冲电压数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮的角速度，最后由线速度公式，结合车轮半径，即可求得车轮转动的速度大小，故D正确。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共59张PPT)
第五章 传感器
2．常见传感器的工作原理及应用
目标体系构建
1．通过实验观察光敏电阻特性，观察热敏电阻特性，知道电阻应变片，了解它们的工作原理及应用。
2．了解霍尔元件及其工作原理，了解霍尔元件在实际中的应用。
3．能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的应用。
1．物理观念：掌握制作传感器常用的元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。
2．科学思维：掌握在实际应用中分析传感器的原理和作用的方法。
3．科学探究：探究传感器的工作原理及传感器在应用中的一般模式。
4．科学态度与责任：体会传感器在实际应用中的价值。
课前预习反馈
知识点 1
1．组成：把_________涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻。
2．特点
电阻值随光照增强而_______。
3．原理
硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能_____；随着光照的增强，载流子_______，导电性_______。
光敏电阻
硫化镉
减小
差
增多
变好
4．作用
光敏电阻能够把___________这个光学量转换为_______这个电学量。
『判一判』
(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越大。( )
×
光照强弱
电阻
知识点 2
1．常见的感知温度的敏感元件
(1)金属的电阻率随温度的_______而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为_________。
(2)有些半导体在温度升高时，电阻_______，用半导体材料制作_______电阻。
热敏电阻和金属热电阻
升高
热电阻
减小
热敏
2．热敏电阻和金属热电阻的比较
(1)金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为_______这个电学量。
(2)金属热电阻化学稳定性好，测温范围_____，但灵敏度较_____；热敏电阻灵敏度较_____。
电阻
大
差
好
『判一判』
(2)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。( )
(3)金属热电阻随温度的升高导电能力增强，它的化学稳定性好，测量范围大。( )
(4)热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。( )
×
×
√
『选一选』
如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照度增强时( )
A．灯泡L变暗
B．光敏电阻R两端的电压增大
C．电容器所带电荷量减小
D．电压表的读数减小
答案：D
知识点 3
1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生___________(伸长或缩短)时，其_______随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种_______元件。
2．电阻应变片的原理：当金属丝受到拉力时，长度变_____、横截面积变_____，导致电阻变_____；当金属丝受到压力时，长度变_____、横截面积变_____，导致电阻变_____。
3．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把___________这个力学量转换为_______这个电学量。应用有_________等。
电阻应变片
机械形变
电阻
力敏
长
小
大
短
大
小
物体形变
电阻
电子秤
『判一判』
(5)半导体电阻应变片工作原理是基于半导体材料的压阻效应。( )
(6)当电子秤中的应变片的上表面拉伸时，其电阻变大。( )
√
√
『想一想』
电子警察(又称电子眼)利用自动化检测与测量技术捕获交通违法或交通事故，利用网络将采集的信息传回相关部门进行分析处理，并以此为证据对肇事者进行处罚，以减少事故发生。与交警监管相比，电子警察对事故的判断更准确，捕捉更迅速。请思考：电子眼最基本的工作原理是什么呢？
答案：见解析
解析：电子眼采用感应线圈来感应路面上的汽车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器，送寄存器暂存(该数据在一个红灯周期内有效)。在同一个时间间隔内(红灯周期内)，如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，也就是汽车闯红灯被“电子警察”抓到了，只得接受处罚。
课内互动探究
探究?
光敏电阻
1．光敏电阻的作用
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量。
2．光敏电阻的阻值随光照的增强而减小
光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。
要|点|提|炼
1．(2024·河南周口高二阶段练习)用如图所示的装置检测环境的光线强度，R1、R2、R3是定值电阻，R4是光敏电阻(光照强度变强时光敏电阻阻值变小)。在A、B两点连接一个检流计，检流计的电流由A点流入时指针向左偏，由B点流入时指针向右偏，开关S闭合后当光照合适时，检流计的指针指向中间的零刻度，(电源内阻不计)，以下说法正确的是( )
典|例|剖|析
A．若检流计指针向左偏，说明室内光照强度过高
B．若检流计指针向左偏，说明室内光照强度过低
C．若检流计指针向左偏，可把电阻R1调大，检流计指针再次指中间
D．若检流计指针向左偏，可把电阻R2调小，检流计指针再次指中间
答案：B
(2024·广西昭平高二期中)图示是利用LDR(光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小)传感器和灯泡(始终正常发光)制成的一种简易水污染指示器(未将闭合电路全部画出)，把手上的显示器显示的数据大表示流过LDR的电流较小，可以用来监测河水的污染情况，下列说法中正确的是( )
A．河水严重污染时，显示器数据大
B．河水严重污染时，显示器数据小
C．无论污染程度如何，光敏电阻的
阻值都恒定
D．该仪器不会受到白天光照的影响
对点训练
答案：A
解析：河水严重污染时，透过污水照到LDR的光线较少，则LDR的电阻较大，电流较小，则显示器数据较大，故A正确，B、C错误；因为显示器的示数与光照有关，所以会受到白天光照的影响，故D错误。
探究?
热敏电阻和金属热电阻
热敏电阻和金属热电阻的比较
要|点|提|炼
分类 热敏电阻 金属热电阻
特点 负温度系数的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大
分类 热敏电阻 金属热电阻
R－T
图像
(负温度系数的热敏电阻)
制作材料 半导体 金属
导电原理 自由电子和空穴等载流子 自由电子的定向移动
优点 灵敏度较好 化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
2．药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警系统原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是( )
A．温度升高，报警器两端电压减小
B．温度降低，热敏电阻的热功率一定增大
C．滑动变阻器接入电路的阻值越大，报警
器越容易报警
D．滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关
典|例|剖|析
答案：A
解析：温度升高，热敏电阻的阻值减小，电路中总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，滑动变阻器两端电压增大，则报警器两端电压减小，故A正确；温度降低，热敏电阻的阻值增大，电路中总电阻增大，总电流减小，滑动变阻器两端电压减小，则报警器两端电压增大，通过热敏电阻的电流减小，根据热功率表达式P＝I2R，可知热敏电阻的热功率不一定增大，故B错误；若滑动变阻器接入电路的阻值很大，当热敏电阻的阻值变化时，报警器两端的电压变化量不大，报警器不容易报警，因此滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警有关，故C、D错误。
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(或光照强弱)变化是增大还是减小。
(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。
(3)分析部分电路的电压、电流如何变化。
(2024·山东淄博高二开学考试)如图甲所示是家用燃气报警器的部分电路示意图，其中控制电路中的R1是由气敏电阻制成的传感器，R1的阻值与燃气浓度的关系如图乙所示。出厂预设当燃气浓度达到6%时报警。闭合开关S1、S2，下列说法正确的是( )
对点训练
A．电磁铁的上端是S极
B．燃气浓度升高时，电磁铁磁性减弱
C．按出厂预设，当燃气浓度达到6%时报警，此时工作电路的灯L1亮
D．将R2的滑片下移，可以使工作电路在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警
答案：D
解析：由图可知电流从电磁铁的下端流入，根据右手螺旋定则可知电磁铁的上端是N极，故A错误；由图乙可知燃气浓度升高时，R1的阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强，故B错误；报警器报警时，电磁铁能将衔铁吸下，由电路图可知，L2灯亮，故C错误；将R2的滑片下移，R2的电阻降低，而工作电路不变，报警时需要的电流不变，则报警时气敏电阻的阻值需增大，由图乙可知燃气浓度将降低，即工作电路会在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警，故D正确。
探究?
电阻应变片及其应用
1．电阻应变片
(1)类型
常用的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片是利用金属的电阻应变效应制成的。半导体电阻应变片是基于半导体材料的压阻效应制成的。
(2)作用
电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
要|点|提|炼
2．力传感器的应用——电子秤
(1)电子秤的组成
电子秤所使用的测力器件是力传感器，常用的力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器。
(2)电子秤工作原理
3．常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示。弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片。若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩。应变片采用半导体材料制成，其阻值与长度成正比。给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流，上应变片两端电压为U1，下应变片两端电压为U2，传感器把这两个电压的差值U(U＝U1－U2)输出，用来反映力F的大小。半导体应变片的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图乙所示。为消除气温变化对测量精度的影响，需分别给上、下应变片串联一合适的电阻，进行温度补偿。串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响。
典|例|剖|析
(1)力F越大，弹簧钢的弯曲程度越_________(填“大”或“小”)，传感器输出的电压U越_________(填“大”或“小”)。
(2)外力为F1时，上、下应变片的电阻分别是R1、R2；外力为F2时，上、下应变片的电阻分别是R1′、R2′。若F1>F2，则R1、R2、R1′、R2′从大到小的排列顺序是_________。(填字母)
A．R1>R2>R1′>R2′ B．R1>R1′>R2>R2′
C．R1>R2>R2′>R1′ D．R1>R1′>R2′>R2
答案：(1)大 大 (2)D
解析：(1)力F越大，弹簧钢的弯曲程度越大，上、下两应变片的长度差越大，则传感器输出的电压U越大。
(2)外力为F1时，上、下应变片的电阻分别是R1、R2，此时R1>R2；外力为F2时，上、下应变片的电阻分别是R1′、R2′，此时R1′>R2′。若F1>F2，则R1、R2、R1′、R2′从大到小的排列顺序是R1>R1′>R2′>R2，故D正确。
(2024·山东聊城高二期中)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
对点训练
答案：D
解析：在0～t1内，I恒定，压敏电阻的阻值不变，压敏电阻受力不变，小车可能做匀速直线运动或匀变速直线运动；在t1～t2内，I变大，阻值变小，压敏电阻所受的压力不断变大，小车做变加速直线运动，A、B错误；在t2～t3内，I达到最大值且不变，即压力达到最大值且不变，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。
课堂小结
核心素养提升
霍尔元件
1．霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)。
2．受力特点：霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡。
有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，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自动控制升降电动机的电源的通断等。
在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽lab＝1.0×10－2 m，长lbc＝4.0×10－2 m，厚h＝1.0×10－3 m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B＝2.0 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生1.0×10－5 V的横向电压。
案例
(1)假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高？
(2)薄片中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少？
答案：(1)ad (2)5×10－4 m/s (3)3.75×1027个
解析：(1)由于假定“霍尔材料”内的载流子是电子，所以当电流方向沿bc方向时，载流子沿cb方向做定向移动，由左手定则可以判定载流子所受的洛伦兹力方向由ad面指向bc面，因而电子聚集到bc面，使bc面带上负电，ad面由于失去电子而带上正电，故ad面电势比bc面电势高。
分析求解霍尔元件问题时的注意点
(1)将霍尔元件放在磁场中，外部磁场就会使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，在元件的一侧聚集一种电荷，在元件的另一侧相应出现另一种电荷，从而形成横向电场。
(2)横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的电场力，当电场力与洛伦兹力达到平衡时，元件的两侧形成稳定的电压，此时有qE＝qvB，此等式是解决涉及霍尔效应问题的重要依据。
(3)明确载流子是带正电还是带负电，并利用左手定则判断载流子的受力方向。
课堂达标检测
一、光敏电阻
1．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，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，处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
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
答案：BD
解析：R1、R2和电源组成一个闭合电路，当激光照到光敏电阻时，R1的阻值变小，总电流变大，则R2两端获得高电压，只有R2两端获得高电压时，处理系统才能进行信号处理。
2．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间距不变，下列说法中正确的是( )
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变
答案：A
解析：滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果。即L消耗的功率增大，故A正确，B、C、D错误。
二、热敏电阻和金属热电阻
3．(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的带电荷量增加
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
答案：AB
4．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力___________(填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更___________(填“敏感”或“不敏感”)。
答案：增强 敏感
解析：由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化更明显，故对温度变化更敏感。
三、电阻应变片
5．测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它的主要部件压力传感器是一个阻值随压力增大而减小的电阻器，下列说法正确的是( )
A．称重计在电路中相当于一个电压表
B．电路中的R′没有作用
C．人体越重，流过称重计的电流越大
D．人体越重，流过称重计的电流越小
答案：C
解析：称重计串联在电路中，相当于电流表，A错误；当人体很重时，压力传感器阻值很小，如果没有R′，电路中电流过大，会损坏电表，所以电路中的R′是起保护电路作用，B错误；当人体越重时，压力传感器阻值越小，电路中电阻越小，电流越大，C正确，D错误。
