第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
[教材链接] (1)外界信息 电信号 (2)采集 转化 非电学 电学 (3)①敏感元件 转换元件
[科学探究] 光传感器、湿度传感器、温度传感器、二氧化碳浓度传感器等.
例1 C [解析] 传感器工作的一般流程为:非电学量经过敏感元件感知,然后通过转换元件转换成电信号,再通过转换电路将此电信号转换成易于输出或测量的电学量, A、B、D错误,C正确.
变式1 B [解析] 根据题意,天黑时,出现声音它就开启,而白天,即使有声音它也没有反应,故电路中有光传感器,即使天黑,没声音灯也不亮,故用到了声音传感器,即控制电路中接入了光传感器和声音传感器,故B正确.
[教材链接] (1)①光敏电阻 ③越小 (2)①热敏电阻
②温度 (3)①霍尔元件 引出端子 ③a.霍尔 ④磁感应强度 电压
考向一
[科学探究] 遮挡光时,光敏电阻的阻值变大;用手电筒照射时,光敏电阻的阻值变小.
例2 C [解析] 日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,根据闭合电路欧姆定律,控制电路中电阻变小,电流变大,衔铁被吸下,则当日光充足时光敏电阻R阻值减小,故A错误;增大电源电动势时,在电阻不变的情况下,控制电路的电流会增大,电磁继电器把衔铁吸下,减少了路灯照明时间,故B错误;增大保护电阻R0的阻值时,控制电路的电流会减小,衔铁未被吸下,延长了路灯照明时间,故C正确;LED灯的盏数不影响控制电路,考虑到蓄电池容量一定,可能会减少照明时间,故D错误.
考向二
[科学探究] 酒精蒸发导致热敏电阻RT温度降低,阻值增大,表针将向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻RT温度升高,阻值减小,表针将向右偏.
例3 C [解析] 根据电阻的定义式R=可知,I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数,金属铂的电阻随温度的升高而增大,则图线上的点与坐标原点连线的斜率逐渐减小,且电压越大,则电流越大,故C正确.
例4 (1)E (2)R1 高 38.0~40.0
[解析] (1)要求通过热敏电阻的电流从零开始增大,则控制电路应采用分压式,为了确保测量数据的连续性,滑动变阻器应选择最大阻值较小的10 Ω,即选择E.
(2)根据题意,正常温度范围为10~40 ℃,由图乙可知,此温度范围内热敏电阻的阻值范围为20~100 Ω,由于电流表的量程为0~200 mA,则电路中电阻的最小值为Rmin≈= Ω=30 Ω,所以,为了使温度表盘上优先显示正常温度范围,定值电阻应选R1;温度表盘右边温度值比左边温度值高;当电流为150 mA时,根据欧姆定律可得=150 mA,解得RT=20 Ω,由图乙可知,此时温度约为39 ℃.
考向三
[科学推理] 成正比
[科学探究] 盒子里用到了干簧管,把干簧管串入电路,当磁铁靠近时两个软磁性材料制成的簧片被磁化而接通,所以干簧管能起到开关的作用.
例5 BC [解析] 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错误.
考向四
[物理观念] 比如金属电阻应变片,金属导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积有关,当金属导体受到拉力或压力时,发生机械形变,其长度和横截面积发生变化,从而导致电阻变化.电阻应变片能够把物体的形变这个力学量转换为电阻这个电学量.
例6 BD [解析] 应变片是一种力传感器,常用的应变片有导体电阻应变片和半导体电阻应变片,故A错误;当应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之,其电阻变小,B正确;传感器输出的是应变片上、下两表面的电压的差值,并且随着外力的增大,输出的电压差值也增大,故C错误,D正确.
考向五
[科学论证] 导体芯A和导电液体D构成电容器的两个极板,导体芯外面的绝缘物质就是电介质.液面高度h发生变化时,引起电容器正对面积发生变化,从而使电容C发生变化.指针向左偏转,说明电容器带的电荷量Q变大,电容器与电源相连,两极板间的电压U不变,根据C=和C=可知,电容器的电容C变大,正对面积S变大,因此深度h增大.
例7 右 变大
[解析] 根据电容的决定式C=可知,若电容器的电容变小,一定是插入的电介质少了,所以被测物体向右运动.若换成介电常数更大的材料,则移动相同距离时,电容的变化量一定较大,根据该传感器灵敏度的定义可知,该传感器的灵敏度变大.
随堂巩固
1.A [解析] 冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度,A正确;夜间自动打开的路灯使用了光传感器,B错误;电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器,C错误;霍尔元件把磁场变化转换为电压信号,D错误.
2.AD [解析] 严重污染时,透过污水照到LDR上的光较弱,LDR的电阻较大,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;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确.
3.D [解析] a、b始终跟电源相连,电势差U不变,由于a、b间距离变化,由E=知场强变化,A错误;由C=知d变化时C变化,a向右位移最大时,电容最大,D正确;由Q=CU知a、b所带电荷量不断变化,电容器的充、放电交替产生,电路中电流方向有变化,B、C错误.
4.BD [解析] 一个磁极靠近霍尔元件工作面时,B增强,由UH=k,可知UH将变大,A错误;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.
5.B [解析] 由甲图可知,tA点对应的电阻阻值较小,由闭合电路欧姆定律可知,对应电路中的电流较大,故tA应标在电流较大的刻度上;而tB点对应的电阻阻值较大,由闭合电路欧姆定律可知,对应电路中的电流较小,故tB应标在电流较小的刻度上;由图甲得R=R0+kt,其中R0为图线的纵截距,由闭合电路欧姆定律得I=,联立解得t=-,可知t与I是非线性关系,故B正确,A、C、D错误.第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
1.B [解析] 大多数传感器都是由半导体材料制成的,但某些金属也可以制成传感器,如金属热电阻,故A错误,B正确;传感器是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错误;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错误.
2.B [解析] 光敏电阻是根据光照强度不同而电阻不同的性质,通过测量电阻的变化来确定光强的变化,故A错误;干簧管能将磁场的信息转化为电学量,是一种磁性传感器,故B正确;热敏电阻通过测电阻的变化来确定温度的变化,故C错误;电阻应变片是根据应变片在力的作用下形状变化而电阻变化的性质,通过测电阻的变化来确定力的变化,故D错误.
3.C [解析] 商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器,A错误;夜间自动打开的路灯是利用了光传感器,B错误;自动恒温冰箱是利用了温度传感器,C正确;夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器,D错误.
4.C [解析] 电梯门上装有的传感器是利用力学传感器来测量物体对应变片的压力,从而达到电梯门碰到人手的时候,即有较小作用力时电梯门自动弹开的目的,C正确.
5.D [解析] 当进气管道中的冷空气流速越大时,电阻R两端的电压U0就变得越高,根据电路图可知,温度越低,这种电热丝的电阻越小;温度越高,这种电热丝的电阻越大;根据欧姆定律可得R=,则有=,可知I-U图像上点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,随着U、I的增大,温度升高,电热丝的电阻增大,则I-U图像上点与原点连线的斜率减小,故选D.
6.D [解析] 测电阻要用欧姆挡,故A、B错误;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,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.
7.C [解析] 温度越高,半导体热敏电阻的阻值越小,干路电流就越大,由U=E-I总r知U将减小;由U1=I总R1知R1两端电压将增大,由U并=U-U1知U并减小,由I=知I将减小,故选项C正确.
8.A [解析] 压力F作用时,极板间距d变小,由C=知,电容器的电容C变大,又根据Q=CU知,极板带电荷量变大,所以电容器应充电,电流从灵敏电流表正接线柱流入,所以指针将向右偏.极板位置保持固定后,充电结束,指针回到零刻度,故A正确.
9.BD [解析] 由图可知,握力越大,则滑动变阻器接入电路的电阻越小,外电路的总电阻越小,故B正确,A错误;根据闭合电路欧姆定律可知,电路中电流越大,故D正确,C错误.
10.C [解析] 当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据I总=可知干路中的电流变小,S两端的电压U=I总RS变小,故A、B错误;当RM变小时,回路的总电阻R总=+RS+r变小,根据I总=可知干路中的电流变大,S两端的电压U=I总RS变大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻的影响越明显,故C正确,D错误.
11.B [解析] 电源和滑动变阻器连成回路,物体M运动时,电路中总电阻没有变化,根据闭合电路欧姆定律可知,电源内的电流不会随M的运动发生变化,故A、C错误;电压表测量滑动变阻器左端与滑杆P之间的电压,物体M运动时,滑动变阻器左端与滑杆P之间电压会变化,则电压表的示数会发生变化,故B正确;只有当滑杆P停在滑动变阻器最左端时,电压表没有示数,当滑杆P在滑动变阻器其他位置时,电压表有示数,故D错误.
12.AD [解析] 当电路中电流I=3 A时,电子秤测量的体重最大,由欧姆定律得I=,解得R=-r= Ω-2 Ω=2 Ω,代入R=38-0.02F,可得F=1800 N,故A正确,B错误;踏板空载时,F=0,代入R=38-0.02F,解得电阻R=38 Ω,由欧姆定律得I== A=0.300 A,所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.300 A处,故C错误,D正确.
13.2T
[解析] 由图像可知,该单摆的振动周期为T'=2T;根据单摆周期公式T'=2π可得,g===.第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
学习任务一 认识传感器
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
传感器
(1)定义:能感受 ,并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是 )的器件或装置.
(2)功能:传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中,担负着信息 和 任务,把 量转化为 量.
(3)组成与结构
①组成:传感器主要由 和 组成.
②结构:敏感元件→转换元件
[科学探究] 有自动控制功能的蔬菜大棚,要靠传感器感知作物生长所需的各种信息.如图所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图.试结合图中信息思考,在蔬菜种植大棚中要用到的传感器有 (至少写出三种).
例1 关于传感器工作的一般流程,下列说法中正确的是 ( )
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
[反思感悟]
变式1 [2024·泉州五中月考] 许多楼道照明灯具有这样的功能:天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应.它的控制电路中可能接入的传感器是 ( )
①温度传感器 ②光传感器
③声音传感器 ④热传感器
A.①② B.②③
C.③④ D.②④
[反思感悟]
【要点总结】
1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量).
2.传感器工作过程如图所示.
3.传感器的分类
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 力电传感器、温度传感器、光电传感器、声传感器、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、细胞传感器等
学习任务二 敏感元件
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)光敏元件
① 是一种典型的光敏元件,广泛应用于光敏传感器中.
②光敏电阻是用金属硫化物等半导体材料制成的,当光照射到这些半导体物质上时,会激发半导体内部受束缚的电子,其电阻值就会发生改变.
③特点:光照越强,电阻值 .
(2)热敏元件
① 是一种常用的热敏元件,广泛应用于温度传感器中.
②热敏电阻由半导体材料制成,其电阻有随 的改变而改变的特性.
③分类:
a.电阻的阻值随温度的升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻.
b.电阻的阻值随温度的升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻.
(3)磁敏元件
① 是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件,广泛应用于磁传感器中.
②构造:如图所示,在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个 .
③霍尔电压:UH=k.
a.其中d为霍尔元件的厚度,k为与材料有关的 系数.
b.对于一个给定的霍尔元件,当电流I固定时,UH完全取决于磁感应强度B.
④作用:将 的测量转化为 的测量.
考向一 光敏电阻
[科学探究] 将多用电表的选择开关调到电阻挡(倍率×100)测量光敏电阻的阻值.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,用手遮挡光时,光敏电阻的阻值如何变化 用手电筒照射时呢
例2 [2024·三明二中月考] 如图所示是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图.R是光敏电阻,R0是保护定值电阻.日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电;光线不足时,衔铁被弹簧拉起,EF接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起.下列关于该电路分析正确的是 ( )
A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C.增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
[反思感悟]
【要点总结】
1.光敏电阻的材料是一种半导体,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照强度的增大,载流子增多,导电性变好,即光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小.
2.光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量.
考向二 金属热电阻和热敏电阻
[科学探究] 如图所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔与具有负温度系数的热敏电阻(温度升高,阻值减小)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RT,表针将如何摆动
例3 [2024·厦门外国语学校月考] 金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”,所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计,如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻情况的是 ( )
A B C D
[反思感悟]
例4 [2024·湖南长沙一中月考] 某研究小组利用如图甲所示的电路对热敏电阻RT的温度特性进行研究,现有以下实验器材:
A.热敏电阻RT(常温下的阻值约为30 Ω)
B.烧杯、热水、温度计
C. 电流表(量程0~200 mA,内阻为5 Ω)
D.电压表(量程0~6 V,内阻约5 kΩ)
E.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流为4 A)
F.滑动变阻器(最大阻值为500 Ω,额定电流为0. 5 A)
G.电源(电动势为6 V,额定电流为2 A,内阻不计)
H.开关一个,导线若干
(1)要求通过热敏电阻的电流从零开始增大,为使测量尽量准确,滑动变阻器应选择 (填器材前的选项字母);通过实验得到了热敏电阻随温度的变化情况如图乙所示.
(2)除利用上述器材外,研究小组又找到了定值电阻R1(阻值为15 Ω)、定值电阻R2(阻值为1500 Ω)、特殊开关、报警系统,自制了简易温控报警系统,如图丙所示.该系统利用热敏电阻RT随温度变化而改变电流,特殊开关是根据电流或电压的大小来控制报警系统的开关,对热敏电阻所在电路的影响可忽略.当温度低于10 ℃或高于40 ℃时触发报警系统.为了能显示温度,把如图丁所示的电流表盘改成温度表盘.为使温度表盘上优先显示正常温度范围,定值电阻应选 (填写对应的器材符号);温度表盘右边温度值比左边温度值 (选填“高”或“低”),150 mA处应标的温度值为 ℃.
[反思感悟]
【要点总结】
热敏电阻与金属热电阻的比较
热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且变化得非常明显,电阻值随温度升高而减小 电阻率随温度的升高而增大
R-T图像
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
考向三 磁敏传感器——霍尔元件
[科学推理] 如图所示的霍尔元件能把磁学量转换成电学量,电压UH与磁感应强度B .
[科学探究] 如图所示,小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开关,但是把磁铁B放到盒子上面,灯泡就会发光,把磁铁移走,灯泡熄灭.盒子里有什么样的装置,才能出现这样的现象
例5 (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与磁感应强度B成反比
[反思感悟]
【要点总结】
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.
考向四 电阻应变片
[物理观念] 举例说明电阻应变片的工作原理,其特性是把什么物理量进行转换
例6 (多选)关于电子秤中的应变式力传感器,下列说法正确的是 ( )
A.应变片是由导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之,其电阻变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大,输出的电压差值也越大
[反思感悟]
【要点总结】
1.应变式力传感器主要由金属梁和电阻应变片组成.
2.工作原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上、下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施加力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小.力F越大,弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大,如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么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.力F越大,输出的电压差值也就越大.
3.应变式力传感器的工作流程
考向五 电容式传感器
[科学论证] 如图所示是测定液面高度的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,D为导电液体,把传感器接到图示电路中.已知灵敏电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向相同.若发现指针正向左偏转,则导电液体的深度h是如何变化的
例7 [2024·泉州五中月考] 如图所示为电容式位移传感器的示意图,物体沿左右方向运动时,电容将发生变化.如果实验测量出电容器的电容变小,那么被测物体向 (选填“左”或“右”)运动;已知该传感器的灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比,若把图中的电介质板换成介电常数更大的材料,则当物体沿左右方向运动时,传感器的灵敏度 (选填“变大”“不变”或“变小”).
[反思感悟]
【要点总结】
1.电容式传感器:电容器的电容取决于极板的正对面积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s、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,那么这种电容器就被称为电容式传感器.
2.电容式传感器是一种多功能传感器,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,关键要搞清楚是将哪个非电学量转换为电容,然后结合电容的决定式来分析.
1.(认识传感器)[2024·莆田一中月考] 传感器已广泛应用在生产、生活中,下列关于传感器的说法正确的是 ( )
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
2.(光敏电阻)(多选)如图所示是用LDR(光敏电阻)和灯泡制成的一种简易水污染指示器.下列说法中正确的是 ( )
A.严重污染时,LDR的电阻较大
B.轻度污染时,LDR的电阻较大
C.无论污染程度如何,LDR的电阻都不变,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而受到影响
3.(电容式传感器)如图所示为一种电容式传感器示意图,电路可将声音信号转化为电信号.电路中a、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜,若声源S发出频率恒定的声波使a振动,则a在振动过程中 ( )
A.a、b板之间的电场强度不变
B.a、b板所带的电荷量不变
C.电路中始终有方向不变的电流
D.向右位移最大时,电容器的电容最大
4.(霍尔元件)(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图,用d表示薄片的厚度,k为霍尔系数.对于一个给定的霍尔元件来说,d、k为定值,若保持电流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将变小
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
5.(金属热电阻)[2020·北京卷] 图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况.把这段金属
丝与电池、电流表串联起来(如图乙所示),用这段金属丝做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到一个简易温度计.下列说法中正确的是 ( )
A.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系
B.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系
C.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系
D.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理建议用时:40分钟
◆ 知识点一 认识传感器
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
2.[2023·湖北黄冈中学期末] 以下敏感元件中不是通过测量电阻的变化来确定外界非电学量的变化的是 ( )
A.光敏电阻 B.干簧管
C.热敏电阻 D.电阻应变片
3.下列应用了温度传感器的是 ( )
A.商场里的自动玻璃门
B.夜间自动打开的路灯
C.自动恒温冰箱
D.夜间有声音时就亮的楼梯灯
4.[2024·莆田一中月考] 电梯门不会夹伤人的手,是因为电梯门安装了 ( )
A.温度传感器 B.红外线传感器
C.压力传感器 D.生物传感器
◆ 知识点二 敏感元件
5.[2024·湖北武汉二中月考] 在电喷汽车的进气管道中,广泛地使用着一种叫“电热丝式空气流量传感器”的部件,其核心部分是一种用特殊的合金材料制作的电热丝.如图所示,当进气管道中的冷空气流速越大时,电阻R两端的电压U0就变得越高,反之,电压U0就越低. 这样管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号,便于汽车内的电脑系统实现自动控制.如果将这种电热丝从汽车的进气管道中取出,放在实验室中测量,得到的伏安特性曲线正确的是 ( )
A B
C D
6.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做用多用电表研究热敏电阻特性实验时,安装好如图所示装置.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 ( )
A.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
7.如图所示是一火灾报警器的部分电路示意图,其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器,值班室的显示器为电路中的电流表,a、b之间接报警器.当传感器R3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变大,U变小
C.I变小,U变小
D.I变小,U变大
8.如图所示为测定压力的电容式传感器示意图,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位置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
9.(多选)[2024·福州三中月考] 如图所示为握力器原理示意图,握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动,握力的大小可通过特定的换算关系由电流表的示数获得.当人紧握握力器时,握力越大,则( )
A.电路中总电阻越大
B.电路中总电阻越小
C.电路中电流越小
D.电路中电流越大
10.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化, 导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时 ( )
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
11.位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆P移动,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小s.假设电压表是理想电表,则下列说法正确的是 ( )
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时,电路中没有电流
D.物体M不动时,电压表没有示数
12.(多选)[2024·江西师大附中月考] 有一种测量体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表).设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为0~3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,压力传感器的电阻R随压力变化的函数式为R=38-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω).下列说法正确的是 ( )
A.该秤能测量的最大体重是1800 N
B.该秤能测量的最大体重是900 N
C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.300 A处
13.[2024·上杭一中月考] 用时间传感器代替停表做“用单摆测定重力加速度”的实验装置如图甲所示.长为l的摆线一端固定在铁架台上,另一端连接一质量为m、直径为d的小球,在摆球运动轨迹最低点的左、右两侧分别正对放置一激光光源和一光敏电阻,细激光束与摆球在最低点时的球心等高.光敏电阻与自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化的图线如图乙所示.由此可知该单摆的振动周期为 ,用此装置测得的重力加速度表达式为g= . (共55张PPT)
第1节 常见传感器的工作原理
学习任务一 认识传感器
学习任务二 敏感元件
随堂巩固
备用习题
学习任务一 认识传感器
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
传感器
(1) 定义：能感受__________，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是________)的器件或装置.
(2) 功能：传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息______和______任务，把________量转化为______量.
(3) 组成与结构
①组成：传感器主要由__________和__________组成.
外界信息
电信号
采集
转化
非电学
电学
敏感元件
转换元件
［科学探究］ 有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息.如图所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图.试结合图中信息思考，在蔬菜种植大棚中要用到的传感器有_______________________________________________________ (至少写出三种).
光传感器、湿度传感器、温度传感器、二氧化碳浓度传感器等.
例1 关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )
C
A.非电学量 敏感元件 转换电路 电学量 转换元件
B.电学量 敏感元件 转换电路 转换元件 非电学量
C.非电学量 敏感元件 转换元件 转换电路 电学量
D.非电学量 转换电路 转换元件 敏感元件 电学量
[解析] 传感器工作的一般流程为：非电学量经过敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此电信号转换成易于输出或测量的电学量，、B、D错误，C正确.
变式 [2024·泉州五中月考] 许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应.它的控制电路中可能接入的传感器是( )
B
①温度传感器 光传感器 ③声音传感器 热传感器
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
[解析] 根据题意，天黑时，出现声音它就开启，而白天，即使有声音它也没有反应，故电路中有光传感器，即使天黑，没声音灯也不亮，故用到了声音传感器，即控制电路中接入了光传感器和声音传感器，故B正确.
【要点总结】
1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量).
2.传感器工作过程如图所示.
3.传感器的分类
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 力电传感器、温度传感器、光电传感器、声传感器、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、细胞传感器等
学习任务二 敏感元件
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1) 光敏元件
①__________是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器中.
②光敏电阻是用金属硫化物等半导体材料制成的，当光照射到这些半导体物质上时，会激发半导体内部受束缚的电子，其电阻值就会发生改变.
③特点：光照越强，电阻值______.
光敏电阻
越小
(2) 热敏元件
①__________是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器中.
②热敏电阻由半导体材料制成，其电阻有随______的改变而改变的特性.
③分类：
.电阻的阻值随温度的升高而增大的是正温度系数热敏电阻.
.电阻的阻值随温度的升高而减小的是负温度系数热敏电阻.
热敏电阻
温度
(3) 磁敏元件
① __________是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中.
霍尔元件
② 构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个__________.
引出端子
③ 霍尔电压：.
.其中为霍尔元件的厚度，为与材料有关的______系数.
.对于一个给定的霍尔元件，当电流固定时，完全取决于磁感应强度.
霍尔
④ 作用：将____________的测量转化为______的测量.
磁感应强度
电压
考向一 光敏电阻
［科学探究］ 将多用电表的选择开关调到电阻挡(倍率)测量光敏电阻的阻值.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，用手遮挡光时，光敏电阻的阻值如何变化？用手电筒照射时呢？
[答案] 遮挡光时，光敏电阻的阻值变大；用手电筒照射时，光敏电阻的阻值变小.
例2 [2024·三明二中月考] 如图所示是利用太阳能给路灯供电的自动控制电路的示意图.是光敏电阻，是保护定值电阻.日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电；光线不足时，衔铁被弹簧拉起，接入电路，蓄电池给路灯供电，路灯亮起.下列关于该电路分析正确的是( )
C
A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C.增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间
D.并联更多的路灯可延长每天路灯照明时间
[解析] 日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻阻值减小，故A错误；增大电源电动势时，在电阻不变的情况下，控制电路的电流会增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电
阻的阻值时，控制电路的电流会减小，衔铁未被吸下，延长了路灯照明时间，故C正确；灯的盏数不影响控制电路，考虑到蓄电池容量一定，可能会减少照明时间，故D错误.
【要点总结】
1.光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照强度的增大，载流子增多，导电性变好，即光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小.
2.光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量.
考向二 金属热电阻和热敏电阻
［科学探究］ 如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与具有负温度系数的热敏电阻(温度升高，阻值减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在上擦一些酒精，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向，表针将如何摆动？
[答案] 酒精蒸发导致热敏电阻温度降低，阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻温度升高，阻值减小，表针将向右偏.
例3 [2024·厦门外国语学校月考] 金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计，如图所示的图像中能表示金属铂的电阻情况的是( )
C
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 根据电阻的定义式可知，图线上的点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数，金属铂的电阻随温度的升高而增大，则图线上的点与坐标原点连线的斜率逐渐减小，且电压越大，则电流越大，故C正确.
例4 [2024·湖南长沙一中月考] 某研究小组利用如图甲所示的电路对热敏电阻的温度特性进行研究，现有以下实验器材：
A.热敏电阻(常温下的阻值约为)
B.烧杯、热水、温度计
C. 电流表(量程，内阻为)
D.电压表(量程，内阻约)
E.滑动变阻器(最大阻值为 ，额定电流为)
F.滑动变阻器(最大阻值为 ，额定电流为)
G.电源(电动势为，额定电流为，内阻不计)
H.开关一个，导线若干
(1) 要求通过热敏电阻的电流从零开始增大，为使测量尽量准确，滑动变阻器应选择___(填器材前的选项字母)；通过实验得到了热敏电阻随温度的变化情况如图乙所示.
[解析] 要求通过热敏电阻的电流从零开始增大,则控制电路应采用分压式，为了确保测量数据的连续性，滑动变阻器应选择最大阻值较小的 ，即选择.
(2) 除利用上述器材外，研究小组又找到了定值电阻(阻值为)、定值电阻(阻值为)、特殊开关、报警系统，自制了简易温控报警系统，如图丙所示.该系统利用热敏电阻随温度变化而改变电流，特殊开关是根据电流或电压的大小来控制报警系统的开关，对热敏电阻所在电路的影响可忽略.当温度低于或高于时触发报警系统.为了能显示温度，把如图丁所示的电流表盘改成温度表盘.为使温度表盘上优先显示正常温度范围，定值电阻应选____(填写对应的器材符号)；温度表盘右边温度值比左边温度值____(选填“高”或“低”)，处应标的温度值为____________.
高
[解析] 根据题意，正常温度范围为，由图乙可知，此温度范围内热敏电阻的阻值范围为 ，由于电流表的量程为，则电路中电阻的最小值为 ，所以，为了使温度表盘上优先显示正常温度范围，定值电阻应选；温度表盘右边温度值比左边温度值高；当电流为时，根据欧姆定律可得，解得 ，由图乙可知，此时温度约为.
【要点总结】
热敏电阻与金属热电阻的比较
热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且变化得非常明显,电阻值随温度升高而减小 电阻率随温度的升高而增大
图像
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
考向三 磁敏传感器——霍尔元件
［科学推理］ 如图所示的霍尔元件能把磁学量转换成电学量，电压与磁感应强度
________.
成正比
［科学探究］ 如图所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭.盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？
[答案] 盒子里用到了干簧管，把干簧管串入电路，当磁铁靠近时两个软磁性材料制成的簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用.
例5 (多选)如图所示为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流由正电荷的定向运动形成.下列说法正确的是( )
BC
A.点电势比点电势高
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.若保持电流恒定，则霍尔电压与磁感应强度成反比
[解析] 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极聚集，极感应出等量的负电荷，所以点电势比点电势低，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，保持电流恒定时，霍尔电压与B成正比，选项D错误.
【要点总结】
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.
考向四 电阻应变片
［物理观念］ 举例说明电阻应变片的工作原理，其特性是把什么物理量进行转换？
[答案] 比如金属电阻应变片，金属导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积有关，当金属导体受到拉力或压力时，发生机械形变，其长度和横截面积发生变化，从而导致电阻变化.电阻应变片能够把物体的形变这个力学量转换为电阻这个电学量.
例6 (多选)关于电子秤中的应变式力传感器，下列说法正确的是( )
BD
A.应变片是由导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之，其电阻变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大，输出的电压差值也越大
[解析] 应变片是一种力传感器，常用的应变片有导体电阻应变片和半导体电阻应变片，故A错误；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之，其电阻变小，B正确；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压的差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错误，D正确.
【要点总结】
1.应变式力传感器主要由金属梁和电阻应变片组成.
2.工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加力，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，
3.应变式力传感器的工作流程
下表面应变片的电阻变小.力越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么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.力越大，输出的电压差值也就越大.
考向五 电容式传感器
［科学论证］ 如图所示是测定液面高度的传感器示意图，为固定的导体芯，为导体芯外面的一层绝缘物质，为导电液体，把传感器接到图示电路中.已知灵敏电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向相同.若发现指针正向左偏转，则导电液体的深度是如何变化的？
[答案] 导体芯和导电液体构成电容器的两个极板，导体芯外面的绝缘物质就是电介质.液面高度发生变化时，引起电容器正对面积发生变化，从而使电容发生变化.指针向左偏转，说明电容器带的电荷量变大，电容器与电源相连，两极板间的电压不变，根据和可知，电容器的电容变大，正对面积变大，因此深度增大.
例7 [2024·泉州五中月考] 如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化.如果实验测量出电容器的电容变小，那么被测物体
右
变大
[解析] 根据电容的决定式可知，若电容器的电容变小，一定是插入的电介质少了，所以被测物体向右运动.若换成介电常数更大的材料，则移动相同距离时，电容的变化量一定较大，根据该传感器灵敏度的定义可知，该传感器的灵敏度变大.
向____(选填“左”或“右”)运动；已知该传感器的灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比，若把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，则当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度_______(选填“变大”“不变”或“变小”).
【要点总结】
1.电容式传感器：电容器的电容取决于极板的正对面积、极板间距、极板间的电介质这几个因素.如果某个物理量(如角度 、位移、深度等)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，那么这种电容器就被称为电容式传感器.
2.电容式传感器是一种多功能传感器，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，关键要搞清楚是将哪个非电学量转换为电容，然后结合电容的决定式来分析.
1.唱卡拉 用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是
在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波
使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是( )
B
A.该传感器是根据电流的磁效应工作的
B.该传感器是根据电磁感应原理工作的
C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
[解析] 当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，在金属线圈中会产生感应电动势，从而将声音信号转变为电信号，可见这是利用电磁感应原理，故选项B正确.
2.如图所示，两块水平放置的金属板距离为 ，用导线、
开关 与一个 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的
变化的磁场中.两板间放一台小压力传感器，压力传感器上
表面静止放置一个质量为 、电荷量为 的小球 断开
时传感器上有示数， 闭合时传感器上恰好无示数.则线圈
中的磁感应强度 的变化情况和磁通量的变化率分别是(重
力加速度为 )( )
D
A.正在增大， B.正在减小，
C.正在减小， D.正在增大，
[解析] 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向
上的静电力，且静电力大小等于重力，由楞次定律可判断
磁感应强度 正在增大，根据法拉第电磁感应定律
和 得 ，故D正确.
3.某种角速度计的结构如图所示.当整个装置绕轴 转动时，元件 相对于转
轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相
应的电压信号.已知 的质量为 ，弹簧的劲度系数为 ，自然长度为 ，电源
的电动势为 ，内阻不计.滑动变阻器总长也为 ，电阻分布均匀，装置静止时
滑片 在变阻器的最左端 端.当系统以角速度 转动时，则 ( )
D
A.电路中电流随角速度的增大而增大
B.电路中电流随角速度的增大而减小
C.弹簧的伸长量为
D.输出电压 与 的函数式为
[解析] 系统在水平面内以角速度 转动时，无论
角速度增大还是减小，滑动变阻器的总电阻不变，
根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流保持不
变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度
转动时，弹簧伸长的长度为 ，则对元件 ，根据
牛顿第二定律得 ，输出电压
，联立解得 ， ，故C错误，D正确.
4.如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器.其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将所称重物质量转换为电信号的过程.
(1)简述拉力敏感电阻丝的阻值随拉力变化的原因：______________________
____________________________________________.
电阻丝受拉力时，长度增加而横截面积减小，根据电阻定律知其阻值增大
[解析] 电阻丝受拉力时，长度增加而横截面积减小，根据电阻定律知其阻值增大.
(2) 小明找到一根拉力敏感电阻丝 ，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，
再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”.电路中电源电动势 约 ，内阻
约 ；灵敏毫安表量程为 ，内阻约 ； 是电阻箱，最大阻值是
； 接在 、 两接线柱上，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起.接通
电路，完成下列操作：
.滑环下不吊重物时，调节电阻箱，当电流表为某一合适示数 时，读出电阻
箱的读数 ；
.滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为 ；
.调节电阻箱，使___________________，读出此时电阻箱的读数 ；
电流表的示数仍为
.算得图乙直线的斜率 和截距 .
待测重物的重力 的表达式为 _____________(用以上测得的物理量表示)，
测得 ， 、 分别为 和
，结合乙图信息，可得待测重物的重力 _____ (结果保留三位有
效数字).
132
[解析] 根据等效替代法测电阻，调节电阻箱，使电流表的示数仍为 ；由其阻值随拉力变化的图像可得 ，由平衡条件得 ，由等效替代法测电阻得 ，联立解得 .
(3) 针对小明的设计方案，为了提高测量重量的精度，你认为下列措施可行的
是_____(填选项前的字母).
CD
A.将毫安表换成量程不同、内阻更小的毫安表
B.将毫安表换成量程为 的微安表
C.将电阻箱换成精度更高的电阻箱
D.适当增大 、 接线柱之间的距离
[解析] 为了提高测量重量的精度，可将电阻箱换成精度更高的电阻箱，适当增
大 、 接线柱之间的距离；根据闭合电路欧姆定理得电流 ，有几毫安，
所以不能将毫安表换成量程为 的微安表，也不能将毫安表换成其他量程，
故C、D正确.
5.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 的滑块，滑块可无摩擦地滑动，两弹簧的
另一端分别压在传感器 、 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上
读出.现将此装置沿运动方向固定在汽车上，传感器 在前， 在后.汽车静止
时，传感器 、 的示数均为 .( 取 )
(1) 若传感器 的示数为 ， 的示数为 ，
求此时汽车的加速度大小和方向.
[答案] ; 方向向前
[解析] 如图所示，依题意可知，左侧弹簧对滑块向右的推
力 ，右侧弹簧对滑块向左的推力 ，
滑块所受合力产生加速度 ，根据牛顿第二运动定律有
解得
与 同方向，即方向向前.
(2) 当汽车以怎样的加速度运动时，传感器 的示数
为零？
[答案] 方向向后，大小为
[解析] 传感器 的示数为零，即左侧弹簧的弹力 ，因为两弹簧相同，
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
.滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二运动定律得
解得 ，方向向后.
6.有一块 型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩
形，体积为 ，如图所示.已知其单位体积内的
电子数为 ，电阻率为 ，电子电荷量为 .将此元件
放在匀强磁场中，磁场方向沿 轴正方向，并通有沿
轴正方向的电流 .
(1) 此元件的 、 两个侧面中，哪个面电势高？
[答案] 面
[解析] 电子的运动方向与电流的方向相反，由左手定则可知，电子向 面偏移，
所以 面电势较高.
(2) 试证明：在磁感应强度一定时，此元件的 、 两
个侧面的电势差与其中的电流成正比；
[答案] 设电子定向移动速度为 ，由 ，
，
解得
稳定时有
解得 ，
中各量均为定值，所以两个侧面的电势差与其中的
电流成正比.
(3) 磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度 的仪器，
其测量方法为：将导体放在匀强磁场中，用毫安表测量
通过的电流 ，用毫伏表测量 、 间的电压 ，就
可测得 .若已知 ，并测得
[答案]
[解析] 由(2)可知 ，代入数据得 .
， ，试求该元件所在处的磁感应强度 的大小.
1.(认识传感器)[2024·莆田一中月考] 传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是( )
A
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
[解析] 冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度，A正确；夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误.
2.(光敏电阻)(多选)如图所示是用(光敏电阻)和灯泡制成的一种简易水污染指示器.下列说法中正确的是( )
AD
A.严重污染时，的电阻较大
B.轻度污染时，的电阻较大
C.无论污染程度如何，的电阻都不变，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而受到影响
[解析] 严重污染时，透过污水照到上的光较弱，的电阻较大，A正确，B错误；由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响的电阻，D正确.
3.(电容式传感器)如图所示为一种电容式传感器示意图，电路可将声音信号转化为电信号.电路中、构成一个电容器，是固定不动的金属板，是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，若声源发出频率恒定的声波使振动，则在振动过程中( )
D
A.、板之间的电场强度不变 B.、板所带的电荷量不变
C.电路中始终有方向不变的电流 D.向右位移最大时，电容器的电容最大
[解析] 、始终跟电源相连，电势差不变，由于、间距离变化，由知场强变化，A错误；由知变化时C变化，向右位移最大时，电容最大，D正确；由知、所带电荷量不断变化，电容器的充、放电交替产生，电路中电流方向有变化，B、C错误.
4.(霍尔元件)(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，用表示薄片的厚度，为霍尔系数.对于一个给定的霍尔元件来说，、为定值，若保持电流恒定，则可以验证随的变化情况.以下说法中正确的是( )
BD
A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，将变小
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，将发生变化
[解析] 一个磁极靠近霍尔元件工作面时，B增强，由，可知将变大，A错误；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 ，则应有，可见 变化时，将变化，D正确.
5.(金属热电阻)[2020·北京卷] 图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况.把这段金属丝与电池、电流表串联起来(如图乙所示)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到一个简易温度计.下列说法中正确的是( )
B
A.应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B.应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C.应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D.应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
[解析] 由甲图可知，点对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律可知，对应电路中的电流较大，故应标在电流较大的刻度上；而点对应的电阻阻值较大，由闭合电路欧姆定律可知，对应电路中的电流较小，故应标在电流较小的刻度上；由图甲得,其中为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得,联立解得,可知与是非线性关系，故B正确，A、C、D错误.
