第1节 常见传感器的工作原理
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.金属导体 B.光敏电阻
C.NTC热敏电阻 D.PTC热敏电阻
2.关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是（ ）
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
3.居民楼的楼道里，夜里只是偶尔有人经过，电灯如果总是亮着会造成很大浪费。科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”，天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”，当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开。若将这两种开关配合使用，下列电路符合要求的是（ ）
4.许多饮水机，可以保证出水温度恒定，采取的方法是（ ）
A.持续加温
B.设定程式，固定各次加温时间及加热时间间隔
C.水温低于设定温度时加热，达到设定温度时停止加热
D.人工控制加温按钮
5.（多选）如图为电阻R随温度T变化的图线。下列说法中正确的是（ ）
A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
6.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时（ ）
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
7.如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，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
8.（多选）小型电磁继电器的构造示意图如图所示，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是（ ）
A.A、B间接控制电路，C、D间接被控电路
B.A、B间接被控电路，C、D间接控制电路
C.流过L的电流减小时，C、D间电路断开
D.流过L的电流增大时，C、D间电路断开
9.如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为激光源，R1为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大），R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”（示波器的接入对电路无影响）。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V，保护电阻R2的阻值为400 Ω，则（ ）
A.有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
B.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
D.每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
10.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，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所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
（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。
11.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2.0 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（取g＝10 m/s2）。
（1）若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 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？
第1节 常见传感器的工作原理
1.C 金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻的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。
2.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；由光敏电阻的特性知A正确。
3.D 根据题意可得，声控开关和光控开关串联后共同控制灯泡，即用导线将各元件依次连接起来，故选D。
4.C 饮水机温度控制系统以调节饮水机中水的温度为目的，其输入参数主要是水温信号和设置的设定温度。输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热。工作时传感器将温度传给单片机，当水温低于设定温度时，单片机控制加热模块加热，当温度高于设定温度时，继电器断开，加热停止，从而实现温度控制的目的，故选C。
5.BD 金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错误，D正确。
6.C 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电阻值增大，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。
7.B 当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，由于路端电压减小，则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，报警器的电压U变小，故B正确。
8.AC 当A、B间导通时，通电螺线管吸引铁片P，此时C、D间电路接通，所以A、B间接控制电路，C、D间接被控电路，A正确，B错误；流过L的电流减小时，通电螺线管磁性减弱，弹簧把铁片P拉开，C、D间电路断开，C正确，D错误。
9.D 由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小，根据I＝可知，电路中的电流变大，根据U＝IR可知，R2两端的电压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电压变小，即R1两端的电压变低，由题图乙知R1两端的电压U1＝2 V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝ A＝0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝ Ω＝200 Ω，故A错误；无光照射时，由题图乙可得U1'＝4 V，U2'＝U－U1'＝6 V－4 V＝2 V，所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2'＝4 V∶2 V＝2∶1，故B错误；I'＝＝ A＝0.005 A，此时电阻R1'的阻值R1'＝＝ Ω＝800 Ω，所以有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比R1∶R1'＝200 Ω∶800 Ω＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，每经过0.6 s就有一个产品通过计数装置，则每1 h通过S与R1之间的产品个数为n＝个＝6 000个，故D正确。
10.（1）1 000 Ω （2）20 ℃
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
根据闭合电路的欧姆定律得
Rg＝－R＝Ω＝1 000 Ω。
（2）当电流表的示数I2＝1.8 mA时
R＝－Rg＝Ω＝4 000 Ω
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时，热敏电阻的温度为20 ℃。
11.（1）4.0 m/s2 水平向右 （2）以方向水平向左、大小为10 m/s2的加速度运动
解析：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0 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，
a1＝＝ m/s2＝4.0 m/s2。
a1与F1同方向，即水平向右。
（2）传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1'＝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F2'＝20 N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2'＝ma2，
a2＝＝－10 m/s2，负号表示方向水平向左。
所以汽车以方向水平向左、大小为10 m/s2的加速度运动时，传感器a的示数为零。
2 / 3第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
核心素养目标 物理观念 1.知道什么是传感器。 2.知道传感器的组成和作用
科学思维 了解传感器将非电学量转换为电学量的一般应用模式
科学态度 与责任 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
知识点一 初识传感器
1.定义：能够感受 ，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，我们称之为 。
2.作用：能将被测的 转换成为各种易于测量的电学量。
3.组成：传感器主要有 和 组成。
4.传感器的工作原理：非电学量→ → →电学量。
知识点二 敏感元件
1.光敏元件
（1）光敏电阻是一种典型的 ，广泛应用于光敏传感器中。
（2）光敏电阻是用金属硫化物等 材料制成的。其特点为光照越强，电阻值 。
（3）光敏元件是利用某些物质在光照射下 随之变化的特性制成的。
2.热敏元件
（1）定义：温度传感器可以将热学量的变化转换为电学量的变化。
（2）特性：NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而 ，因此又称为 温度系数热阻电阻；PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而 。金属热电阻的电阻率一般随温度升高而 。
3.磁敏元件
（1）定义：霍尔元件可以将磁学量的变化转换为电学量的变化。
（2）公式：霍尔电压UH＝ 。表达式中，d为霍尔元件的厚度，k为与 有关的霍尔系数。
【情景思辨】
传感器能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号（主要是电信号），楼道声控灯、感应门、电饭锅等都是传感器的应用。
（1）所有传感器都是由半导体材料制成的。（ ）
（2）传感器不能感知声音信号。（ ）
（3）传感器只能通过感知电压的变化来传递信号。（ ）
（4）光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化。（ ）
（5）随温度的升高，热敏电阻的阻值一定是增大的。（ ）
（6）负温度系数的热敏电阻在温度升高时其阻值变小。（ ）
（7）霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就是通过这两个电极输出的。（ ）
要点一 传感器的原理
【探究】
干簧管的结构很简单，如图甲所示，它只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当磁体靠近干簧管时：
（1）会发生什么现象，为什么？
（2）干簧管的作用是什么？
【归纳】
1.传感器的组成和工作流程
（1）传感器的组成
①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏，湿敏等）制成的。
②转换元件：传感器中能将敏感元件输出且与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
（2）传感器的工作流程
2.传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。
【典例1】 （多选）美国科学家Willard S.Boyle与George E.Smith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有（ ）
A.发光二极管 B.热敏电阻
C.霍尔元件 D.干电池
尝试解答
方法技巧
传感器问题的分析思路
（1）明确传感器的类型，了解传感器的工作原理。
（2）确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
（3）根据电学量的变化确定相关物理量的变化。
1.全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器（ ）
A.压力传感器 B.红外线传感器
C.温度传感器 D.生物传感器
2.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
要点二 光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件
【探究】
某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1（负温度系数）、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（1）闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
（2）闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？
【归纳】
1.光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热敏 电阻 负温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
2.霍尔元件及工作原理
（1）霍尔元件
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，它就成了一个霍尔元件。
（2）工作原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，从而形成电场；横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压，设导体板左、右两侧的距离为l，导体板的厚度为d，则q＝qvB。根据电流的微观解释I＝nqSv得UH＝。令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。
【典例2】 （多选）如图所示是某居住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（ ）
A.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C.当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
尝试解答
方法技巧
传感器问题中的电路动态分析的四点注意事项
（1）如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。
（2）如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。
（3）如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。
（4）结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
1.（多选） 现有定值电阻、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
2.（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
要点回眸
1.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯“开关”的传感器。下列有关该传感器的说法正确的是（ ）
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
2.如图所示，电吉他的弦是磁性物质。当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，然后把声音播放出来。下列说法正确的是（ ）
A.电吉他是光电传感器 B.电吉他是温度传感器
C.电吉他是磁电传感器 D.弦改用尼龙材料原理不变
3.（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1 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
4.（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
第1节 常见传感器的工作原理
【基础知识·准落实】
知识点一
1.外界信息 电信号 传感器 2.非电学量 3.敏感元件 转换元件 4.敏感元件 转换元件
知识点二
1.（1）光敏元件 （2）半导体 越小 （3）电学特性
2.（2）减小 负 增大 增大 3.（2）k 材料
情景思辨
（1）× （2）× （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 提示：（1）小灯泡会发光，因为两个簧片被磁化而接通。
（2）干簧管起到了开关的作用。
【典例1】 BC 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、电流等电学量的元件。发光二极管是将电能转化为光能的元件，不是传感器，选项A错误；热敏电阻的温度变化时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，可作为传感器，选项B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，可作为传感器，选项C正确；干电池是一种电源，不是传感器，选项D错误。
素养训练
1.A 洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是通过不同量的水所产生的压力转换成电学量，运用的是压力传感器，故A正确，B、C、D错误。
2.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。
要点二
知识精研
【探究】 提示：（1）温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大。
（2）温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
【典例2】 BC R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确；由闭合电路的欧姆定律得U＝E－I（R1＋r），当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，可得A、B间的电压U增大，故C正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D错误。
素养训练
1.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。
2.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。
【教学效果·勤检测】
1.C 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器。所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确。
2.C 物理传感器利用的是物理效应，比如光电效应、磁电效应等，能将被测信号量的微小变化转换成电信号。本题中当弦振动时，线圈中产生感应电流，把弦振动时磁场的变化这种非电学量转换为电流这种电学量，属于磁电传感器，故C正确，A、B、D错误。
3.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正确，D错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B正确；结合干路电流增大和R2中电流减小知流过小灯泡的电流必增大，小灯泡的功率增大，C正确。
4.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，｜φa－φb｜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，｜φa－φb｜＝0，即不产生霍尔效应，D错误。
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第1节 常见传感器的工作原理
核
心
素
养
目
标 物理
观念 1.知道什么是传感器。
2.知道传感器的组成和作用
科学思维 了解传感器将非电学量转换为电学量的一般应用模式
科学态度与责任 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
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 初识传感器
1. 定义：能够感受 ，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，我们称之为
。
2. 作用：能将被测的 转换成为各种易于测量的电学量。
3. 组成：传感器主要有 和 组成。
4. 传感器的工作原理：非电学量→ → →电
学量。
外界信息
电信号
传感
器
非电学量
敏感元件
转换元件
敏感元件
转换元件
知识点二 敏感元件
1. 光敏元件
（1）光敏电阻是一种典型的 ，广泛应用于光敏传感
器中。
（2）光敏电阻是用金属硫化物等 材料制成的。其特点
为光照越强，电阻值 。
（3）光敏元件是利用某些物质在光照射下 随之变化
的特性制成的。
光敏元件
半导体
越小
电学特性
2. 热敏元件
（1）定义：温度传感器可以将热学量的变化转换为电学量的变
化。
（2）特性：NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而 ，因此
又称为 温度系数热阻电阻；PTC热敏电阻的阻值随温
度的升高而 。金属热电阻的电阻率一般随温度升高
而 。
减小
负
增大
增大
3. 磁敏元件
（1）定义：霍尔元件可以将磁学量的变化转换为电学量的变化。
（2）公式：霍尔电压UH＝ 。表达式中，d为霍尔元件的厚
度，k为与 有关的霍尔系数。
k
材料
【情景思辨】
传感器能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出
信号（主要是电信号），楼道声控灯、感应门、电饭锅等都是传感器
的应用。
（1）所有传感器都是由半导体材料制成的。 （ × ）
（2）传感器不能感知声音信号。 （ × ）
（3）传感器只能通过感知电压的变化来传递信号。 （ × ）
（4）光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光
的变化。 （ × ）
×
×
×
×
（6）负温度系数的热敏电阻在温度升高时其阻值变小。 （ √ ）
（5）随温度的升高，热敏电阻的阻值一定是增大的。 （ × ）
×
（7）霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就是通过这两个电
极输出的。 （ × ）
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 传感器的原理
【探究】
干簧管的结构很简单，如图甲所示，它只是玻璃管内封入两个软磁
性材料制成的簧片，接入图乙电路，当磁体靠近干簧管时：
（1）会发生什么现象，为什么？
提示：小灯泡会发光，因为两个簧片被磁化而接通。
（2）干簧管的作用是什么？
提示：干簧管起到了开关的作用。
【归纳】
1. 传感器的组成和工作流程
（1）传感器的组成
①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，
是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏，
湿敏等）制成的。
②转换元件：传感器中能将敏感元件输出且与被测物理量成
一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
（2）传感器的工作流程
2. 传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、
酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这
些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制
系统产生各种控制动作。
【典例1】 （多选）美国科学家Willard S. Boyle与George E. Smith
因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。
CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有
（ ）
A. 发光二极管 B. 热敏电阻
C. 霍尔元件 D. 干电池
解析：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、电流等电学量的元
件。发光二极管是将电能转化为光能的元件，不是传感器，选项A错
误；热敏电阻的温度变化时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成
电学量，可作为传感器，选项B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这
个非电学量转换成电压这个电学量，可作为传感器，选项C正确；干
电池是一种电源，不是传感器，选项D错误。
方法技巧
传感器问题的分析思路
（1）明确传感器的类型，了解传感器的工作原理。
（2）确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
（3）根据电学量的变化确定相关物理量的变化。
1. 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是
下列哪种类型的传感器（ ）
A. 压力传感器 B. 红外线传感器
C. 温度传感器 D. 生物传感器
解析： 洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是通过不同量的
水所产生的压力转换成电学量，运用的是压力传感器，故A正确，
B、C、D错误。
2. 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
解析： 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。
要点二 光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件
【探究】某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1（负温度
系数）、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热
敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（1）闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？
提示：温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变
大，所以电流表的示数变大。
（2）闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？
提示：温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变
小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。
【归纳】
1. 光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电
阻越小 光照增强，载流子增多，电
阻减小
金属热电阻 温度越高，电
阻越大 温度升高，金属电阻率增
大，电阻增大
热
敏 电
阻 负温度系数的热敏
电阻 温度越高，电
阻越小 温度升高，载流子增多，电
阻减小
正温度系数的热敏
电阻 温度越高，电
阻越大 温度升高，载流子减少，电
阻增大
2. 霍尔元件及工作原理
（1）霍尔元件
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，它就成了一个霍尔元件。
（2）工作原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体
板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，
从而形成电场；横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反
的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右
两侧会形成稳定的电压，设导体板左、右两侧的距离为l，导
体板的厚度为d，则q＝qvB。根据电流的微观解释I＝nqSv
得UH＝。
令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电
荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件
能把磁学量转换成电学量的原因。
【典例2】 （多选）如图所示是某居住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（ ）
A. 当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B. 当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C. 当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D. 当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
解析：R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回
路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确；由
闭合电路的欧姆定律得U＝E－I（R1＋r），当仅增大R2的阻值时，电
路中的电流减小，可得A、B间的电压U增大，故C正确；当减小R2的
阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D错误。
方法技巧
传感器问题中的电路动态分析的四点注意事项
（1）如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出
其阻值的变化。
（2）如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的
热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。
（3）如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。
（4）结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定
律等规律分析有关物理量的变化。
1. （多选） 现有定值电阻、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
解析： 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。
2. （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
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正确。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的灯到了晚上能够自动做到“人来即
亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯“开关”的传感器。下列
有关该传感器的说法正确的是（ ）
A. 该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B. 该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C. 该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D. 该传感器能够测量的物理量是压力和位移
解析： 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传
感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传
感器。所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确。
2. 如图所示，电吉他的弦是磁性物质。当弦振动时，线圈中产生感应
电流，感应电流输送到放大器、喇叭，然后把声音播放出来。下列
说法正确的是（ ）
A. 电吉他是光电传感器
B. 电吉他是温度传感器
C. 电吉他是磁电传感器
D. 弦改用尼龙材料原理不变
解析： 物理传感器利用的是物理效应，比如光电效应、磁
电效应等，能将被测信号量的微小变化转换成电信号。本题中
当弦振动时，线圈中产生感应电流，把弦振动时磁场的变化这
种非电学量转换为电流这种电学量，属于磁电传感器，故C正
确，A、B、D错误。
3. （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
解析： 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正确，D错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B正确；结合干路电流增大和R2中电流减小知流过小灯泡的电流必增大，小灯泡的功率增大，C正确。
4. （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
解析： 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，｜φa－φb｜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，｜φa－φb｜＝0，即不产生霍尔效应，D错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
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. 金属导体 B. 光敏电阻
C. NTC热敏电阻 D. PTC热敏电阻
解析： 金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻的阻
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。
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2. 关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是（ ）
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
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解析： 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；由光敏电阻的特性知A
正确。
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3. 居民楼的楼道里，夜里只是偶尔有人经过，电灯如果总是亮着会造
成很大浪费。科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”，天黑
时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开
关”，当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开。若
将这两种开关配合使用，下列电路符合要求的是（ ）
解析： 根据题意可得，声控开关和光控开关串联后共同控制灯
泡，即用导线将各元件依次连接起来，故选D。
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4. 许多饮水机，可以保证出水温度恒定，采取的方法是（ ）
A. 持续加温
B. 设定程式，固定各次加温时间及加热时间间隔
C. 水温低于设定温度时加热，达到设定温度时停止加热
D. 人工控制加温按钮
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解析：饮水机温度控制系统以调节饮水机中水的温度为目的，其输入参数主要是水温信号和设置的设定温度。输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热。工作时传感器将温度传给单片机，当水温低于设定温度时，单片机控制加热模块加热，当温度高于设定温度时，继电器断开，加热停止，从而实现温度控制的目的，故选C。
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5. （多选）如图为电阻R随温度T变化的图线。下列说法中正确的是
（ ）
A. 图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B. 图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C. 图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏
度高
D. 图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏
度高
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解析： 金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错误，D正确。
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6. 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系
数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯
泡，当温度降低时（ ）
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
解析：C 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电阻值增大，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。
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7. 如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，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
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解析： 当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电
路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压将减
小，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，由于路端电压
减小，则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，报警器的电压U变小，故B正确。
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8. （多选）小型电磁继电器的构造示意图如图所示，其中L为含铁芯
的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、
B、C、D为四个接线柱。继电器与传感器配合，可完成自动控制的
要求，其工作方式是（ ）
A. A、B间接控制电路，C、D间接被控电路
B. A、B间接被控电路，C、D间接控制电路
C. 流过L的电流减小时，C、D间电路断开
D. 流过L的电流增大时，C、D间电路断开
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解析： 当A、B间导通时，通电螺线管吸引铁片P，此时C、D
间电路接通，所以A、B间接控制电路，C、D间接被控电路，A正
确，B错误；流过L的电流减小时，通电螺线管磁性减弱，弹簧把
铁片P拉开，C、D间电路断开，C正确，D错误。
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9. 如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为
激光源，R1为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻
值较大），R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”（示波器的接
入对电路无影响）。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通
过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上
的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙
所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V，保护电阻R2
的阻值为400 Ω，则（ ）
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A. 有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
B. 有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
C. 有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
D. 每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
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解析： 由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻
值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小，
根据I＝可知，电路中的电流变大，根据U＝IR可知，R2两端的电
压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电
压变小，即R1两端的电压变低，由题图乙知R1两端的电压U1＝2
V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝ A＝
0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝ Ω＝200 Ω，故A错误；
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无光照射时，由题图乙可得U1'＝4 V，U2'＝U－U1'＝6 V－4 V＝2 V，
所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2'＝4
V∶2 V＝2∶1，故B错误；I'＝＝ A＝0.005 A，此时电阻R1'的阻
值R1'＝＝ Ω＝800 Ω，所以有光照射和无光照射时光敏电阻的
阻值之比R1∶R1'＝200 Ω∶800 Ω＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，
每经过0.6 s就有一个产品通过计数装置，则每1 h通过S与R1之间的产
品个数为n＝个＝6 000个，故D正确。
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10. 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品
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所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，
电流表示数I1＝3 mA，求：
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（1）电流表G的内阻Rg。
答案：1 000 Ω
解析：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
根据闭合电路的欧姆定律得
Rg＝－R＝Ω＝1 000 Ω。
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（2）当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
答案：20 ℃
解析：当电流表的示数I2＝1.8 mA时
R＝－Rg＝Ω＝4 000 Ω
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时，热敏电阻的温
度为20 ℃。
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11. 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2.0
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（取g＝10 m/s2）。
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答案：4.0 m/s2 水平向右
（1）若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的
加速度大小和方向；
解析：如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0 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，
a1＝＝ m/s2＝4.0 m/s2。
a1与F1同方向，即水平向右。
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（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
答案：以方向水平向左、大小为10 m/s2的加速度运动
解析： 传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1'＝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F2'＝20 N。滑块所受合力产生加速
度，由牛顿第二定律得F合＝F2'＝ma2，
a2＝＝－10 m/s2，负号表示方向水平向左。
所以汽车以方向水平向左、大小为10 m/s2的加速度运动时，
传感器a的示数为零。
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