第六章 1
1．霍尔元件能转换哪个物理量( )
A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C．把力这个力学量转换成电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
【答案】B
【解析】根据霍尔元件工作原理，截流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，UH＝k，所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确．
2．(2018·龙岩期中)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下列关于敏感元件或传感器的说法中错误的是( )
A．干簧管可以起到开关作用，“操纵”开关的是磁场
B．半导体材料可以制成光敏电阻，有光照射时其阻值将减小
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
D．话筒是一种常见的力传感器，其作用是将力信号转换为电信号
【答案】D
【解析】干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故A正确．光敏电阻属于敏感元件，故B正确．霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故C正确．话筒使用了声音传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故D错误．本题选错误的，故选D．
3．(多选)(2018·白银名校月考)家用电饭锅有两种工作状态，一是锅内水烧开前的加热状态，一是水烧开后的保温状态，其电路如图所示，R1、R2是电热丝，S是温控开关，A、B两点接照明电路，下列叙述中正确的是( )
A．S断开时是加热状态 B．S闭合时是保温状态
C．S闭合时是加热状态 D．S断开时是保温状态
【答案】CD
【解析】S闭合时电阻R1被短路，热功率P1＝；S断开时，电阻R1、R2串联，热功率P2＝，显然P1＞P2.所以S闭合时为加热状态，S断开时为保温状态．故选CD．
4．(多选)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(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( )
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
【解析】由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误；若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确；若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮，D错误．
5．如图所示，甲、乙是两类热敏电阻的R－t特征图线，如果想用热敏电阻作传感器，并与继电器相连，构成一个简单的自动报警线路，当温度过高时，由继电器接通电路报警．采用哪个图热敏电阻较好，为什么？
【答案】甲
【解析】因为甲类电阻有一段突变，当温度升高时，电阻值突然减小到很小，使电路中的电流变化较大，起到较好的效果．
第六章 1
基础达标
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6题有多项符合题目要求)
1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
【答案】A
【解析】遥控器是利用红外线传输信号的，故A项正确．
2．(2019·广东广州模拟)下列电器中，应用了压力传感器的是( )
A．红外数字温度计 B．天黑自动开启的路灯
C．数字体重计 D．白炽灯泡
【答案】C
【解析】红外数字温度计应用了红外传感器，不符合题意，故A错误；天黑自动开启的路灯使用了光敏电阻传感器，不符合题意，故B错误；数字体重计采用了压力传感器，符合题意，故C正确；白炽灯泡将电能转化为热，然后转化为光，不符合题意，故D错误．
3．(2019·广西校级期末)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
【答案】C
【解析】传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故C正确，A、B、D错误．故选C.
4．(2019·湖南校级)在“传感器的简单应用”实验中，用光照射半导体做成的光敏电阻时，光敏电阻的阻值将( )
A．大大增大 B．保持不变
C．大大减小 D．如何变化不能确定
【答案】C
【解析】光照射半导体做成的光敏电阻的阻值大小大大减小，故A、B、D错误，C正确．
5．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变温度 B．改变湿度
C．改变磁场 D．改变电容
【答案】D
【解析】干手机是一个电容器，当手靠近时，手本身是导体， 电容器中放入导体后，改变了电容器的电容，从而传感器感知到这个变化，干手机开始工作，故选项D正确．
6．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置．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以及极板间的介电常数这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的变化，如图是四种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．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液体的浓度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
【答案】AC
【解析】甲的电容器的电容与θ有关，可以用来测量动片转过的角度；乙的电容器的电容与h有关，可以用来测量液面的高度；丙中的电容器的电容与F有关，可以用来测量压力；丁中的电容与s有关，只能测量位移s，故A、C正确．
二、非选择题
7．按图所示接好电路，合上S1、S2，发现小灯泡不亮，原因是__________________________________________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡________，原因是________________________________________________；停止吹风，会发现__________________；把热敏电阻放入冷水中会发现____________．
【答案】由于热敏电阻在常温时阻值较大，左侧电路中电流较小，电磁铁磁性较弱，触点断开 变亮 电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，使右侧电路接通 小灯泡不会立即熄灭 小灯泡熄灭
【解析】根据热敏电阻的性质进行分析，由于热敏电阻在常温时阻值较大，左侧电路中电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小时，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，使右侧电路接通，小灯泡亮了；停止吹风后，小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高，当把热敏电阻放入冷水后，热敏电阻温度降低很快，阻值变大，故小灯泡熄灭．
8．一种半导体材料称为“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1个元电荷量，即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及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＝1.0×10－2 m、长＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．
(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
【答案】(1)a (2)6.7×10－4 m/s
【解析】(1)根据左手定则可确定a端电势高．
(2)当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定．设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，电场力为Fe＝eE＝e，磁场力FB＝evB，平衡时e＝evB，
得v＝＝6.7×10－4 m/s.
能力提升
9．如图所示，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( )
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．
10．(2019·河南一模)物理学家霍尔于1879年在实验中发现，当电流垂直于磁场通过导体或半导体材料左右两个端面时，在材料的上下两个端面之间产生电势差．这一现象被称作霍尔效应，产生这种效应的元件叫霍尔元件，在现代技术中被广泛应用．如图为霍尔元件的原理示意图，其霍尔电压U与电流I和磁感应强度B的关系可用公式UH＝kH表示，其中kH叫该元件的霍尔系数．根据你所学过的物理知识，判断下列说法正确的是( )
A．霍尔元件上表面电势一定高于下表面电势
B．公式中的d指元件上下表面间的距离
C．霍尔系数kH是一个没有单位的常数
D．霍尔系数kH的单位是m3·s－1·A－1
【答案】D
【解析】载流子受洛伦兹力向上，但载流子的电性是不确定的(正负离子、电子等)，故无法判断上表面的电性，故无法比较上下表面的电势高低，故A错误；对于载流子，静电力和洛伦兹力平衡，故qvB＝q.电流微观表达式为I＝nqSv，故UH＝BHv＝，由于S＝Hd，故UH＝，那么公式中的d指元件前后侧面间的距离，故B错误；依据公式UH＝kH中，UH、I、B、d的单位，可知，系数kH的单位是m3·s－1·A－1，故C错误，D正确．
11．如图所示，图甲为热敏电阻的Rt图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)．
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.
【答案】(1)A、B端 (2)260
【解析】(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．
(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．要使恒温箱内的温度保持50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律I＝，r为继电器的电阻．由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R′＝260 Ω.
12．如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数．
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电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，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：
(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势________下侧面A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”)．
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________．
(3)当导体板上下两侧面之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为________．
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k＝，其中n代表单位体积中电子的个数．
【答案】(1)低于 (2)evB (3)e (4)见解析
【解析】(1)电子向左移动，由左手定则知，电子受洛伦兹力向上，故上侧面A聚积负电荷，下侧面A′聚积正电荷，故上侧面电势低于下侧面．
(2)洛伦兹力F＝evB.
(3)电子受静电力eE＝e.
(4)电子受纵向静电力和洛伦兹力的作用，两力平衡，
有eE＝e＝evB.得U＝hvB
通过导体的电流I＝nev·d·h
由U＝k，有hvB＝，得k＝.
课件30张PPT。本章侧重于物理原理在传感技术中的应用．传感器是将感受到的物理量(力、热、光、声等)转化为便于测量的量(一般是电学量)的器材，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件，将元件感受到的信号按一定的规律转化成便于测量的电信号，以达到自动控制的目的．
本章知识与我们的生活息息相关，在学习中既要熟记各种元件的特性，又要结合实例体会传感器在实际生活中的应用，培养理论联系实际的能力.1 传感器及其工作原理同学们，前面我们学习了电路的有关规律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：
1．在如图所示的电路中，R1、R2、R3和R4皆为定值电阻，R5为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表A的读数为I，电压表 V 的读数为U，当R5的滑动触点向图中a端移动时( )
A．I变大，U变小 B．I变大，U变大
C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
【答案】D
【解析】本题考查闭合电路的动态分析．当R5的滑动触点向图中a端移动时，R5接入电路的电阻变小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小即电压表V 的读数U变小；由于总电流变大，使得R1、R3两端电压都变大，而路端电压又变小，因此，R2和R4串联两端电压变小，则电流表 A 的读数I变小，故选D.2．如图所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向左移动，下列结论正确的是( )
A．电流表读数变小，电压表读数变大
B．小灯泡L变亮
C．电容器C上电荷量减小
D．以上说法都不对
【答案】A
【解析】当滑片向左滑动时，电路中的总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，所以电流表的示数减小，电压表的示数增大．小灯泡的电流是干路电流，灯泡变暗．电容器上的电压是滑动变阻器两端的电压，因为路端电压增大，小灯泡两端电压减小，所以滑动变阻器两端的电压增大，电容器上所带的电荷量增加．一、传感器
1．定义
能够感受力、温度、光、声、化学成分等________量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等________量，或转换为电路的________的元件．
2．非电学量转换为电学量的意义
把非电学量转换为电学量，可以方便地进行________、传输、处理和控制．非电学电学通断测量二、光敏电阻
1．特点
光照越强，电阻________．
2．原理
无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，__________变好．
3．作用
把___________这个光学量转换为________这个电学量．越小导电性光照强弱电阻三、热敏电阻和金属热电阻减小增大稳定性好温度电阻 四、霍尔元件
1．构造
很小的矩形_______薄片上，制作四个电极E、F、M、N.
2．霍尔电压
如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的________，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝______.半导体磁场B3．作用
把____________这个磁学量转换为电压这个电学量．磁感应强度火灾探测器的核心元件为气敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转换的？
【答案】传感器是将烟雾产生的光学量转换为电路的接通，从而对外发出声光报警信号.1．传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．对传感器的正确理解2．传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：
(1)按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．
(2)按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等．
3．在分析传感器时要明确
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；
(3)是如何显示的或如何控制开关的． 例1 如图所示，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( )
解析：光电计数器工作原理：当有物体挡住射到光敏电阻R1的光照时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压降低，信号处理系统得到低电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数的目的．
答案：AC1．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．1．光敏电阻
(1)特点：阻值随光照强度的增大而减小．
(2)机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，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，导电性能变好，电阻变小．常见的传感器2．热敏电阻
(1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关．温度变化，阻值有明显变化．
(2)分类：由半导体材料制成，其导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻．
①正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增加．②负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而下降．
③临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降．
3．金属热电阻
特点：电阻率随温度的升高而增大．金属电阻随温度的升高而增加． 例2 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：ABC2．(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持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(工作面是指较大的平面)( )A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
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
【答案】ABD
