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本章优化总结
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知识网络构建
专题归纳整合
章末综合检测
知识网络构建
专题归纳整合
几种敏感元件的特性
1．光敏电阻
光敏电阻由金属硫化物等半导体材料制成，其电阻率对光非常敏感，光照增强时电阻率明显减小．
2．热敏电阻
(1)热敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．
(2)热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻，其电阻随温度升高而增大)和负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻，其阻值随温度升高而减小)．
3．力敏电阻
通常电子秤中就有力敏电阻，它属于压力传感器．常用的压力传感器有金属应变片和半导体力敏电阻．力敏电阻一般以桥式连接，受力后就破坏了电桥的平衡，使之输出相应的电信号．
4．气敏电阻
有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报警，甚至启动抽油烟机通风．这种报警器内就是装置了一种气敏电阻．这种半导体在表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，而使自身的电阻值改变．气敏电阻根据型号对不同的气体敏感．有的是对汽油，有的是对一氧化碳，有的是对酒精．
5．湿敏电阻
湿敏电阻对环境湿度敏感，它吸收环境中的水分，直接把湿度的变化转换成电阻值的变化．
6．压敏电阻
压敏电阻常用作电路的过电压保护．将压敏电阻和电路并联，其两端电压正常时电阻值很大，不起作用．一旦超过保护电压，它的电阻值迅速变小，使电流尽量从自己身上流过，从而保护了电路．正规的电话机中少不了压敏电阻．
7．电容
平行板电容器的电容与极板面、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．
8．数码管
许多电子产品上都有跳动的数码来指示电器的工作状态，其实数码管显示的数码都是由7个发光二极管构成的．每段上加上合适的电压，该段就发亮．
9．干簧管
干簧管是一种磁敏的特殊开关．它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里．只要用磁铁接近它，干簧管的两个触点就会吸合在一起，使电路导通，因此可以作为传感器用于计数、限位等．有一种自行车里程计，就是在轮胎上粘上磁铁，在一旁固定上干簧管构成的．干簧管装在门上，可实现开门时的报警、问候等功能．
10．霍尔元件
(1)霍尔元件
如图4－1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，就成为一个霍尔元件．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．
图4－1
例1
信息社会离不开传感器，传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域．为了要完成下列工作，你认为要用什么传感器？
(1)电子秤称量物体的重力．
(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内．
(3)楼道自动开关的功能：晚上，有人经过楼道，开关自动接通；白天，不管是否有人经过楼道，开关都是断开的．
【精讲精析】 (1)电子秤需要将重力所产生的压力这个力学量转换成电流这个电学量，需要力传感器．
(2)要控制恒温箱内的温度达到恒定值或在某一确定范围内，需要将温度这个热学量转换成易测量的电流这个电学量，应该用温度传感器．
(3)根据要求，这个开关与亮度有关，可用光传感器控制；还与有没有人经过有关，有人经过可用人走动发出的声音控制，所以可用光和声传感器，也就是平时商店里卖的声光控电子开关．
【答案】 (1)力传感器 (2)温度传感器 (3)声传感器和光传感器
如何求解传感器问题
传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解．但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键．因此，求解传感器问题时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构，并注意以下两个方面的问题：
(1)确定传感器所感受到的物理量
传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等．
(2)转换电路把输出转换成电学量信号
通过元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量．下面通过力传感器来进一步学习．
力传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转换为电学信号(电压、电流等)的仪器．力传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等．
实例：测物体的质量(例如图4－2所示的模型)；测物体的加(角)速度(例如图4－3所示的模型)．
图4－2
图4－3
例2
用如图4－4所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀变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，a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(g取10 m/s2)
图4－4
(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车加速度的大小和方向；
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
【精讲精析】 传感器上所显示出力的大小即弹簧对传感器的压力，根据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
(1)如图4－5所示，依题意，左侧弹簧对滑块有向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块有向左的推力F2＝6.0 N.
图4－5
【答案】 (1)4.0 m/s2，方向向右 (2)10 m/s2，方向向左
利用传感器设计自动控制装置
传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应如何设计呢？
1．要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理．
2．要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转换为电学量输出．
3．选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制．
请你设计一个电热水器的控制方案，要求水烧开时自动断电，而在水温低于沸点约10 ℃时又自动加热．同时还要有手动开关，必要时可以在任何温度下停止加热．
【精讲精析】 法一：如图4－6所示，S2是用感温铁氧体制成的开关，在100 ℃时自动断开；S1是温度低于90 ℃时会自动闭合的双金属片开关．
例3
低于90℃自动闭合，高于90℃
自动断开的双金属片开关
图4－6
法二：用电磁继电器，如图4－7所示，烧水时温度升高，热敏电阻减小，电流增大．当温度达到100 ℃时，电流大到一定值将衔铁吸引下来，断开电路；断开后温度降低，热敏电阻阻值增大，当温度低于90 ℃时，电流很小，不足以吸住衔铁，衔铁向上运动，与A接触重新加热．
【答案】 见精讲精析
图4－7
章末综合检测
本部分内容讲解结束
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谢谢使用1．与传统的实验仪器相比，传感器具有技术新、功能强、性能可靠的优势．关于用传感器做实验的基本构成，下列说法正确的是( )
A．只要传感器就够了
B．需要传感器和数据采集器
C．需要传感器和计算机
D．需要传感器、数据采集器和计算机
解析：选D.用传感器做实验，首先要有传感器代替传统测量仪器，能够完成包括力、热、声、光、电、磁、原子物理等多种物理量的数据采集，传感器采集的数据通过数据采集器处理后上传到计算机，再由专门的软件进行实时的处理与分析．
2．为随时发现大坝内的裂痕等安全隐患，在修建三峡大坝时，应在坝内埋入以下哪一种传感器( )
A．温度传感器 B．位移传感器
C．光纤传感器 D．湿度传感器
解析：选C.当大坝出现裂缝时，埋没于其中的传感光纤受到拉剪作用，引起光纤产生微弯，并引发光强损耗，通过光损耗变化大小、分布状态和距离从而迅速检测出裂缝的位置、宽度等．
3．在数码摄像器材中，使用了一种新型的敏感元件，叫电荷耦合器(CCD)，下列关于CCD的说法正确的是( )
A．它能将光信号转换成模拟电信号
B．它能将模拟电信号转换为数字电信号
C．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件
D．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个热敏元件
解析：选AC.CCD是一种半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件，每个光敏元件都把它所受到的光转换成相应量的电荷，于是整块CCD就把一幅图像的光信号转换成相应的模拟电信号，然后再通过A/D转换器转换为数字信号，以便于计算机处理．
4．霍尔元件能转换的两个量( )
A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C．把力这个力学量转换为电压这个电学量
D．把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
解析：选B.霍尔电压UH＝k，当I恒定时，UH的变化与B成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．
5．汽车过桥时对不同类型的桥面压力变化不一样．为进一步研究，可将一小球代替汽车放在斜面顶端．对所受压力的变化进行研究，如图4－3－9甲所示．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图乙中电脑屏幕所示．
图4－3－9
(1)图甲中的传感器为________传感器；
(2)图甲中①②③分别为三种不同类型的桥面，对于凸形桥①，其相对应的压力图线应是屏幕上的________(填“a”、“b”或“c”)
(3)如增大小球在斜槽上的高度，在图乙中大致画出小球通过凸形桥①时的压力图线．
解析：(1)由于是将压力信号转化为电信号，所以是压力传感器．
(2)桥面如题图①所示，小球在最高点的压力小于重力；
桥面如题图②所示，小球的压力不变，总等于重力；
桥面如题图③所示，小球在最低点时对桥的压力大于重力；
由此可得：对应凸形桥①的压力图线是电脑屏幕上的c.
(3)若增大小球在斜槽上的高度，小球通过凸形桥①时的压力图线将向下凹，即如图所示．
答案：(1)压力 (2)c (3)见解析图
一、选择题
1．下列关于力传感器的说法正确的是( )
A．力传感器是通过弹簧测力的
B．力传感器是通过弹簧将力转换为电学量
C．力传感器是通过电阻应变片测力的
D．力传感器是通过悬臂梁将力的变化转换为金属应变片的形变并进一步转换成电学量
解析：选CD.力传感器结构里没有弹簧，它是通过悬臂梁这样一种弹性元件将微小的形变传递到金属应变片这种电阻应变片上，从而将悬臂梁上的应变转换为电阻的变化，这样就把感知的力学量转换成易测易算的电学量．
2．下列说法正确的是( )
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
解析：选BC.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，选项A错误；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，选项B正确；电子秤所使用的测力装置是力传感器，选项C正确；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，选项D错误．
3．(原创题)2011年3月11日14时46分，日本9级强震引发海啸和核危机，震中宫城县和岩手县等地受灾严重，灾难发生后，各路救援人员及时深入灾区，与死神抢时间，争分夺秒抢救被埋人员，有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．振动传感器 D．电容传感器
解析：选A.伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员．
4．下列器材是应用光传感器的是( )
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温器 D．电子秤
解析：选A.鼠标器应用的是光传感器，火灾报警器和测温器应用的都是温度传感器，电子秤应用的是力传感器，所以选项A正确．
5．小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制．经检查，恒温箱的控制器没有故障，参照图4－3－10，下列对故障判断正确的是( )
图4－3－10
A．只可能是热敏电阻出现故障
B．只可能是温度设定装置出现故障
C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D．可能是加热器出现故障
解析：选C.由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发生错误指令，故C正确，AB错误，若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误，答案为C.
6．(2011年上海高二检测)红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．图4－3－11为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围是( )
图4－3－11
A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
解析：选D.从两幅图中可以看出，水和二氧化碳对2.5～3.5 μm范围内的波吸收都很强烈，二氧化碳对4～4.5 μm范围内的波吸收比较强烈，水对5～7 μm范围内的波吸收比较强烈，只有8～13 μm范围内的波，水和二氧化碳对它基本都不吸收，故这部分波长的电磁波能够被遥感探测到．
7．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4－3－12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( )
图4－3－12
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：选D.当小车有向右的恒定加速度时，球对压敏电阻的压力是恒力，压敏电阻的阻值就保持不变，电路中有恒定的电流，故从乙图可看出，从0到t1，压敏电阻受的压力为恒力(可能为零)，小车可能做匀速运动，也可能做匀加速运动，而从t1到t2时间内，压敏电阻所受压力大于从0到t1时的压力，且越来越大，t2到t3时间内，压敏电阻受恒力且大于从0到t1时的压力，故从t1到t2时间内，小车做加速度越来越大的运动，从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动．
图4－3－13
8．(2011年陕西高二检测)家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图4－3－13所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，对此以下说法中正确的是( )
A．通电后其功率先增大后减小
B．通电后其功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1到t2的某一值不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
解析：选AC.根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线可知：在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先增大后减小，温度保持在t1到t2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去．答案为A、C.
9．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(即单位时间内通过管内某一横截面的流体的体积)．为了简化，假设流量计是如图4－3－14甲所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道相连(图乙中虚线)．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为( )
甲 乙
图4－3－14
A.(bR＋ρ) B.(aR＋ρ)
C.(cR＋ρ) D.(R＋ρ)
解析：选A.对于题干所给的流量计，横截面积S＝bc，故流过流量计的流量Q＝vbc，对于给定的流量计，b与c是常量，可见测流量的实质是测流速．当可导电流体稳定地流经流量计，流体将切割磁感线，这样在流量计的上、下两面产生的感应电动势E＝vBc，其中B是垂直于流量计前后两面的匀强磁场的磁感应强度，c是流过流量计流体的厚度，v是可导电流体在流量计中的流速．这样在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，则将有电流流过闭合电路．这个闭合电路的电源电动势就是由可导电流体沿流量计流动切割磁感线而产生的感应电动势，如图所示，电阻包括外接的电阻R和可
导电流体的电阻r＝ρ.这样根据欧姆定律，得到闭合电路中的电流等于I＝.
由此就得到可导电流体在流量计中的流速为
v＝(R＋ρ)，
于是就得到流过流量计的流量Q＝vbc＝(bR＋ρ)．
10．(2011年重庆高二检测)图4－3－15甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图像如图乙所示，那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是( )
图4－3－15
A．①和③ B．①和④
C．②和③ D．②和④
解析：选C.两板间电压恒定，则C＝，可知C＝，又由电容的决定式C＝得＝·C，则极板间的匀强电场E＝＝·UC＝·，图线可能为②；而d＝·＝·(t＋a)，可见距离随时间均匀变化，速度为一恒量，图线可能为③.
二、非选择题
11．如图4－3－16所示，在一个很小的矩形半导体(如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，当该半导体中的电流方向与磁场方向垂直时，它在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了________，这种现象称为________，利用此效应制成的元件称为________．
图4－3－16
解析：在薄片中，通以沿EF方向的电流后，电子从F侧面流向E侧面的过程中，由于图中竖直向下磁场的存在，电子受到洛伦兹力的作用会飞向侧面N，这样M侧面会累积正电荷，在M、N间就出现了电势差，形成横向电场，当电子受到的电场力与洛伦兹力大小相等时，M、N间的电势差稳定，这就是霍尔电动势．
答案：电势差(或电动势) 霍尔效应 霍尔元件
图4－3－17
12．如图4－3－17所示是电饭锅的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开，S2也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，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．
(1)分析电饭锅的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭锅消耗的电功率之比；
(3)简要回答：如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
解析：(1)电饭锅盛上食物后，接通电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭锅处于加热状态，加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后，温度升到居里点103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭
已经煮熟，黄灯亮，电饭锅处于保温状态．由于散热，待温度降至70 ℃时，S2自动闭合，电饭锅重新加热，温度达到80 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)加热时电饭锅消耗的电功率P1＝，保温时电饭锅消耗的电功率P2＝，两式中R并＝＝ Ω＝ Ω.
从而有＝＝＝.
(3)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80 ℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70 ℃，S2自动闭合……温度只能在70～80 ℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．
答案：见解析(共40张PPT)
4．2 探究热敏电阻的温度特性曲线
课标定位
学习目标：1.知道什么是传感器；知道传感器的工作原理．
2．知道什么是光敏电阻和热敏电阻．
3．通过实验的方式获得对传感器的感性认识．
4．会探究热敏电阻的温度特性曲线．
重点难点：1.传感器的工作原理及光敏电阻和热敏电阻的特性．
2．利用实验研究热敏电阻的温度特性曲线．
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
4.2
课前自主学案
一、什么是传感器
传感器是通过测量外界的______量、_____量或______量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转换成_______量的装置．它一般包括敏感元件和转换电路．
二、探究传感器的原理
1．研究光敏电阻的导电特性：光敏电阻是利用阻值随______强度的变化而变化的材料制成的，一般具有这种特性的是半导体材料，有的半导体材料在光照的情况下会产生电压，可制成光电池．
光敏电阻随光照强度的______而减小．
物理
化学
生物
电学
光照
增加
2．热敏电阻：由半导体材料制成，有两种热敏电阻，一种是负温度系数的，它的电阻随温度的______而减小，像NTC热敏电阻；另一种是正温度系数的，它的电阻随温度的_______而增大，像PTC热敏电阻．
升高
升高
图4－1－1
三、传感器的类型
传感器可分为物理型、化学型和生物型三类．
1．物理型传感器主要是根据被测_________变化时，敏感元件的电学量(如电压、电阻、电容等)发生明显的变化的特性制成的．
2．化学型传感器是用能把__________的成分、浓度等化学量转变为电学量的敏感元件制成的．
3．生物型传感器是利用_____________的各种生物、化学与物理效应制成的，有酶传感器、免疫传感器、抗原体传感器等．
物理量
化学物质
生物体组织
核心要点突破
一、传感器的工作原理
1．传感器
传感器能够感受诸如位移、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、电阻等电学量，或转化为电路的通断．传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转换成电学量的装置．
2．传感器的基本原理
传感器感受的通常是非电学量，而它输出的通常是电学量，不过这些输出信号往往是非常微弱的，一般需要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作．其工作过程可由图4－1－2表示．
图4－1－2
(1)非电学量：如位移、力、温度、光、声、化学成分、浓度、酸碱度等．
(2)敏感元件：是传感器的核心，相当于人的感觉器官，能直接感受被测量的非电学量并将其转换成与被测量的非电学量有一定关系的易于测量的物理量．
(3)转换元件：通常不能直接感受被测量的非电学量，而是将敏感元件输出的物理量转换为电信号输出．
(4)转换电路：将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电学量．
(5)电学量：如电压、电流、电阻等．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.(2011年陕西榆林高二检测)关于传感器及其作用，下列说法中正确的是( )
A．传感器一般是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以利用电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器
解析：选ACD.根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确．B选项中不一定把非电学量转化为电路的通断，还有其他的表现形式，故B错．动圈式话筒利用电磁感应将声音转化为电流，是传感器，D正确．
二、实验探究光敏电阻的特性
1．实验设计
(1)实验器材
多用电表、光敏电阻、导线、黑纸、开关．
(2)实验步骤
①用多用电表欧姆挡两表笔与在室内自然光照射下的光敏电阻两端连接，测光敏电阻阻值电路如图4－1－3所示．
图4－1－3
②把手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线，测光敏电阻阻值．
③全部挡住光线，测光敏电阻阻值．
④将所测数据填入下表中.
光照强度 强 中 弱
R/Ω
2.光敏电阻的特性
光敏电阻的阻值随照射光强度的增强而减小．
特别提醒：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好，随光照的增强，载流子增多，导电性变好．光敏电阻是能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的元件．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.敏感元件是传感器中的关键元件，它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务．下列关于光敏电阻的说法正确的是( )
A．光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而变化
B．光敏电阻的电阻值不会随着光照强度的变化而变化
C．光敏电阻是因为光照变化时发热才改变电阻值的
D．光敏电阻受到光照变化时改变阻值与热效应无关
解析：选AD.光敏电阻的材料是一种半导体，无光照射时用来导电的粒子极少，导电性能不好；随着光照的增强，可用来导电的粒子增多，导电性能变好．所以光敏电阻的电阻值随着光照的增强而减小，这与热效应无关．
三、探究热敏电阻的温度特性曲线
1．实验设计
(1)用万用电表的电阻挡直接测量热敏电阻随温度的变化特性，方法简便，误差大．
(2)伏安法测量热敏电阻的温度特性曲线．
2．采用伏安法测量
(1)器材：电压表、电流表、电源、滑动变阻器、固定电阻、热敏电阻、开关和导线若干；温度计、水槽、电加热装置和开水冷水各一份．
(2)原理：采用水浴法改变热敏电阻的温度(如图4－1－4)用伏安法测量电阻(如图4－1－5)
图4－1－4 图4－1－5
(3)测量步骤：
将热敏电阻用塑料薄膜包裹一层，防止水浴时电阻的引线与水接触，连接好如图4－1－5所示电路．
将水槽里的水兑成10℃，将热敏电阻放入水中，稍等片刻，闭合开关，读出电压表、电流表、温度计的示数．
将水温兑成20℃、30℃、40℃、50℃…90℃，各测量一次，计算出各温度下对应的电阻．
(4)设计表格，将上述方法取得的数据填入表格．
(5)数据处理，在坐标纸上做出R－t图像．
3．热敏电阻的R－t图像
热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：
(1)正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度升高而增大．
(2)负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度升高而减小．
(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．
这三类热敏材料电阻率的温度特性曲线如图4－1－6所示．可见，PTC和CTC型热敏电阻在一定的温度范围内，阻值随温度急剧变化，常用作开关元件，NTC型热敏电阻的阻值随温度升高而减小．尤其要注意的是在温度测量中使用最多的就是NTC型热敏电阻，我们常说的热敏电阻也是指这一类．
图4－1－6
特别提醒：要注意区别热敏电阻和金属热电阻，热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，温度升高电阻减小；而金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的金属电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻．热敏电阻的灵敏性
好，但化学稳定性较差；金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏性较差．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3.(2011年济南高二检测)有定值电阻、光敏电阻、热敏电阻三只元件．分别接入如图4－1－7所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置于热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )
图4－1－7
A．置于热水中与不置于热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻
B．置于热水中与不置于热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
解析：选AC.热敏电阻的阻值随温度变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化，光敏电阻的阻值随光照条件变化．定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照条件变化．
课堂互动讲练
传感器的基本概念
例1
随着科学技术的进步，社会的发展，人们研制了各种传感器，这使人们获取信息的领域更宽广、更深入，下列关于传感器的说法正确的是( )
A．传感器是一种联络、传递感情的设备
B．传感器是一种感知、探测物理量的工具
C．传感器测量的不一定是物理量，也可以是化学量或生物量
D．传感器是将被测量的非电学量转换成电学量
【精讲精析】 传感器是通过敏感元件将外界的物理量、化学量或生物量等非电学量转换成电学量的装置，所以它一般包括敏感元件(也就是探测器)和转换电路．
【答案】 CD
【方法总结】 (1)传感器能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用的输出信息．传感器是自动测量和自动控制系统的“感觉器官”．为了制作传感器，需要一些敏感元件，如光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻等．
(2)传感器是将所感受到的一种物理量转换成便于检测的另一种物理量的器件．
光敏电阻特性及其应用
例2
图4－1－8是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻，R是普通定值电阻，下列说法中正确的是( )
图4－1－8
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
【精讲精析】 B是光敏电阻，其阻值随光照强度的增强而减小．当没有物品时，光射向B，B的阻值减小，其电流变大，电压表读数变小，A正确，B错误．有物品时，光被挡住，B的阻值增大，电流减小，电压表读数变大，C错误，D正确．
【答案】 AD
【方法总结】 (1)解决此类题的关键是判断光敏电阻阻值随光照强度的变化情况．
(2)根据闭合电路的欧姆定律及部分电路的欧姆定律，从局部→整体→局部的观点分析各物理量变化即可．
如图4－1－9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负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连， 这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将向________(填“左”或“右”)移动．
热敏电阻的特性及其应用
例3
图4－1－9
【思路点拨】 根据负温度系数热敏电阻随温度变化的特性分析判断．
【自主解答】 若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻Rt温度升高，电阻值减小，指针应该向右偏．
【答案】 左 右
变式训练 半导体温度计是利用负温度系数的热敏电阻制造的．如图4－1－10所示，如果待测点的温度升高，那么( )
图4－1－10
A．热敏电阻阻值变大，灵敏电流表示数变大
B．热敏电阻阻值变大，灵敏电流表示数变小
C．热敏电阻阻值变小，灵敏电流表示数变大
D．热敏电阻阻值变小，灵敏电流表示数变小
解析：选C.负温度系数的热敏电阻阻值大小会随着温度的升高而减小、随着温度的降低而增大，所以待测点的温度升高时，该热敏电阻的阻值减小，电路中的电流增大，灵敏电流表的示数变大．
知能优化训练
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一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是( )
A．金属导体 B．绝缘体
C．半导体 D．超导体
解析：选C.金属导体的电阻随温度升高而增大，超导体的电阻几乎为零，半导体(如热敏电阻)的阻值随温度升高而减小．
2．(2011年盐城高二检测)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中，正确的是( )
A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B．电子秤中主要是采用了光电传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器
D．电子体温计中主要是采用了温度传感器
解析：选AD.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器即光电传感器，A正确．电子秤中主要是采用了压力传感器，而不是光电传感器，B错误．电脑所用的光电鼠标主要是采用光电传感器而不是声波传感器，C错误．电子体温计中主要是采用了温度传感器，将温度转化为电信号，D正确．
3．传感器是把非电学量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件．如图4－8所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是( )
图4－8
A．甲图中两极板带电荷量不变，若电压变小，可判断出h变小
B．乙图中两极板带电荷量不变，若电压变大，可判断出θ变大
C．丙图中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．丁图中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F增大
解析：选BD.甲图中两极板带电荷量不变，若电压变小，由C＝知电容变大，由C＝知S变大，故h应变大，A项错误．乙图中两极板带电荷量不变，若电压变大，则电容变小，故θ变大，B项正确．丙图中两极板间的电压不变，有电流流向负极，说明电容器在放电，即带电荷量减少，由C＝知电容减小，由C＝知d增大，故x增大，C项错误．丁图中两极板间电压不变，有电流流向正极，说明电容器在充电，即带电荷量增多，电容增大，d减小，故F增大，D项正确．
4．图4－9是三类热敏材料的温度特性曲线，由图线判断下列说法正确的是( )
图4－9
A．NTC常用在温度测量中
B．CTC在一定温度范围内，电阻率变化较平缓，常用于温度测量
C．NTC和CTC的电阻率都随温度的升高而降低，都是负温度系数的热敏材料
D．PTC是正温度系数的热敏材料，常用做温控开关
解析：选AD.NTC的电阻率随温度的升高而降低，是负温度系数的热敏材料，由于受温度影响，电阻率变化比较平缓，故常用在温度测量中．CTC和PTC在一定温度范围内，阻值随温度而剧烈变化，常用做温控开关，PTC的电阻率随温度的升高而增加，是正温度系数的热敏材料，CTC在某一段温度范围内，尽管阻值随温度的升高急剧下降，但它不是负温度系数的热敏材料，而是临界温度系数的热敏材料，它的电阻只在很小的温度范围(临界)内急剧下降．
5．数字跑道采用了大面积柔性压力阵列传感器、现场总线网络和分布式信息处理技术，可实时检测运动员步频、步距、足部触地时间、离地时间、速度、发力大小、发力角度等信息，在此基础上还构建了训练信息采集和技术诊断分析系统，为田径项目提供了一种全新的科学化训练平台．下列关于数字跑道的说法正确的是( )
A．传感器要由敏感元件和转换电路等组成
B．压力阵列传感器应该是一种力电传感器
C．奥运会中应用的传感器智能化程度很高，直接感应的是电学量，不需要力电转换
D．奥运会中应用的传感器智能化程度尽管很高，但传感器都是将非电学量转换为电学量
解析：选ABD.根据题目情景的叙述，跑道上使用的是压力传感器，所有的传感器都要先通过敏感元件采集信息，然后再由转换电路将采集到的力、热、光等非电学量转换为便于测量的电压或电流等电学量．
6．对于确定的一个霍尔元件，若保持通入的恒定电流不变，若磁感应强度增加时，霍尔电压UH应( )
A．不变 B．减小
C．增大 D．不确定
解析：选C.在磁场不太强时，霍尔电压与激励电流和磁感应强度的乘积成正比，与霍尔片的厚度成反比，因此本题选C.
7．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，激光扫描光盘信息时，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4－10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( )
图4－10
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
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
解析：选AD.当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大，R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，光电计数器就计数一次，从而达到自动计数的目的．由以上分析知选项A、D正确．
8．传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种．某一种食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的．常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路．下列关于该消毒柜的几种电路图中(图4－11中S为电源开关)，连接正确的是( )
图4－11
解析：选A.A电路中，当温度升高到某一设定值时，电路会断开；B、C、D电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开．电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以A选项正确．
图4－12
9．在探究光敏电阻的导电特性的实验中采用了如图4－12所示的电路图．对于实验中的操作和实验所出现的相应实验现象，下列说法中正确的是( )
A．不闭合开关S，只要用强光照射光敏电阻，电路中的毫安电流表也可能会有示数
B．闭合开关S，用光照射光敏电阻，光照强度不变，其电阻值就不变，电流表的示数无变化
C．闭合开关S，改变光照的强度，会影响光敏电阻的阻值，改变电路中的电流，电流表的示数要发生变化
D．闭合开关S，增大光照的强度，光敏电阻的阻值会增大，电路中的电流会减小，电流表示数就要减小
解析：选BC.在开关S不闭合的状态下，电路不能构成闭合回路，无论是否有光照射或光强大小如何，都不能使电流表有示数．闭合开关S后，改变光照的强度，光敏电阻的阻值就会随之变化，当光强增大时，光敏电阻的导电性能增强，电阻值减小，电流表的示数就会增大．
10．(2011年海淀区高二检测)角速度计是应用传感器来测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度的装置，其结构如图4－13所示．当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源．已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计．滑动变阻器总长也为l且电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，则( )
图4－13
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减小而减小
C．弹簧的伸长量为x＝mωl/(k－mω2)
D．输出电压U与ω的函数式为U＝Emω2/(k－mω2)
解析：选D.滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻变化，故电路中的电流不随角速度的变化而变化，A、B错误．由牛顿第二定律得：kx＝m(l＋x)ω2，所以x＝mω2l/(k－mω2)，C错误．输出电压U＝Ex/l，将x＝mω2l/(k－mω2)代入上式得：U＝Emω2/(k－mω2)，D正确．
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分，按题目要求作答)
11．(2010年高考上海理综卷)在上海世博会中，各场馆的机器人非常引人注目，在图4－14设计的机器人模块中，分别填入传感器和逻辑门的名称，使该机器人能够在明亮的条件下，听到呼唤声就来为你服务．
图4－14
解析：因机器人能够在明亮条件下且听到呼唤才能服务，说明内置光传感器和声传感器，机器人执行任务的逻辑关系是“与”门关系．
答案：光 声 与
12．如图4－15所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向由静止开始运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可以知道该钩码的重力约为________N．A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________．
图4－15
解析：当拉力的大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向是匀速运动，此时力传感器的读数等于钩码的重力，约为10 N．当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态．当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态．
答案：10 AD BC
三、计算题(本题共4小题，共48分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位)
13．(10分)如图4－16所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大．这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为 k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系．
图4－16
解析：设称重物G时弹簧的压缩量为x，由题意得
G＝kx ①(3分)
此时，滑动头P距B端距离为l－x，滑动变阻器有效电阻为R0－R0，由欧姆定律有
I＝ ②(3分)
由①②解得G＝2kl－.(4分)
答案：G＝2kl－
图4－17
14．(10分)如图4－17所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？(此题描述的是著名的霍尔效应现象)
解析：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高．(3分)
设其稳定电压为U.
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，
e＝evB(2分)
又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd(2分)
解得U＝.(3分)
答案：下表面电势高 电势差为
图4－18
15．(14分)(2011年广东广州模拟)某航天器的结构如图4－18所示，当系统绕OO′转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源，已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑片P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式；
(2)电压表的示数U与角速度ω的关系式．
解析：(1)设弹簧伸长x，其弹力为A物体做圆周运动提供向心力，则F＝kx＝mRω2＝m(L0＋x)ω2，(4分)
则kx－mxω2＝mL0ω2，
解得：x＝.(4分)
(2)对于闭合电路，当弹簧伸长x时，由于电阻均匀分布，滑动变阻器触点P与Q点的距离为x，由串联电路的规律得：U＝E＝.(6分)
答案：(1)x＝ (2)U＝
16．(14分)如图4－19所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V.
图4－19
(1)根据传感器上的标注，计算该传感器的电阻和额定电流．
(2)若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压的最大值是多少？
(3)根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过1 Ω，则该传感器就失去了作用．实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值)，闭合开关S，通过调节R0来改变电路的电流和R0两端的电压，检测记录如下：
电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响，通过计算分析，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？
解析：(1)传感器的电阻
R传＝＝ Ω＝10 Ω.(2分)
传感器的额定电流I传＝＝ A＝0.3 A．(2分)
(2)为了做到电路各部分安全，则要求电路的最大电流I＝I传＝0.3 A，此时电源电压最大值Umax＝U传＋U0，U传为传感器的额定电压，U0为R0调至最大值R0max＝10 Ω时，R0两端的电压，即
U0＝I传R0max＝0.3×10 V＝3 V．(2分)
所以电源电压最大值
Umax＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V．(2分)
(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验的记录数据：
U＝0.16×R传′＋1.48 V．(1分)
根据第二次的记录数据有
U＝0.22×R传′＋0.91 V．(1分)
解得R传′＝9.50 Ω，U＝3 V．(2分)
所以传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′＝0.50 Ω＜1 Ω，此传感器仍可使用．(2分)
答案：见解析(共42张PPT)
4．4 信息时代离不开传感器
课标定位
学习目标：1.了解日常生活中常见的一些传感器及其应用．
2．会用常见的传感器做一些简单的实验．
3．体验科学探究的乐趣和运用所学知识分析新问题、解决新问题，感受物理与生活、生产的密切联系．
重点难点：常见传感器的原理及应用．
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
4.4
课前自主学案
一、温度传感器
1．测温仪使用了温度传感器将_______信号转换成____信号．
2．测温仪中的温度传感器主要采用______电阻、______热电阻、________等元件，也有的用红外线敏感元件等．
温度
电
热敏
金属
热电偶
二、力传感器
常见的力传感器是由________和_______组成的．________是一种敏感元件，现在多用___________材料制成，上下表面的应变片在压力作用下发生弯曲，上下应变片的阻值变化不一样．电压也就不一样，外力越大，输出的电压差也就越_____ (填“大”或“小”)．
三、磁传感器
1．磁传感器是将磁信号转化为电信号的传感器．
2．磁传感器的中心元件是“霍尔元件”，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁场量转换为电压这个电学量．
金属梁
应变片
应变片
半导体
大
四、随处可见的传感器
1．红外测温仪：是一种将_______________转换成电信号的传感装置．
2．数码相机和摄像机：敏感元件叫做_______________ (CCD)，它将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过一种(A/D)专门转换器转换成数字电信号．
3．酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器．
在生活中还有______报警器、_______报警器、红外报警器、防盗报警器等等．工业生产中有热轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等．
红外辐射波
电荷耦合器
煤气
火警
五、信息社会离不开传感器
智能式传感器集信息______、信息______、信息_______、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出等制在同一芯片上，成为大规模集成电路智能传感器．
六、遥测与遥感
遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的__________、_________进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论．主要应用在地球资源勘探、环境监测、气象预报、军事侦察等等．
检测
处理
记忆
电磁波
热辐射
核心要点突破
一、实验中常见几种传感器分析
1．温度传感器
温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量．如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制器、火警报警器、恒温箱等．
2．力传感器原理
如图4－3－1所示，用弹簧钢制成的金属架右端固定，在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片(由半导体材料制成)，在梁的自由端施力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．F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下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．外力越大，输出的电压差值也就越大．
图4－3－1
应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力．应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．
3．霍尔效应的原理
某些导体或半导体(内部载流子带同种电荷)做成薄片，通有电流时，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子在洛伦兹力作用下向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使导体薄片(图4－3－2)的M、N两端产生电势差，即霍尔电压UH.当霍尔效应稳定后，每个载流子受到的洛伦兹力和电场力相等．
图4－3－2
从以上结论可以看出保持I恒定，则霍尔电压UH与磁感应强度B成正比．
霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场．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，导体板左右两侧就会形成稳定的电压．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.如图4－3－3所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系( )
图4－3－3
A．UM＞UN B．UM＝UN
C．UM＜UN D．无法判断
解析：选C.霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力作用，向M板运动，则N板剩下正电荷，所以UM＜UN，故选C.
二、传感器的广泛应用
传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域.2003年，当SARS肆虐时，在机场、车站等公共场所都配备了红外测温仪．这是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置，能够非接触快速测温，可帮助机场、车站工作人员快速检测旅客体温，而又不会造成交叉感染．
机动车驾驶员酒后驾车，极易发生交通事故，严重危害交通安全和人身财产安全．怎样才能判定驾驶员酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量就可以判断其饮酒程度．我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器．
日常生活中还有煤气报警器，家庭用的红外报警器，蔬菜大棚中监测二氧化碳浓度、土壤湿度等的传感器等．随着科技的发展，智能传感器正在大量使用在航天领域等．
总之，传感器在生活中的应用可以归结到以下几个方面：
(1)检测位置．
(2)尺寸控制．
(3)识别对象．
(4)检测异常．
(5)信息传送．
(6)计数及控制．
(7)转换及速度控制．
(8)剂量控制．
(9)检测物体存在与否．
(10)液位监控．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭锅中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器……用遥控器调换电视频道的过程，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．红外线警报器
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．电饭锅中控制加热和保温的温控器
解析：选A.红外线警报器的工作原理是如果有人通过，红外线达到传感器可以觉察到的范围，那么红外线传感器就会发出信号，并与触点接通，使灯点亮且发出警报．因此，红外线警报器的工作过程是将光信号转化为电信号，A选项正确．而B选项是将声音信号转换为电信号，C选项是利用压力来传递信息的，D选项是通过温度来控制的，所以选项B、C、D错误．
课堂互动讲练
对生活中传感器应用的认识
例1
试说明下列各种场合分别选用了怎样的传感器：
(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路；
(2)马路两侧的路灯控制电路；
(3)气垫导轨上用的光电门；
(4)楼梯灯控制电路；
(5)宾馆的自动门；
(6)话筒；
(7)非接触式体温计；
(8)遥控电视机的接收器．
【精讲精析】 (1)普通电冰箱中的自动温度控制电路主要应用了温度传感器；
(2)马路两侧的路灯控制电路主要应用了光传感器；
(3)气垫导轨上用的光电门主要应用了光传感器；
(4)楼梯灯控制电路主要应用了光传感器、声传感
器；
(5)宾馆的自动门主要应用了光(红外线)传感器；
(6)话筒主要应用了声传感器；
(7)非接触式体温计主要应用了光(红外线)传感器；
(8)遥控电视机的接收器主要应用了光(红外线)传感器．
【答案】 见精讲精析
【方法总结】 熟悉各类传感器的原理和用途是解答此类问题的关键．
例如声控开关：当有声音时，比如人的脚步声，引起空气的振动，电路中产生微弱电信号，被放大后，声控开关接通，灯亮．由于电路中提前设置了默认的时间，一段时间后，开关自动断开，灯灭．
传感器的应用
例2
青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．
电磁开关的内部结构如图4－3－4所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.
电磁开关内部结构图
图4－3－4
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．
光敏电阻R1，符号
灯泡 L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V，保护电阻R2的阻值范围是______Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答：___________________________________.
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
答：___________________________________.
【精讲精析】 (1)解析过程略．
(2)①Um＝ImR＝100×10－3×200 V＝20 V；E＝I(R2＋R)其中50 mA②解析见答案．
③解析见答案．
【答案】 (1)电路原理如图4－3－5所示
(2)①20 160～520
②把触点从弹簧片右侧移
到弹簧片左侧，保证当电
磁铁吸合铁片时，3、4之
间接通；不吸合时，3、4
之间断开
③电磁起重机
图4－3－5
【方法总结】 含有敏感元件的电路动态分析、传感器实际应用的组装和调试等都必须在综合运用相关知识的前提下才能解决．这需要我们能够把一个复杂的问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系，从而能够灵活地运用物理知识解决所遇到的问题．
某同学为了测量一个物体的质量，找到一个力—电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为k)，如图4－3－6所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.
传感器电路的设计
例3
图4－3－6
现有下列器材：力—电转换器、质量m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力—电转换器的受压面上)．请完成对该物体质量m的测量．
(1)设计一个电路，要求力—电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图．
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题．
【思路点拨】 解决此题应注意三点：
(1)力—电转换器使用前需要“调零”．
(2)为了使电压调节范围大些，采用分压电路．
(3)充分利用“被测物体质量与输出电压成正比”来求m.
【自主解答】 (1)设计的电路图如图4－3－7所示，输入电压采用分压接法，目的是让电压可调范围尽可能大．
(2)测量步骤：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零．
②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0.
③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由U 0＝ km0g得k＝U0/m0g，测得U1＝kmg，所以m＝m0U1/U0.
(3)可能出现的问题(本题属于开放性问题，答案不唯一)：
①输出电压调不到零．
②待测物体质量超出转换器量程．
【答案】 见自主解答
图4－3－7
变式训练 如图4－3－8甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计．开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻R的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性设计一个自动光控电路．
图4－3－8
解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大．根据题意设计一个自动光控电路如图所示．
控制过程是：当有光照时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合衔铁使两个常闭触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制灯泡电路接通，灯泡开始工作．
答案：见解析
知能优化训练
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谢谢使用1．(2011年高考江苏物理卷)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：选BC.发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错．
2．随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，使热空气从机内吹出，将湿手烘干．某型号干手机的说明书中有如下一段文字：“功能与特点：◆采用红外线感应原理，即感应即动作，卫生、方便．◆超高温保护，即过热、过电流双重保护．◆采用内热式的再循环原理，低噪音、高转速、烘干能力强．◆高强度塑钢外壳，牢固可靠，美观大方．”据此可判断( )
A．自动干手机内装有由温度传感器组成的保护电路
B．自动干手机是靠位移传感器来感知使用者手的靠近
C．自动干手机消耗的电能转化为空气的内能及动能
D．自动干手机是靠红外线传感器来感知使用者手的靠近
解析：选ACD.由说明书中“功能与特点”的第二项可知，自动干手机具有过热保护功能，其中必然要用温度传感器来感知热空气的温度，温度过高从而自动控制电路断开，A正确；由说明书中“功能与特点”的第一项可知，D正确，B错误；从能量守恒的角度知C正确．
图4－1－11
3．如图4－1－11所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离较近且不变，下列说法中正确的是( )
A．当滑片向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑片向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑片向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变
解析：选A.电源电压恒定，也就是说，并联电路两端电压恒定，当滑片向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大，故选项A正确．
4．如图4－1－12所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是( )
图4－1－12
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃
C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
解析：选C.甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻，热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡．
5．测量电阻可以用多用电表的欧姆挡直接测量，这种方法操作简单，但误差较大，请你根据图4－1－13所示的实物，设计出用伏安法测电阻的电路图并将实物图按你所设计的电路图连接好．要求滑动变阻器的连接要便于调节出更大范围的电压值．热敏电阻在温度1～100℃之间改变时电阻值变化也较大，阻值比电流表内阻大得多．
图4－1－13
解析：
根据设计要求，滑动变阻器能够调节出更大范围的电压值，所以滑动变阻器的连接要采用分压式．由于温度变化较大，热敏电阻的阻值变化也可以较大，且阻值比电流表内阻大得多，所以在电压表、电流表与电阻的连接时要采用电流表内接法，设计出的电路图如图所示．
实物图的连接如图所示．
答案：见解析
一、选择题
1．传感器根据检测量的不同，可以分为物理型、化学型和生物型三类．下列说法中正确的是( )
A．物理型传感器就是能把被测量量转换成物理量的传感器
B．化学型传感器就是能把被测量量转换成化学量的传感器
C．生物型传感器就是能把被测量量转换成生物量的传感器
D．能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成电学量的传感器是化学传感器
解析：选D.物理型、化学型和生物型传感器都是把被测量量转换成电流、电压、电容等电学量的传感器，它们的区别在于物理型传感器检测的是非电学的物理量，化学型传感器检测的是化学物质的成分、浓度等化学量，而生物型传感器则是利用生物机体组织的各种效应来制成的．
2．关于电饭煲的说法正确的是( )
A．电饭煲中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭煲烧水，水开时电饭煲会自动断电
D．用电饭煲煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位
解析：选BD.电饭煲中的温度传感器其主要元件是铁氧体，铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结成的，常温下有磁性，103 ℃时失去磁性，故A错误，B正确；因水开时温度约为100 ℃，达不到居里温度，故不能自动断电，C错误；温控开关只能手动闭合，D正确．
3．下列哪些装置的传感器中可能应用了光敏电阻作为敏感元件( )
A．天亮报晓鸟在天亮后就能发出鸟叫声
B．非接触式测温仪不用直接接触就能感知人的体温
C．大型场馆的自动门只要见人靠近到一定距离就打开
D．茶馆里的音乐茶杯在杯底装有传感器及音乐芯片，端起杯子时音乐就会响起，放下杯子音乐就停止播放
解析：选AD.天亮报晓鸟在天亮后才发出鸟叫声，可能是当光敏电阻感受到光亮后引发电路导通，发出鸟叫声的．不用直接接触就能测体温的这种传感器是红外传感器．自动门是一种红外传感器，能感受人的存在．端起茶杯时，茶杯底下的敏感元件能感受到光，放下后杯底的空间又是黑暗的了，音乐就停止了，所以杯底可能装有光敏电阻．
4．光声控延时开关的原理图如图所示，关于其原理，下列说法正确的是( )
A．图中的光电转换器和声电转换器都包含有敏感元件
B．图中转换器和电子线路组成了敏感元件
C．图中被控制线路是转换电路
D．图中电子线路和被控制线路组成了转换电路
解析：选A.图示为光声控延时开关的原理图，其中光电转换器和声电转换器包含有敏感元件，用于感知光和声，电子线路是转换电路，其作用是将光敏感元件和声敏感元件获取的电信息进行放大、调整，以控制电灯线路，电灯线路是被控制线路．
5．有些热敏电阻的材料是正温度系数的，对此，下列理解正确的是( )
A．正温度系数的热敏材料只对0 ℃以上的温度敏感
B．正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而正比例增加
C．正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而增加
D．正温度系数的热敏材料的电阻也会随着温度的降低而减小
解析：选CD.正温度系数的热敏材料的电阻随着温度的上升而增加，而不一定是正比例增加，更不是只对0 ℃以上的温度敏感，其“正”字指其阻值与温度同方向变化，既然正温度系数的热敏材料的电阻能随着温度的上升而增加，也能随着温度的降低而减少．
6．用多用电表的欧姆挡测量NTC热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法中正确的是( )
A．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大
B．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小
C．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大
D．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小
解析：选AD.NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而变小；光敏电阻的阻值，入射光强，电阻小．另要注意多用电表使用欧姆挡时的指针偏转特性．
图4－1－14
7．如图4－1－14所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，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：选C.R2与L并联后与R1串联，并与电源组成闭合回路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电阻增大，外电压增大，电流表示数减小，R1两端电压减小，L两端电压增大，亮度变强，答案为C.
图4－1－15
8．如图4－1－15所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
A．电压表的示数减小
B．R2中电流强度减小
C．小灯泡的功率减小
D．电路的路端电压降低
解析：选BD.当照射光强度增大时，R3变小，R3与L串联再与R2并联的电阻R变小，因为I＝，所以I变大，R1两端电压增大，因此电压表示数变大．又因U＝E－Ir，I变大，所以路端电压变小．并联电路电压变小，流过R2的电流减小，总电流增大，所以流过L和R3的电流增大，小灯泡的功率增大，故选项A、C错误，B、D正确．
图4－1－16
9．如图4－1－16所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，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I2、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
解析：选D.抓住半导体热敏材料特性即电阻随温度升高而减小，再用电路动态变化的分析思路，按局部→整体→局部进行，当传感器R2处出现火情时，温度升高，电阻减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压Uab＝U＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大．答案为D.
10．(2011年武汉外国语学校检测)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图4－1－17甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；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S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )
图4－1－17
A．60℃ B．80℃
C．100℃ D．120℃
解析：选D.由题图乙可知，当t＝20℃时，热敏电阻阻值R1＝4 kΩ.由闭合电路欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，代入数值可求得Rg＝500 Ω.当I2＝3.6 mA时，设热敏电阻阻值为R2，即E＝I2(R2＋Rg)，可求得R2＝2 kΩ，由图乙可知这时热敏电阻温度t′＝120 ℃，所以应选D.
二、非选择题
11．(2011年厦门高二检测)传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图4－1－18甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图．则
图4－1－18
(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________(填“a”或“b”)．
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．
解析：温度较高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警的话，开关应接在a.要实现温度更高时，即热敏电阻更小时才将报警器电路接通的话，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即P向左移动．
答案：(1)a (2)左
12．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为(lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据，请在图4－1－19给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
图4－1－19 图4－1－20
(2)如图4－1－20所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干．
解析：(1)描绘图像应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线．图线为曲线且为非线性变化．如图甲所示．
甲
(2)设计原理如图乙所示，根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0(lx)时，由图线知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻UR＝1 V，由＝＝2得：R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1.
乙
答案：见解析
