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课时素养评价
十三 常见传感器的工作原理及应用
(15分钟·30分)
一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)
1.(多选)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，这只元件一定是热敏电阻
B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，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A、C。热敏电阻的阻值随温度变化而变化，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变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化。故正确答案为A、C。
【补偿训练】
有的楼道照明灯具有这样的功能：天黑到一定程度时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，在这种楼道照明灯的控制电路中，可能接入的传感器是
( )
A.温度传感器和光传感器
B.光传感器和声音传感器
C.声音传感器和热传感器
D.热传感器和力传感器
【解析】选B。楼道照明灯工作原理为：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。则可知，应接入光传感器和声音传感器，故B正确A、C、D错误。
2.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，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中不正确的是
( )
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
【解析】选C。由UH=知电压与磁感应强度成正比，垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大；将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，磁感应强度B变大，UH将变大，A正确；霍尔元件的工作面应与B垂直，在测定地球两极的磁场强弱时应保持水平，在测定地球赤道上的磁场强弱时应保持竖直，故B正确、C错误；垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大，所以当磁感线与霍尔元件工作面的夹角变化时，UH将发生变化，D正确。
3.如图，高一学生在合格考报名时进行了指纹采集，电容式指纹识别的原理是手指与传感器表面接触时，皮肤表面会和传感器上许许多多相同面积的小极板——匹配成电容不同的平行板电容器，从而识别出指纹的纹路，下列说法正确的是
( )
A.极板与指纹沟(凹的部分)构成的电容器电容大
B.极板与指纹嵴(凸的部分)构成的电容器电容大
C.若充电电压变大，所有电容器电容增大
D.若充电电压变大，所有电容器电容减小
【解析】选B。根据电容的计算公式C=可得，极板与指纹沟(凹下部分)距离d大，构成的电容器电容小，极板与指纹嵴(凸的部分)构成的电容器电容大，故A错误，B正确；电容器的电容与正对面积、板间距离、填充介质有关，与充电电压无关，故C、D错误。
二、计算题(12分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)
4.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。(g取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。
【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，根据牛顿第二定律由F1-F2=ma1
得a1==
m/s2=4.0
m/s2
a1与F1同方向，即向前(向右)。
(2)传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F′1=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大小变为F′2=20
N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合=F′2=ma2
得a2==10
m/s2，方向向后(向左)。
答案：(1)4.0
m/s2 方向向右 (2)以方向向左大小为10
m/s2的加速度运动时，传感器a的示数为零
(10分钟·20分)
5.(6分)如图是安装在潜水器上深度表的电路简图，显示器由电流表改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电压不变，R0是定值电阻，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况正确的是
( )
A.通过显示器的电流减小
B.R0两端的电压增大
C.传感器两端的电压增大
D.电路的总功率减小
【解析】选B。由题，潜水器下潜的过程中，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，所以电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律：I=可知电路中的电流值增大，故A错误；电路中的电流值增大，根据欧姆定律，R0两端的电压U=IR0，U增大，故B正确；传感器两端的电压U传=E-I(R0+r)，由于I增大，其他的都不变，所以传感器两端的电压减小，故C错误；由P=EI可知，电路的总功率随电流的增大而增大，故D错误。
【补偿训练】
图甲为某一同学根据传感器原理制作的一个带传感器的简单电路。如图乙所示，当该同学用力按压纸张时，小灯泡开始发亮；该同学撤去压力时，灯泡又变暗。则这种装置使用的是
( )
A.磁传感器
B.温度传感器
C.压力传感器
D.光传感器
【解析】选C。同学用力按压纸张时，小灯泡开始发亮；撤去压力时，灯泡又变暗，说明灯泡的亮度需要用力来进行控制，所以这种装置使用的是压力传感器，故C正确，A、B、D错误。
6.(14分)如图所示，双金属片上层金属的热膨胀系数_________下层金属(选填“大于”“等于”或“小于”)，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路，调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度_________(选填“升高”或“降低”)；上提弹性铜片，可_________(选填“升高”或“降低”)触点的分离温度，从而实现了调温控制。?
【解析】双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，当温度升高时，双金属片便向下层弯曲；调温旋钮下压弹性铜片，则温度更高时，才能使得金属片离开触点，所以触点分离的温度升高，上提弹性铜片，则温度较低时，就能使得金属片离开触点，所以触点分离的温度降低。
答案：大于 升高 降低
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PAGE(共73张PPT)
第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理及应用
一、初识传感器
【思考】中国在2020年5月5日发射了长征五号B运载火
箭，地面通讯站是怎样获取火箭飞行中的各项数据的？
提示：火箭装有多种传感器，这些传感器可以将火箭的加
速度、速度、方向、温度等信息转化为电信号，通过无线
电传回地面。
必备知识·素养奠基
1.定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成_____________(主
要是_______)的器件或者装置，我们称之为_______。
2.作用：传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转
化任务，通常需要把_________转化为_______。
3.传感器主要由_________和_________组成。
4.传感器的工作示意图
可用输出信号
电信号
传感器
非电学量
电学量
敏感元件
转换元件
二、敏感元件
(一)探究光敏电阻特性
1.光敏元件是利用某些物质在_________电学特性随之变化的性质制成的。
2._________是一种典型的光敏元件，用金属硫化物等半导体制成的，光照越
强，阻值越___。
光照射下
光敏电阻
小
(二)探究热敏电阻特性
1.热敏元件是利用敏感元件的某种电学特性随_____变化而变化的规律制成
的。
2._________是一种典型的热敏元件，用半导体材料制成的，NTC热敏电阻的阻
值随温度的升高而_____；PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。
(三)磁敏元件
_________是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，它可以将
___________的测量转化为电压的测量，广泛应用于磁传感器中。
温度
热敏电阻
减小
增大
霍尔元件
磁感应强度
关键能力·素养形成
一 初识传感器
传感器的作用及组成
1.作用：
(1)采集信息：采集压力、位移、流量、温度、浓度等非电学量。
(2)转化信息：将信息转化为电压、电流、电阻等电学量。
(3)传感器对信息的采集和转化便于仪表显示和用于自动控制系统中。
2.组成：
(1)敏感元件。
(2)转换元件。
【思考·讨论】
CPU温度是由CPU内置的温度传感器侦测到温度之后传达给BIOS显示出来，由BIOS依据温度高低来决定散热风扇的转速。
(1)CPU温度传感器的作用是什么？主要由什么元件组成？
(物理观念)
提示：将非电学量温度转化为电学量输出给BIOS，主要由敏感元件和转换元件组成。
(2)CPU温度传感器的存在对电脑有什么意义？
(科学思维)
提示：及时将CPU温度传递给电脑，防止因CPU温度过高而出现死机现象。
【典例示范】
如图所示器具均应用了传感器，下列说法正确的是
( )
A.话筒应用了热传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B.电子秤所使用的测力装置是光敏电阻传感器
C.烟雾散射火灾报警器应用了声传感器
D.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
的作用是控制电路的通断
【解析】选D。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，故A错误；电子秤所使用的测力装置是压力传感器，故B错误；烟雾散射火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的，所以该报警器利用的传感器是光传感器，故C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，这种传感器的作用是控制电路的通断，故D正确。
【规律方法】
传感器工作原理的判断步骤
(1)判断该设备的作用。
(2)该设备能采集哪些非电学量。
(3)判断传感器类型。
(4)解释控制原理。
【素养训练】
在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是
( )
A.光传感器
B.温度传感器
C.声传感器
D.压力传感器
【解析】选A。在电梯门口放置一障碍物，电梯门不停地开关，电梯门口有一个光传感器，故选项A正确。
【补偿训练】
1.下列关于传感器说法正确的是
( )
A.通常传感器可以直接用来进行自动控制
B.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
C.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
D.传感器是将信息转化为电压输出
【解析】选B。通常传感器输出的电学信号非常微弱，要经过放大，再送给控制系统产生各种控制动作，A错误；传感器通过采集力、温度、光、声、磁场、化学成分等信息，按一定规律转换为电压、电流、电阻等电学量或电路的通断，传感器并不能将所有非电学信号都转换为电学量，故B正确，C错误；传感器既可以将信息转化为电压输出，也可以转化为电流、电阻等输出，D错误。
2.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
【解析】选C。传感器工作的一般流程为
非电学量
敏感元件
转换元件
转换电路
电学量，因此A、B、D错，C对。
二 常用敏感元件
考查角度1
光敏元件
1.光敏元件名称：光敏电阻。
2.特点：在强光下电阻小，在暗光下电阻大。
3.原理：无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
4.应用：照相机。
【思考·讨论】
家用汽车已经配备自动大灯，可以自动控制灯光的
开启和关闭，比如你白天突然进入隧道或者清晨傍
晚光线不好时，大灯自动打开照亮前路，使行车更
安全。请问是如何实现的？
(科学思维)
提示：用光控开关控制大灯开启，光敏元件收集到
光照强度较弱时，开关打开，大灯亮起。
【典例示范1】如图所示，电源电动势为E，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电
阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R1>r，R3为光敏电阻，其阻值随光照强度
的增加而减小，闭合开关S后，若照射R3的光照强度减弱，则
( )
A.R1两端的电压变大
B.通过R2的电流变大
C.电源的输出功率变大
D.小灯泡消耗的功率变大
【解析】选B。将光照强度减弱，光敏电阻的阻值增大，电路中的总电阻增大；由闭合电路欧姆定律可得，电路中干路电流减小，故R1两端的电压减小，故A错误；因干路电流减小，电源的内电压减小，路端电压增大，同时R1两端的电压减小，故并联电路部分电压增大；则流过R2的电流增大，由并联电路的电流规律可知，流过灯泡的电流减小，由P=I2Rt可知，小灯泡消耗的功率变小，故B正确，D错误；由于内外电阻关系未知，不能判断电源的输出功率如何变化，故C错误。
【规律方法】
对含光电传感器电路问题的思路分析
(1)判断电路的整体连接特点。
(2)由光敏电阻的变化判断出整个电路总电阻的变化。
(3)根据闭合电路欧姆定律判断干路中电流的变化。
(4)根据电路串并联特点和欧姆定律判断出各部分电路电压和电流的变化，进而得出电压表、电流表的示数的变化和各部分功率等情况的变化。
【素养训练】
1.(多选)光敏电阻被光照射时电阻会变小。如图所示，电源电动势为E，内阻
为r，在有光照射光敏电阻R1时，灯泡L正常发光。当无光照射R1时，下列判断
中正确的是( )
A.通过光敏电阻R1的电流将变小
B.光敏电阻R1两端的电压不变
C.电源两端的电压变大
D.灯泡消耗的功率变大
【解析】选A、C。由题知光敏电阻被光照射时电阻会变小，当无光照射R1时电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，通过光敏电阻R1的电流将变小，故A正确。光敏电阻R1两端的电压U1=E-I(RL+r)，I变小，U1增大，故B错误。由于电源两端的电压随外电阻的增大而增大，所以电源两端的电压变大，故C正确。灯泡的电阻不变，电流变小，其消耗的功率变小，故D错误。故选A、C。
2.(多选)如图所示电路，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1，电流表、电压
表均为理想交流电表，R是光敏电阻(其阻值随照射光强度增大而减小)，原线
圈接入电压随时间按u=220
sin100πt
V变化的交流电，下列说法正确的是
( )
A.交流电的频率为100
Hz
B.电压表的示数为110
V
C.照射R的光强度增大时，电流表的示数变大
D.照射R的光强度增大时，电压表示数变大，灯泡变得更亮
【解析】选B、C。原线圈接入u=220
sin100πt
V的交流电压，T=0.02
s，
所以频率为
=50
Hz，故A错误；交流电的有效值为U1=220
V，根据
，则U2=110
V，故B正确；R阻值随光强度增大而减小，根据
知副线圈电流增大，副线圈输出功率增大，即灯泡变得更亮，根据功率相等，
所以原线圈输入功率增大，原线圈电流增大，所以电流表的示数增大，但是电
压表示数不变，故C正确，D错误。
【补偿训练】
1.如图甲(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电
压变化规律是图乙中的
( )
【解析】选B。光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。
2.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.当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低
C.当仅增大R2的阻值时，可减小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】选B。R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过遮蔽光线时，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项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：U=E-I(R1+r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项错误；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项错误。
考查角度2
热敏元件
1.热敏元件种类：
(1)正温度系数热敏电阻。
(2)负温度系数热敏电阻。
2.特点：
(1)正温度系数热敏电阻：温度升高，电阻增加。
(2)负温度系数热敏电阻：温度升高，电阻减小。
3.原理：
(1)正温度系数：温度升高，载流子减少，电阻增加。
(2)负温度系数：温度升高，载流子增加，电阻减少。
4.应用：电子温度计(正温度系数)；空调(负温度系数)。
【思考·讨论】
家用电烤箱在达到预设温度后电热管就会停止加热，当温度降低时电热管启动
再次加热直至达到预设温度，思考电烤箱是如何实现自动调控温度的？
(科学
思维)
提示：电烤箱内置温度控制开关含有热敏元件，当温度达到预设温度时，温控
开关断开，停止加热，当温度降低时，开关再次闭合。
【典例示范2】某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现有器材：直流恒
流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)。电压表、待测热敏电阻、保温容
器、温度计、开关和导线等。
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图甲中的实物图上连线。
(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，_________，断开开关；?
③重复第②步操作若干次，测得多组数据。
(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图乙的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R=_________+_________t(Ω)
(保留3位有效数字)。?
【解析】(1)直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定，故只需要将电
压表与电阻并联测量出电压即可，实物图连线如图
(2)本实验要测量电阻值和温度值的关系，电阻要用欧姆定律计算，由于电流恒定且已知，故需测量电压和温度；
故答案为：记录电压表电压值、温度计数值。
(3)从图中取相距较远的两个特殊点，代入R=R0+kt计算，
由图有
120=R0+50k
104=R0+10k
解得
R0=100
Ω
k=0.395
故该热敏电阻的R-t关系式：R=100+0.395t
故答案为：100，0.395
答案：(1)
(2)②记录电压表电压值、温度计数值
(3)100 0.395
【素养训练】
1.如图所示是一火警报警器的部分电路示意图。其中R2
为用半导体负温度系数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变大
D.I变小，U变小
【解析】选D。R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U=E-I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确。
2.某学习小组的同学在用“多用电表研究热敏电阻特性”的实验
中，安装好如图所示的装置。向杯内加入冷水，此时温度计的示
数为20
℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值。
然后向杯内加入热水，当温度计的示数为60
℃时，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.多用电表应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量
B.多用电表应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量
C.多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡测量
D.多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡测量
【解析】选D。测电阻应选用欧姆挡。当温度升高时，热敏电阻的阻值受温度变化的影响，多用电表的指针偏转角度增大，说明电阻的阻值变小，所以应换用倍率小的挡测量，选项D正确。
【补偿训练】
1.(多选)如图所示，Rt为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，
为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是
( )
A.热敏电阻温度升高，其他条件不变
B.热敏电阻温度降低，其他条件不变
C.光照增强，其他条件不变
D.光照减弱，其他条件不变
【解析】选B、D。电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于Rt减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。
2.有一热敏电阻的电阻值在t1～t4的温度变化范围内，
R-t图像如图所示。现将该热敏电阻接在欧姆表的两表
笔上，做成一个电阻温度计。为了便于读数，再把欧
姆表上的电阻值转换成温度值。现在要使该温度计对
温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范
围内的温度较为适宜(设在t1～t4温度范围内，欧姆表
的倍率不变)
( )
A.t1～t2 B.t2～t3
C.t3～t4 D.都可以
【解析】选B。由题图可知热敏电阻的电阻值随温度的升高而增大，在t2～t3温度范围内，电阻值随温度的变化较大，即电阻值对温度的变化较为灵敏，故选B。
考查角度3
磁敏元件
1.磁敏元件名称：霍尔元件。
2.特点：在电流不变的情况下，霍尔电压与磁感应强度成正比。
3.原理：载流子在洛伦兹力的作用下，在与电流和磁场垂直方向聚集，形成霍尔电压。
4.应用：电磁流量计。
【思考·讨论】
2019年4月15日起，电动自行车新国标正式实行。标准规定电动车最高时速不
超过25
km，整车质量(含电池)不超过55
kg，需要有脚踏骑行能力，电功率不
超过400
W，蓄电池标准电压不超过48
V。车速达到15
km/h时需要发出提示
音。那么电动车是如何测速度的？
提示：把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
【典例示范3】(多选)自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速
率。如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，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。图乙为霍尔元件的工作原理图。
当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最
终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。
下列说法中正确的有
( )
A.根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小
B.自行车的车速越大，霍尔电势差越高
C.自行车的车速越大，霍尔电势差越低
D.如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小
【解析】选A、D。
根据单位时间内的脉冲数，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，即可求解车的速度大
小，故A正确。根据qvB=
得，UH=vBd，由电流的微观定义式：I=neSv，n是
单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电量，S是导体的横截面积，v
是导电粒子运动的速度。整理得：
联立解得：
(h为元件在磁
场方向的厚度)，可知用霍尔元件可以测量磁场的磁感应强度，保持电流不
变，霍尔电压UH与车速大小无关，故B、C错误。
若长时间不更换传感器的电
源，那么电流I减小，则霍尔电势差将减小，故D正确。
【素养训练】
(多选)利用如图所示的方法可以测量磁场的磁感应强度，现测得：一块横截面
为矩形的金属导体的宽为b，厚度为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场，通以图
示方向电流I时，在导体上、下表面间用理想电压表可测得电压为U。已知自由
电子的电荷量为e，此种金属单位体积的自由电荷数为n，则下列判断正确的是
( )
A.上表面电势高
B.下表面电势高
C.磁感应强度
D.磁感应强度
【解析】选B、C。电流方向水平向右，则自由电子的运动方向水平向左，根据
左手定则知，电子受到的洛伦兹力向上，电子向上表面偏转，上表面得到电子
带负电，下表面失去电子带正电，所以下表面电势高，故A错误，B正确。电流
的微观表达式为I=neSv=nebdv，则
最终电子所受的电场力和洛伦兹力处
于平衡，则有e
=evB，所以
，联立得
，故C正确，D错误。
【拓展例题】考查内容：传感器与圆周运动
知识综合
【典例】如图所示为一实验小车中利用光电
脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光
源，B为光电接收器，A、B均固定在车身
上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿
轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿
轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收
并转换成电信号，由电子电路记录和显示，
若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是___________________；小车速度的表达式为v=_________；行程的表达式为s=____________________。?
【解析】小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。设车
轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v=2πRk。若齿轮的齿数为
P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为
n，所以单位时间内齿轮转动圈数为
。由于齿轮与车轮同轴相连，它们在单
位时间内转动圈数相等，即k=
。由以上两式可得
。
同理，设车轮转动的累计圈数为k′，则有s=2πRk′，且k′=
，所
以
。
可见，要测出小车的速度v和行程s，除知道单位时间内的脉冲数n和累计脉冲
数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P。
答案：车轮半径R和齿轮的齿数P
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.关于传感器及其作用，下列说法正确的是
( )
A.传感器一定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地进行测量、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，所以电磁感应也是传感器
【解析】选C。传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、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，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系；选项C正确，A、B错误；电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器，选项D错误；故选C。
2.下列仪器或装置不是利用传感器的是
( )
A.汽车防盗报警器
B.宾馆房间内的火灾报警器
C.工兵用的地雷探测仪
D.用钥匙打开房门
【解析】选D。A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器。用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用的传感器。
3.利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所
示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出
的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上
显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工
件间的距离为0.2
m，则下列说法正确的是
( )
A.传送带运动的速度是0.1
m/s
B.传送带运动的速度是0.4
m/s
C.该传送带每小时输送3
600个工件
D.该传送带每小时输送7
200个工件
【解析】选C。从图乙可以知道：每间隔1
s的时间光传感器就输出一个电信
号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的
速度是v=
m/s=0.2
m/s。故A、B错误；传送带每小时传送的距离为
s=vt=0.2×3
600
m=720
m，工件个数为n=
=3
600个，C正确，D错误。
4.(多选)如图所示，在电路中接一段钨丝(从旧日光灯管中取出)，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化学性质
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)
【解析】选B、C。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，利用该特性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，B、C对，A、D错。
【补偿训练】
(多选)如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰
箱在工作时电动机定子，由于交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮
助才能产生旋转磁场，在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以
酞酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率
随温度升高而发生显著变化，当电动机正常转动以后，PTC元件温度较高，电
阻很大，启动绕组电流很小。以下判断正确的是
( )
A.电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
B.电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少
C.电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的
D.电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
【解析】选B、D。启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，通过的电流很大，故耗电多，B正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，电流也不变，故功率不变，则D正确。
5.(多选)如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜
板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的
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.电流增大时，|φa-φb|增大
D.其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果
仍然一样
【解析】选A、C。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b侧偏转，所以
φa>φb，A正确，B错误；因|φa-φb|=
，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b侧偏转，
|φa-φb|=0，即不产生霍尔效应，故D错误。
【新思维·新考向】
情境：华为企业在困难重重的情况下勇于创新，于2019年发布的旗舰机Mate30
Pro添加了一项黑科技功能叫隔空手势，双手不去接触手机，也能通过隔空用手势对手机进行操控！
问题：(1)对手机进行隔空操控需要用到什么仪器？它的作用是什么？
(2)这种仪器的主要部件有哪些？
【解析】(1)用到传感器，它可以将非电学量信号转化为电信号传递到手机CPU进行处理。
(2)传感器的主要部件有敏感元件和转换元件。
答案：见解析
