5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用（原卷版）-【幫課堂】2024-2025學(xué)年高二物理 同步學(xué)與練（ 人教版2019選擇性必修第二冊(cè)）

5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)1.知道光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻、電阻應(yīng)變片的工作原理及應(yīng)用。2.了解金屬熱電阻和熱敏電阻的特性及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。3.了解電阻應(yīng)變片、電容式位移傳感器的特性及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。物理觀念：認(rèn)識(shí)傳感器就是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，其主要元件是敏感元件?？茖W(xué)思維：了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應(yīng)變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳感器的敏感元件?？茖W(xué)探究：利用電容器的結(jié)構(gòu)改變影響電容的性質(zhì)，設(shè)計(jì)電容式位移傳感器。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：把各種物理量的變化轉(zhuǎn)換為方便傳輸?shù)碾妼W(xué)量，這既是傳感器原理的核心部分，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心環(huán)節(jié)。0202思維導(dǎo)圖003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、光敏電阻光敏電阻在被光照射時(shí)發(fā)生變化，光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量．二、金屬熱電阻和熱敏電阻1．金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的而增大，利用這一特性，金屬絲可以制作傳感器，稱為熱電阻．2．熱敏電阻：用材料制成，氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而．三、電阻應(yīng)變片1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．2．電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的．3．電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量．四、電容式位移傳感器（位移傳感器）原理：它能把物體的這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量，如圖所示，當(dāng)物體向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容；當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容。004題型精講【題型一】光敏電阻1．光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，當(dāng)半導(dǎo)體材料被光照射時(shí)，載流子增多，導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)，光敏電阻把光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻的大?。?．光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而明顯減?。镜湫屠}1】根據(jù)光敏電阻特性設(shè)計(jì)的自動(dòng)計(jì)數(shù)器的電路圖如圖所示，其中為光敏電阻，為定值電阻，電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻恒定，信號(hào)處理系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測兩端的電壓，每獲得一次低電壓就記數(shù)一次，下列說法正確的是（

）A．有光照射時(shí)的阻值比無光光照時(shí)大B．有光照射時(shí)兩端的電壓比無光照射時(shí)大C．有光照射時(shí)電源兩端的電壓比無光照射時(shí)小D．有光照射時(shí)消耗的電功率比無光照射時(shí)小【典型例題2】一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，R為定值電阻，為光敏電阻（其電阻隨光照強(qiáng)度增大而減小），下列說法正確的是（）A．副線圈輸出電壓為31.1VB．副線圈輸出電壓的頻率為5HzC．光照強(qiáng)度減小時(shí)，原線圈的電流增大D．光照強(qiáng)度增大時(shí)，變壓器的輸出功率增大【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】如圖所示，是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合后在沒有光照射時(shí)，用光照射電阻時(shí)，則（）

A．的電阻變大 B．的電阻變小C．的電阻沒有變化 D．以下說法全錯(cuò)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，然后進(jìn)行歐姆調(diào)零。如圖所示，將一光敏電阻連在多用電表兩表筆之間，用光照射光敏電阻時(shí)表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為θ'，則可判斷（）A．θ'=θ B．θ'<θC．θ'>θ D．不能確定θ和θ'的關(guān)系【題型二】金屬熱電阻和熱敏電阻1．金屬熱電阻：金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，如圖圖線①所示．2．熱敏電阻(1)熱敏電阻指用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻．如圖圖線②所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線．(2)熱敏電阻分正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩類，電阻值隨溫度升高而增大的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻；電阻值隨溫度升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻．常用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻．【典型例題3】某種感溫式火災(zāi)報(bào)警器如圖1所示，其簡化的工作電路如圖2所示。變壓器原線圈接電壓有效值恒定的交流電源。副線圈連接報(bào)警系統(tǒng)，其中RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R0為滑動(dòng)變阻器，R1為定值電阻。當(dāng)警戒范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，環(huán)境溫度升高達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，報(bào)警裝置（圖中未畫出）通過檢測R1的電流觸發(fā)報(bào)警。下列說法正確的是（）A．警戒范圍內(nèi)出現(xiàn)火情時(shí)，副線圈兩端電壓減小B．警戒范圍內(nèi)出現(xiàn)火情時(shí)，原線圈輸入功率變小C．通過定值電阻R1的電流過高時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)報(bào)警D．若要調(diào)低預(yù)設(shè)的報(bào)警溫度，可增大滑動(dòng)變阻器R0的阻值【典型例題4】嫦娥六號(hào)采用了大量的傳感器。某金屬熱電阻和熱敏電阻的阻值R隨溫度T變化的關(guān)系圖像如圖所示，下列說法中正確的是（）A．金屬熱電阻不可用來做電阻溫度計(jì)B．金屬熱電阻在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力增強(qiáng)C．熱敏電阻的阻值隨溫度的變化不明顯D．它們都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】某同學(xué)設(shè)計(jì)的散熱排風(fēng)控制電路如圖所示，M為排風(fēng)扇，是半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，R是可變電阻?？刂崎_關(guān)電路具有下列特性：當(dāng)電壓表示數(shù)小于某一數(shù)值U時(shí)，控制開關(guān)處于斷路狀態(tài)；當(dāng)電壓表示數(shù)大于U時(shí)，控制開關(guān)接通電路，M開始運(yùn)轉(zhuǎn)。電路兩端的電壓恒定，下列說法中正確的是（??）A．環(huán)境溫度升高時(shí)，電壓表示數(shù)變小B．可變電阻R阻值調(diào)大時(shí)，電壓表示數(shù)變小C．可變電阻R阻值調(diào)小時(shí)，排風(fēng)扇開始工作的臨界溫度升高D．若用金屬熱電阻代替半導(dǎo)體熱敏電阻，電路仍能正常工作【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】下列說法不正確的是（）A．電熨斗中的雙金屬片是溫度傳感器B．金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，但靈敏度差C．霍爾元件是能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這一電學(xué)量的傳感器D．熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量【題型三】電阻應(yīng)變片 我們經(jīng)常見到的電子秤，它所使用的測力器件是力傳感器。常用的一種力傳感器是由金屬梁和電阻應(yīng)變片組成的，稱為應(yīng)變式力傳感器。這種力傳感器的工作原理如圖所示。彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片。在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的電阻變化就越大。如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越大。【典型例題5】壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小。某同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖（a）?，F(xiàn)將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表的示數(shù)如圖（b）。下列說法正確的是（）A．在時(shí)間至內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．在時(shí)間至t2內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．在時(shí)間至內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．在時(shí)間至內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】下列關(guān)于傳感器元件的說法，正確的是（）A．圖甲：“干簧管”利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用B．圖乙：當(dāng)物體帶動(dòng)鐵芯向右移動(dòng)時(shí)，線圈的自感系數(shù)變大C．圖丙：常溫下，電熨斗的上下觸點(diǎn)是分離的D．圖?。簯?yīng)變式力傳感器可用于制作電子秤【題型四】霍爾元件【典型例題6】如圖所示，厚度為、寬為的金屬導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體板時(shí)，在金屬導(dǎo)體板的上側(cè)面和下側(cè)面之間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，電勢差、電流和的關(guān)系為，式中的比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)。下列說法正確的是（）A．達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面的電勢一定高于下側(cè)面的電勢B．達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面的電勢一定低于下側(cè)面的電勢C．增大導(dǎo)體的厚度時(shí)，之間的電勢差將變大D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，之間的電勢差將變小【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】傳感器為我們的生活帶來諸多便利，關(guān)于傳感器下列說法不正確的是（）A．傳感器一般由敏感元件和處理電路組成B．走近自動(dòng)門時(shí)，門會(huì)自動(dòng)打開，應(yīng)用的是溫度傳感器C．電飯煲能自動(dòng)加熱和保溫而不會(huì)把飯燒焦，應(yīng)用的是溫度傳感器D．霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，現(xiàn)將光敏電阻R、數(shù)字電流表A、電源E按圖連接，閉合開關(guān)S，當(dāng)太陽光直接照射光敏電阻R時(shí)，電流表示數(shù)為；當(dāng)用課本擋住直射到光敏電阻R上的太陽光時(shí)，電流表的示數(shù)為；當(dāng)用黑紙把光敏電阻R完全包裹起來時(shí)，電流表的示數(shù)為，則、、的關(guān)系為（）A． B． C． D．2．下列關(guān)于傳感器元件說法錯(cuò)誤的是（

）A．如圖甲，當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，干簧管起到開關(guān)的作用B．如圖乙，是一種電感式微小位移傳感器，物體1連接軟鐵芯2插在空心線圈3中，當(dāng)物體1向右發(fā)生微小位移時(shí)，線圈自感系數(shù)變小C．如圖丙是一光敏電阻，隨著光照增強(qiáng)，光敏電阻導(dǎo)電性變差D．如圖丁，當(dāng)力越大，金屬梁彎曲形變?cè)酱螅瑧?yīng)變片的電阻變化就越大3．把光敏電阻（光照越強(qiáng)，阻值越?。┙尤肴鐖D所示電路，制成光電報(bào)警裝置。閉合開關(guān)，當(dāng)光照達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，報(bào)警器的蜂鳴器發(fā)聲，則（

）A．干簧管應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理B．增大電阻箱R的阻值，報(bào)警器在光照更強(qiáng)時(shí)才可能報(bào)警C．增加電源B的電動(dòng)勢，報(bào)警器在光照更強(qiáng)時(shí)才可能報(bào)警D．增加電源A的電動(dòng)勢，報(bào)警器在光照更強(qiáng)時(shí)才可能報(bào)警4．如圖所示，圖甲為熱敏電阻的圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100Ω。當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢，內(nèi)阻可以不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源．如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在100℃，則（）A．應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端，的阻值為260ΩB．應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端，的阻值為260ΩC．應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端，的阻值為300ΩD．應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端，的阻值為300Ω5．三峽工程是一項(xiàng)規(guī)模巨大的水利樞紐工程。在三峽電能的傳輸和分配過程中，變壓器是電網(wǎng)中不可或缺的設(shè)備，用于調(diào)整電壓等級(jí)?，F(xiàn)有一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為10∶1，B是原線圈的中心接頭，原線圈輸入電壓如圖乙所示，副線圈電路中、為定值電阻，為型熱敏電阻（阻值隨溫度升高而減小），C為耐壓值為的電容器，所有電表均為理想電表。下列判斷正確的是（）A．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由時(shí)，電容器C會(huì)被擊穿B．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與B連接，副線圈兩端電壓的頻率為C．其他條件不變，單刀雙擲開關(guān)由時(shí)，變壓器的輸入功率不變D．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與A連接，傳感器所在處溫度升高，的示數(shù)變大，的示數(shù)減小6．關(guān)于傳感器，下列說法正確的是（）A．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的B．傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的C．電飯鍋通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制D．霍爾元件能夠把電學(xué)量轉(zhuǎn)換為磁學(xué)量【素養(yǎng)提升】7．（多選）下列關(guān)于甲、乙、丙、丁四幅課本插圖的描述正確的是（）A．圖甲所示時(shí)刻線圈中的自感電動(dòng)勢正在減小B．圖乙是通過使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制方法得到的調(diào)頻波C．圖丙是利用射線穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)檢查人體組織是否發(fā)生了病變D．圖丁中光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，當(dāng)b、e間電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通，若將的阻值調(diào)大，則會(huì)在天更暗時(shí)點(diǎn)亮LED燈8．（多選）為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所用光敏電阻制作光控開關(guān)來控制照明系統(tǒng)，圖1為電路原理圖。圖1中，直流電源電動(dòng)勢為3V，內(nèi)阻可不計(jì)，和其中一個(gè)是定值電阻，另一個(gè)是光敏電阻。光敏電阻的阻值隨照度變化的規(guī)律如圖2所示（照度是描述光的強(qiáng)弱的物理量，光越強(qiáng)照度越大，lx是它的單位）?？刂崎_關(guān)兩端電壓高于2V時(shí)照明系統(tǒng)將自動(dòng)開啟。下列說法正確的是（）A．是光敏電阻B．若定值電阻的阻值為20kΩ，則當(dāng)照度降低到1.0lx時(shí)照明系統(tǒng)將開啟C．若要使照明系統(tǒng)在照度降低到0.6lx時(shí)開啟，則定值電阻的阻值應(yīng)為15kΩD．定值電阻的阻值越大，開啟照明系統(tǒng)時(shí)的光照越暗9．（多選）如圖是某傳感裝置內(nèi)部部分電路圖，為正溫度系數(shù)熱敏電阻，其特性為隨著溫度的升高阻值增大；為光敏電阻，其特性為隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)阻值減小；為定值電阻，A為理想電流表，電源不計(jì)內(nèi)阻。若發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)增大，可能的原因是（）A．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變B．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變C．光照減弱，其他條件不變D．光照增強(qiáng)，其他條件不變10．（多選）通過如圖所示的電路圖可以觀察熱敏電阻的特性，RT為熱敏電阻，隨著溫度的升高，熱敏電阻的阻值減小，現(xiàn)變阻箱調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)奈恢煤蠊潭ú粍?dòng)，以下說法正確的是（）A．溫度升高，電壓表示數(shù)變小B．溫度降低，電壓表示數(shù)變小C．溫度升高，電流表示數(shù)變大D．溫度降低，電流表示數(shù)變大11．（多選）某同學(xué)準(zhǔn)備用一種金屬絲制作一只電阻溫度計(jì)。他先通過實(shí)驗(yàn)描繪出一段金屬絲的曲線，如圖甲所示。再將該金屬絲與某一定值電阻串聯(lián)接在電路中，用電壓表（電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于金屬絲的電阻）與金屬絲并聯(lián)，如圖乙所示，并在電壓表的表盤上標(biāo)注了與電壓對(duì)應(yīng)的溫度值，制成電阻溫度計(jì)，下列說法中正確的是（）A．從圖甲可知，該金屬絲的阻值隨溫度的升高而增大B．圖乙中電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角越大，溫度值越小C．溫度越高，定值電阻消耗的功率越大D．選用不同阻值