16-17版：6.1 传感器及其工作原理

1、1传感器及其工作原理第六章传感器学习目标知识探究典例精析达标检测1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用.一、传感器干簧管结构：如图1所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图2电路，当磁铁靠近干簧管时：知识探究导学探究导学探究图1图2(1)会发生什么现象，为什么？答案答案答案灯泡会亮，因为当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通.(2)干簧管的作用是什么？答案答案干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器.传感器及工作原理：(1)传感器的定

2、义：能够感受诸如力、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便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、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 转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和 .答案知识梳理知识梳理物理电学通断非电学量控制(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( )A.将力学量(如形变量)转变成电学量B.将热学量转变成电学量C.将光学量转变成电学量D.将电学量转变成力学量即学即用即学即用解析答案解析解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件，故选项A、B

3、、C对，D错.ABC二、光敏电阻在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图3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什么？导导学学探究探究图3答案答案答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.光敏电阻的特点及工作原理.(1)当半导体材料受到 或者温度 时，会有更多的电子获得能量成为 电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强.(2)光敏电阻是用 材料(如硫化镉)制成的.它的特点是光照越强，电阻越 .它能够把

4、 这个光学量转换为 这个电学量.答案知识梳理知识梳理光照升高自由半导体小光照强弱电阻如图4所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断()A. B. D.不能确定即学即用即学即用解析答案解析解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小，故B正确.B图4三、热敏电阻和金属热电阻如图5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(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在RT上擦

5、一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？导导学学探究探究图5答案答案答案由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；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，指针将向右偏.热敏电阻和金属热电阻的特点.(1)热敏电阻：用 材料制成.可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻.正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻.负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻 .(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度 而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成 传感器，称为热电阻.答案知识梳理知识梳理半导体增大减小升高温度如图6所示，R

6、1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.小灯泡的亮度变弱即学即用即学即用解析答案解析解析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.C图6四、霍尔元件如图7所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间会出现电压，称为霍尔电压UH.(1)分析为什么会出现电压.导导学学探究探究答案答案答案薄片中的载流子在洛伦兹力的作

7、用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压.图7(2)试推导UH的表达式.答案答案答案设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，受力分析如图当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定.再根据电流的微观表达式InqvS，Sl2d答案知识梳理知识梳理电场力洛伦兹力UHB(多选)如图8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

8、，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将发生变化即学即用即学即用解析答案图8返回返回例例1如图9是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况.(1)你认为电压表应该接在图中的_两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将_ (选填“增大”或“减小”).一、对传感器的认识典例精析解析答案图9解析解析由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会

9、移动，从而引起R两端电压的变化.当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小.当把电压表接在c、d两点间，电压表的示数减小时，表示油量在减少.答案答案c、d减小(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？解析答案解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大.把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小.答案答案见解析归纳总结归纳总结1.传感器的原理：2.在分析传感器时要明确：(1

10、)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量；(3)是如何显示或控制开关的.二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例例2如图10所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是()A.小灯泡的电阻发生了变化B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化D.电源的电压随温度发生了变化解析答案图10解析解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据PI2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗.答案答案C例例3如图11所示，R1、R2为定值电阻，L

11、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答案图11解析解析当入射光强度增大时，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.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，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.答案答案ABC三、霍尔元件的认识及应用图12解析答案(1)假定载流子是电子，a、b两端中的哪端电势较高？解析解析

12、根据左手定则可确定a端电势高.答案答案a解析答案(2)薄片上形成电流I的载流子定向运动的速率多大？(保留两位有效数字)答案答案6.7104 m/s返回1.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达标检测解析答案解析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.答案答案B2.(多选)如图13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，RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(光