新教材高中物理课后训练13常见传感器的工作原理（含解析）鲁科版选择性

常见传感器的工作原理

（建议用时：40分钟）

［4组基础巩固练］

◎题组一传感器的原理和分类

1.（多选）关于传感器的作用，下列说法正确的是（）

A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制

B.传感器可以用来采集信息

C.传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量

D.传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量

BC［传感器的作用主要是用来采集信息并将采集到的信息转换成便丁•测量的量；但并不

是将其感受到的所有信息都转换为电学量。故氏C正确。］

2.关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是（）

A.非电学量一敏感元件一转换电路一电学量一转换元件

B.电学量一敏感元件一转换电路一转换元件一非电学量

C.非电学量一敏感元件一转换元件一转换电路一电学量

D.非电学量一转换电路一转换元件一敏感元件一电学量

C［传感器工作的一般流程为:

被感知，然后通过

非电学量一^敏感元件--------------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，因此A、B、D错误，C正确。］

3.关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是（）

A.物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工

领域

B.化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电

学量

C.生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作

D.生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求

D［不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错误；物理传感器在化

工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；生物传感器能够使用的前提是传感器中的

生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。］

◎题组二光敏电阻和热敏电阻的特性

4.关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是（）

A.光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大

B.光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器

C.热敏电阻是用金属伯制成的，它对温度感知很灵敏

D.热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器

A［光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、

D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属伯与

热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误。］

5.如图（a）所示的电路中，光敏电阻尼加上图（b）所示的光照时，花两端的电压变化规律

是图中的（）

尸&tR

2r

ABCD

B［光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻用两端电压增大，自两端

电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。］

6.（多选）有定值电压、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4、3两点后，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（）

欧姆表

~1

046B

A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻

B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化的一定是定值电阻

C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻

D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数相同的一定是定值电阻

AC［热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变

化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值

不随光照的变化而变化，故C正确，I）错误。］

7.某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，?是可变电阻，必是半导体

热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。控制开关电路具有下列特性：当/点电势双V九时，

控制开关处于断路状态；当血2九时，控制开关接通电路，M开始运转。下列说法中正确的

是（）

A.环境温度升高时，力点电势升高

B.可变电阻发阻值调大时，力点电势降低

C.可变电阻斤阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高

D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作

A［当环境温度升高时，半导体热敏电阻分的阻值随温度升高而减小，则电路中的电流

增大，所以/点的电势升高，故A正确；可变电阻〃阻值调大时，导致电路的电流减小，则力

点电势升高，故B错误；可变电阻斤阻值调大时，导致电路的电流减小，则力点电势升高，

由于当月点电势以〈弧时，控制开关处于断路状态；当血20。时，控制开关接通电路，M

开始运转，工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热

敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起

不到散热排风的作用，故D错误。］

◎题组三霍尔效应的应用

8.霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元

件,在该元件中通有方向从£到〃的恒定电流/,现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应

强度大小为H其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是（）

A.该元件能把电学量转化为磁学量

B.左表面的电动势高于右表面

C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态

D.如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比

D［霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A错误；由于元件中的载流子为带负电的电

荷，则负电荷的运动方向由〃到£,由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高,

B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面

保持水平，则无电压产生，C错误；根据94=心得，U=Bdv,由电流的微观定义式/=〃贯/（〃

是单位体积内的导电粒子数，g是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，/是导

电粒子运动的速度)整理得联立解得L^=—r可知用霍尔元件可以测晟地做场的磁

感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。］

9.一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为bXcXd,如图所示。

已知其单位体积内的电子数为〃、电阻率为。、电子电荷量为6。将此元件放在匀强磁场中，

磁场方向沿Z轴正方向，并通有沿X轴正方向的电流乙

⑴此元件的C、C两个侧面中，哪个面电势高？

⑵试证明在磁感应强度一定时，此元件的ac两个侧面的电势差与其中的电流成正

比；

(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度8的仪器。其测量方法为：将导体放在匀强

磁场中，用亳安表测量通过的电流/,用亳伏表测量ac间的电压丘,就可测得凡若已

知其霍尔系数女=」~^=10mV/mA•To并测量Ucc=0.6mV,Z=3mA。试求该元件所在处的

ned

磁感应强度8的大小。

［解析］(D因电子的运动方向与电流的方向相反，再由左手定则可知，电子向C面偏移,

所以1面电势较高。

⑵假设定向移动速度为*由/=*q=nebdvt

可得：I=nebdv

稳定时有：Bev=

可得：Ucc与中各量均为定值，

neanea

所以侧面的电势差与其中的电流成正比。

Ucc

(3)由(2)可知6=下，代入得：6=0.02T。

K1

［答案］(1)0面较高(2)见解析(3)0.02T

［B组素养提升练］

1.如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中他为用NTC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，当传感器尼所在处出现火情时,

显示器的电流/、报警器两端的电压〃的变化情况是()

A./变大，〃变大B./变小，〃变小

C./变小，〃变大D./变大，〃变小

B［当分处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总

电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，〃减小；电路中的总电流增大，所

以宿上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流/减小，B正确。］

2.（多选）如图所示电路中，电源电动势为E,内阻为r,吊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

AC［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。］

3.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，它是利用热敏电阻

的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势八9.0V,内电阻可忽

略不计；G为灵敏电流计，内阻呆持不变；斤为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图

乙的於「图线所示，闭合开关，当〃的温度等于120°C时，电流表示数/=3mA,求：

甲

（1）电流计G的内阻用；

⑵当电流计的示数4=1.8nA时，热敏电阻斤的温度。

［解析］（D由题图乙知热敏电阻用的温度在120°C时，电阻为2kQ,闭合电路的电流

为/i=3mA

根据闭合电路欧姆定律得：

AJ.=y—：1-2X103)Q=1OOOQ。

(2)当电流计的示数72=1.8nA时

Ef93、

R=-r-R,=\,o-：-1X103Q=4000Q

12\1.OAV1mUJ

由题图乙可知当热敏电阻火阻值为4000Q时的温度为20℃o

［答案］(1)1000Q(2)20℃

4.如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为勿的振子两端连有劲度系数均为力的轻弹

簧，电源的电动势为£,不计内阻，滑动变阻器的总阻值为此有效长度为£,系统静止时滑

动触头位于滑动变阻器正中间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间。求：

(p

-