5.2常见传感器的工作原理及应用（原卷版）-【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第二册）

5.2常见传感器的工作原理及应用学习目标学习目标课程标准物理素养1.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及应用。2.了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。3.了解电阻应变片、电容式位移传感器的特性及其在生活、生产中的应用。物理观念：认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。科学思维：了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。科学探究：利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。科学态度与责任：把各种物理量的变化转换为方便传输的电学量，这既是传感器原理的核心部分，也是培养学生创新能力的核心环节。0202思维导图003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、光敏电阻光敏电阻在被光照射时发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为这个电学量．二、金属热电阻和热敏电阻1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的而增大，利用这一特性，金属丝可以制作传感器，称为热电阻．2．热敏电阻：用材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而．三、电阻应变片1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象．2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的．3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为这个电学量．四、电容式位移传感器（位移传感器）原理：它能把物体的这个力学量转换为这个电学量，如图所示，当物体向左运动时，电容；当物体向右运动时，电容。004题型精讲【题型一】光敏电阻1．光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料被光照射时，载流子增多，导电性能明显增强，光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小．【典型例题1】根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示，其中为光敏电阻，为定值电阻，电源电动势和内阻恒定，信号处理系统会实时监测两端的电压，每获得一次低电压就记数一次，下列说法正确的是（

）A．有光照射时的阻值比无光光照时大B．有光照射时两端的电压比无光照射时大C．有光照射时电源两端的电压比无光照射时小D．有光照射时消耗的电功率比无光照射时小【典型例题2】一理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，R为定值电阻，为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小），下列说法正确的是（）A．副线圈输出电压为31.1VB．副线圈输出电压的频率为5HzC．光照强度减小时，原线圈的电流增大D．光照强度增大时，变压器的输出功率增大【对点训练1】如图所示，是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，用光照射电阻时，则（）

A．的电阻变大 B．的电阻变小C．的电阻没有变化 D．以下说法全错【对点训练2】将多用电表的选择开关置于欧姆挡，然后进行欧姆调零。如图所示，将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ'，则可判断（）A．θ'=θ B．θ'<θC．θ'>θ D．不能确定θ和θ'的关系【题型二】金属热电阻和热敏电阻1．金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如图图线①所示．2．热敏电阻(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．如图图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线．(2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻．常用的是负温度系数热敏电阻．【典型例题3】某种感温式火灾报警器如图1所示，其简化的工作电路如图2所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R0为滑动变阻器，R1为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测R1的电流触发报警。下列说法正确的是（）A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小C．通过定值电阻R1的电流过高时，报警装置就会报警D．若要调低预设的报警温度，可增大滑动变阻器R0的阻值【典型例题4】嫦娥六号采用了大量的传感器。某金属热电阻和热敏电阻的阻值R随温度T变化的关系图像如图所示，下列说法中正确的是（）A．金属热电阻不可用来做电阻温度计B．金属热电阻在温度上升时导电能力增强C．热敏电阻的阻值随温度的变化不明显D．它们都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量【对点训练3】某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，R是可变电阻。控制开关电路具有下列特性：当电压表示数小于某一数值U时，控制开关处于断路状态；当电压表示数大于U时，控制开关接通电路，M开始运转。电路两端的电压恒定，下列说法中正确的是（  ）A．环境温度升高时，电压表示数变小B．可变电阻R阻值调大时，电压表示数变小C．可变电阻R阻值调小时，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【对点训练4】下列说法不正确的是（）A．电熨斗中的双金属片是温度传感器B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差C．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量【题型三】电阻应变片 我们经常见到的电子秤，它所使用的测力器件是力传感器。常用的一种力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器。这种力传感器的工作原理如图所示。弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片。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。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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。力F越大，输出的电压差值也就越大。【典型例题5】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，如图（a）。现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，电流表的示数如图（b）。下列说法正确的是（）A．在时间至内，小车做匀速直线运动B．在时间至t2内，小车做匀加速直线运动C．在时间至内，小车做匀速直线运动D．在时间至内，小车做匀加速直线运动【对点训练5】下列关于传感器元件的说法，正确的是（）A．图甲：“干簧管”利用电磁感应原理实现开关作用B．图乙：当物体带动铁芯向右移动时，线圈的自感系数变大C．图丙：常温下，电熨斗的上下触点是分离的D．图丁：应变式力传感器可用于制作电子秤【题型四】霍尔元件【典型例题6】如图所示，厚度为、宽为的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为的匀强磁场中，当电流通过金属导体板时，在金属导体板的上侧面和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，电势差、电流和的关系为，式中的比例系数称为霍尔系数。下列说法正确的是（）A．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面的电势一定高于下侧面的电势B．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面的电势一定低于下侧面的电势C．增大导体的厚度时，之间的电势差将变大D．增大磁感应强度时，之间的电势差将变小【对点训练6】传感器为我们的生活带来诸多便利，关于传感器下列说法不正确的是（）A．传感器一般由敏感元件和处理电路组成B．走近自动门时，门会自动打开，应用的是温度传感器C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用的是温度传感器D．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00501强化训练【基础强化】1．光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，现将光敏电阻R、数字电流表A、电源E按图连接，闭合开关S，当太阳光直接照射光敏电阻R时，电流表示数为；当用课本挡住直射到光敏电阻R上的太阳光时，电流表的示数为；当用黑纸把光敏电阻R完全包裹起来时，电流表的示数为，则、、的关系为（）A． B． C． D．2．下列关于传感器元件说法错误的是（

）A．如图甲，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用B．如图乙，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变小C．如图丙是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻导电性变差D．如图丁，当力越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大3．把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，则（

）A．干簧管应用了电磁感应原理B．增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才可能报警C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才可能报警D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才可能报警4．如图所示，图甲为热敏电阻的图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．如果要使恒温箱内的温度保持在100℃，则（）A．应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，的阻值为260ΩB．应该把恒温箱内的加热器接在C、D端，的阻值为260ΩC．应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，的阻值为300ΩD．应该把恒温箱内的加热器接在C、D端，的阻值为300Ω5．三峡工程是一项规模巨大的水利枢纽工程。在三峡电能的传输和分配过程中，变压器是电网中不可或缺的设备，用于调整电压等级。现有一理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中、为定值电阻，为型热敏电阻（阻值随温度升高而减小），C为耐压值为的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是（）A．当单刀双掷开关由时，电容器C会被击穿B．当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率为C．其他条件不变，单刀双掷开关由时，变压器的输入功率不变D．当单刀双掷开关与A连接，传感器所在处温度升高，的示数变大，的示数减小6．关于传感器，下列说法正确的是（）A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的C．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量【素养提升】7．（多选）下列关于甲、乙、丙、丁四幅课本插图的描述正确的是（）A．图甲所示时刻线圈中的自感电动势正在减小B．图乙是通过使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法得到的调频波C．图丙是利用射线穿透能力强的特点检查人体组织是否发生了病变D．图丁中光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通，若将的阻值调大，则会在天更暗时点亮LED灯8．（多选）为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，图1为电路原理图。图1中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，和其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的规律如图2所示（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。控制开关两端电压高于2V时照明系统将自动开启。下列说法正确的是（）A．是光敏电阻B．若定值电阻的阻值为20kΩ，则当照度降低到1.0lx时照明系统将开启C．若要使照明系统在照度降低到0.6lx时开启，则定值电阻的阻值应为15kΩD．定值电阻的阻值越大，开启照明系统时的光照越暗9．（多选）如图是某传感装置内部部分电路图，为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；为定值电阻，A为理想电流表，电源不计内阻。若发现电流表示数增大，可能的原因是（）A．热敏电阻温度降低，其他条件不变B．热敏电阻温度升高，其他条件不变C．光照减弱，其他条件不变D．光照增强，其他条件不变10．（多选）通过如图所示的电路图可以观察热敏电阻的特性，RT为热敏电阻，随着温度的升高，热敏电阻的阻值减小，现变阻箱调节到适当的位置后固定不动，以下说法正确的是（）A．温度升高，电压表示数变小B．温度降低，电压表示数变小C．温度升高，电流表示数变大D．温度降低，电流表示数变大11．（多选）某同学准备用一种金属丝制作一只电阻温度计。他先通过实验描绘出一段金属丝的曲线，如图甲所示。再将该金属丝与某一定值电阻串联接在电路中，用电压表（电压表的内阻远大于金属丝的电阻）与金属丝并联，如图乙所示，并在电压表的表盘上标注了与电压对应的温度值，制成电阻温度计，下列说法中正确的是（）A．从图甲可知，该金属丝的阻值随温度的升高而增大B．图乙中电压表的指针偏转角越大，温度值越小C．温度越高，定值电阻消耗的功率越大D．选用不同阻值