一轮复习物理江苏专版第十章第3节传感器及其应用.ppt

传感器及其应用￿第3节课前回顾·基础速串课堂提能·考点全通课后演练·逐点过关231返回宏观整合，微观提醒，回顾旧知短平快课 前 回 顾 · 基础 速 串返回返回1．传感器：有这样一类元件，能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化为电压、电流等 ，或转化为电路的 2．光敏电阻：光敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这一电学量的元件通常是由硫化镉等 材料制成，其特点是光照变强，电阻 电学量 通断 半导体 变小 返回返回3．金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻是由铂、铜等金属材料制成，其特点是温度升高，电阻 ；热敏电阻是由半导体材料制成，其特点是温度升高，电阻 它们都能够把温度这个热学量转化为电阻这个电学量 4．霍尔元件：通常是由半导体元件制成，其产生的霍尔电压UH＝kIBd霍尔元件能把 这一磁学量转换为电压这个电学量 5． 力传感器：典型的应用是电子秤，其中的主要元件为 _____ ___，它的作用是将________ 这一力学量转化为 这一电学量 变大 变小 磁感应强度 应变 片 物体形变 电压 返回返回6．温度传感器：典型的应用是日光灯启动器和电熨斗，其中的主要元件为双金属片。

日光灯启动器中的 ，其外层材料的热膨胀系数 内层材料的热膨胀系数电熨斗的工作原理(如如图图)： 双金属片 小于 返回返回双金属片上层金属的热膨胀系数双金属片上层金属的热膨胀系数 下层，常温下，弹下层，常温下，弹性铜片和双金属片触点是性铜片和双金属片触点是 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 ，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 ，接通电路 调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度 ；上；上提弹性铜片，可可 触点的分离温度，触点的分离温度，从而实现了调温控制从而实现了调温控制 大于 接触 分离 接触 升高 降低 返回返回7．感温铁氧体：也叫感温磁体常温下具有 ，能够被磁体吸引，当温度上升到约 103 ℃时，就失去铁磁性，不能被磁体吸引了这个温度在物理学中称为该材料的“ ”或“ ” 8．电饭锅：结构图如图所示 铁磁性 居里温度 居里点 返回返回其工作过程：开始煮饭时其工作过程：开始煮饭时 开关按钮，由于常温下感开关按钮，由于常温下感温铁氧体具有磁性，永磁体将 感温磁体，因此手松开后感温磁体，因此手松开后这个按钮不会恢复到图示位置，则触点接触，电路接通，这这个按钮不会恢复到图示位置，则触点接触，电路接通，这时电饭锅处于时电饭锅处于 状态。

当水沸腾时，水的温度保持沸点状态当水沸腾时，水的温度保持沸点_____ ，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热当饭熟后，，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热当饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度 ，当温度超过，当温度超过 103 ℃℃时，时，感温磁铁失去铁磁性，由于 的作用，按钮开关将恢复到如图所示的位置，切断电源，从而停止加热如图所示的位置，切断电源，从而停止加热 压下 吸引 加热 不变 上升 弹簧 返回返回9.光传感器：光传感器是将 转化为 的装置，实际应用有鼠标器和火灾报警器等烟雾式火灾报警器是利用烟雾对光的 来工作的罩内装有 、 ______ ______ 和 平时光电三极管收不到发光二极管发出的光，呈 状态当烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到 上，其电阻 ，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报 光信号 电信号 散射 发光二极管 光电 三极管 不透明的挡板 高电阻 光电三极管 变小 返回易点速过，难点精研，时间用到增分点上课 堂 提 能 · 考点 全 通返回突破点(一) 热敏电阻的特征 (自主悟透类) 热敏电阻是用半导体材料制成的，一般分为正温度系数热敏电阻(简称 PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，区别在于正温度系数热敏电阻阻值随温度的升高而变大，负温度系数热敏电阻阻值随温度的升高而变小。

高中重点掌握的是负温度系数热敏电阻，如果题目没有特殊说明，一般认为是负温度系数热敏电阻其电阻随温度变化的曲线如图所示 返回[题点全练题点全练] 1．如图所示，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的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往 Rt上擦一些酒精，表针将向________( 填“左”或“右”)转动；若用吹风机向 Rt吹热风，表针将向________( 填“左”或“右” )转动 返回解析：解析：热敏电阻为负温度系数的特性若往上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏 答案：左 右 返回返回2．(2018· 连云港模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势 E＝9.0 V，内阻不计；G 为灵敏电流表，其内阻 Rg保持不变；R 为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当 R的温度等于 20 ℃时，电流表示数 I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是 ( ) A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃ 返回解析：解析：由题中图乙知，温度为 20 ℃时，R的阻值 R1＝4 kΩ。

由欧姆定律知 E＝I1(R1＋Rg)， E＝I2(R2＋Rg)，两式联立，解得 R2＝2 kΩ， 由图乙中查得此时温度为120 ℃，D 正确 答案：D 返回突破点(二) 霍尔电压 UH的公式推导 (自主悟透类) 对高中阶段而言，我们所涉及的载流子一般取自由电子分析一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示沿 PQ方向通入电流，垂直于薄片加匀强磁场B，则在 MN间会出现电压设薄片厚度为 d，PQ方向长度为 l，MN 方向长度为 a， 薄片中的载流子受到磁场力发生偏转， 使 M 侧电势高于N 侧， 造成半导体内部出现电场，带电粒子同时受到静电力作用当磁场力与静电力平衡时， MN 间的电压达到恒定 返回返回设材料单位体积的载流子数目为设材料单位体积的载流子数目为 n，， 载流子的电荷量为载流子的电荷量为 e，，可以列出 I＝＝neSv＝＝neadv，，qvB＝＝qUHa，求解可得 UH＝＝IBned 取霍尔系数 k＝＝1ne，得，得 UH＝＝kIBd 对任一霍尔元件而言，对任一霍尔元件而言， k、、d 为定值，如果保持为定值，如果保持 I 恒定UH与与 B 成正比，只要求出 UH，，就可以得出 B，，这就是霍尔元这就是霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电学量的原因。

返回[题点全练题点全练] 1．[多选](2018· 扬州模拟)如图所示，一绝缘容器内部为长方体空腔，容器内盛有 NaCl 的水溶液，容器上下端装有铂电极A 和 C， 置于与容器表面垂直的匀强磁场中，开关 K 闭合前容器两侧 P、Q 两管中液面等高，闭合开关后 ( ) A．M 处钠离子浓度大于 N 处钠离子浓度 B．M 处氯离子浓度小于 N 处氯离子浓度 C．M 处电势高于 N 处电势 D．P管中液面高于 Q 管中液面 返回解析：解析：依据正离子的定向移依据正离子的定向移动动方向与方向与电电流方向相同，而流方向相同，而负离子移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知，正、负离子均向 M 处偏转，因此电势相等，故 A 正确，B、C 错误；当开关闭合时，液体中有从 A 到 C 方向的电流，根据左手定则可知，液体将受到向 M 的安培力作用，在液面内部将产生压强，因此 P 管中的液面将比 Q管中的高，故 D 正确 答案：AD 返回2．[多选多选](2018· 苏锡苏锡常模常模拟拟)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正确的是 ( ) 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．图乙中霍尔元件的电流 I 是由正电荷定向运动形成的 D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小 返回解析：解析：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，即可求解车轮的速度大小，故A 正确；根据 qvB＝qUHd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 是导电粒子定向移动的速率整理得： v＝IneS联立解得： UH＝IBdneS， 可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压 UH与车速大小无关，故 B 错误；霍尔元件的电流 I 是由负电荷定向运动形成的，故 C 错误；由公式 UH＝IBdneS，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。

答案：AD 返回突破点(三) 电容式传感器的分类 (自主悟透类) 电容式传感器就是把非电学量转化为电容这一电学量由公式 C＝εrS4πkd可得电容式传感器有三类： (1)变极距式；(2)变面积式；(3)变介质式 返回[题点全练题点全练] 1．传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域如下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极板间距离而引起电容变化的是 ( ) 返回解析：解析：选项 A 是通过改变电介质，来改变电容器的电容，故 A 错误；选项 B 中电容器的一个极板是金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，故 B 错误；选项 C 是通过改变极板间的距离，改变电容器的电容，故 C 正确；选项 D 是通过转动动片改变正对面积，改变电容器的电容，故 D 错误 答案：C 返回2.[多选多选 ](2018·淮安模淮安模拟拟 )电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力，感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器 C 和电阻 R 组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照，则红灯亮时 ( ) A．某车轮经过感应线的过程，电容器先充电后放电 B．某车轮经过感应线的过程，电阻 R 上的电流先增加后减小 C．车轮停在感应线上时，电阻 R 上有恒定的电流 D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照 返回解析：解析：由题图乙可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故 A 正确，B、C 错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故 D 正确。

答案：AD 返回突破点(四) 应变片和双金属片的区别 (自主悟透类) 应变片多用半导体材料制成的，当外力越大时，弯曲形变越大，上下表面的阻值变化就越大，如果保证通过应变片的电流恒定，那么上下表面的电压差就越大，传感器输出的就是电压差双金属片应用的是不同金属的受热膨胀系数不同，从而达到控制电路通断的目的 返回[题点全练题点全练] 1．[多选]关于电子秤中应变式力传感器，下列说法中正确的是 ( ) A．应变片是由导体材料制成的 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之电阻变小 C．传感器输出的是应变片上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大 解析：电子秤中的应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成，故 A 错误；当应变片的表面拉伸时，电阻变大，故 B 正确；如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下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，故 C 错误；力 F 越大，输出的电压差值也就越大，故 D 正确 答案：BD 返回2．[多选](2018· 南通模拟)如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表 G 就能显示人的体重，踏板下面的传感器 R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻， 显示体重的仪表 G 实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R 随人的体重 G 变化的函数关系式为 R＝a－kG(a、k 是常量，G和 R 的单位分别是 N 和 Ω)。

下列说法正确的是 ( ) A．传感器 R 是一个力电传感器 B．闭合电路测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化 C． 该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表 G刻度盘的零刻度处 D．如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大 返回解析：解析：R 是将压力信号转换成电信号的传感器，即力电传感器，故 A 正确；闭合电路测量时，电路中的电流： I＝Ea－kG＋r＋R′，显然与人的体重不成线性关系，故 B 错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故 C 错误；由Ig＝Ea－kGm＋r＋R′可知，kGm＝a＋r＋R′－EIg，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故 D 正确 答案：AD 返回““课后演练课后演练··逐点过关逐点过关”” 见“课时跟踪检测（三十七）”(单击进入电子文档)谢谢观赏。