18第五章 2. 常见传感器的工作原理及应用（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#2　常见传感器的工作原理及应用 [学业要求] 1．了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻及霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用。 2．了解传感器在日常生活和生产中的应用。 3．知道一些简单传感器的工作原理及过程。 一、光敏电阻 1．光敏电阻器是用金属硫化物等半导体制成的，当光照射到这些半导体物质上时，它的电阻率减少，电阻也随之减少。 2．特性：入射光强，电阻小；入射光弱，电阻大。 3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。用于光的测量和控制。 二、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻：用半导体材料制成。可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻。 (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大。 (2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小。 2．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻。 三、电阻应变片 1．电阻应变片由半导体材料制成，当受到拉力时电阻变大受到压力时电阻变小。 2．原理：受到拉力时，导体长度变大，横截面积变小，电阻变大；受到压力时，导体长度变小，横截面积变大，电阻变小(R＝ρ)。 3．作用：将物体形变这个非电学量转化为电阻这个电学量。 四、霍尔元件 1．构造 很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N。 2．霍尔电压 如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝k。d为薄片厚度，k为霍尔系数。一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。 3．作用 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。 1．下列说法不正确的是(　　) A．光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小 B．金属热电阻在温度升高时阻值变小 C．热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 D．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小 答案　B 2．如图所示，R1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，电流表的读数变小(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度变亮(填“变亮”或“变暗”)。 知识点一　对敏感元件的认识 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、电阻应变片比较 元件 特点 感变量 输出量 光敏电阻 半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小 光照强弱 电阻 热敏 电阻 和金 属热 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。如图线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线 (2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好 温度 电阻 电阻 应变 片 当导体拉伸时长度变长，横截面积变小，由R＝ρ知，其电阻变大，反之，当导体受压力时，长度变短，横截面积变大，电阻变小 形变量 电阻 霍尔元件 霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在两极上形成稳定的电压UH＝ 磁感应强度B 电压 　在温控电路中，通过热敏电阻的阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示的电路中，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时(　　) A．电容器C的带电荷量减小 B．电压表的读数增大 C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大 [解析]　当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，选项B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，选项D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强公式E′＝知E′变大，由Q＝CU2可知Q增大，故选项A错误，C错误。 [答案]　B 核心素养·思维升华 　　含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 (1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小。 (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。 (3)分析部分电路的电压、电流如何变化。 1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时，下列说法错误的是(　　) 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　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，由闭合电路欧姆定律I＝知电