考点07 传感器-2024年新高考物理一轮专题复习方略

14 交变电流 [-考点-07-] 传感器 一、传感器及其工作原理 1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制． 传感器应用的一般模式如图所示： 2．传感器的核心元件 (1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分． (2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分． (3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分． 3．传感器的分类 工作原理 举例 物理传感器 利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等 化学传感器 利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等 生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 二、常见敏感元件 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻越小． (2)原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好． (3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量． 2．热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线． (2)金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线． (3)作用：热敏电阻和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． 注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器． 3．电阻应变片 (1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量． (2)电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是应变片． (3)电子秤的工作原理 ⇒⇒⇒ 三、霍尔元件的应用 霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等． (1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，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作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)． (2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡． (3)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中UH与B成正比，所以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． 典例1(光敏电阻)如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻，光照强度增大时，其阻值减小．现增加光照强度，则下列判断正确的是(　　) A．B灯变暗，A灯变亮 B．R2两端的电压变大 C．B灯变亮，A灯变暗 D．电源的总功率变小 典例2(热敏电阻)(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，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的带电荷量增大 B．理想电压表的示数增大 C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大 典例3(电阻应变片)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是(　　) A．0到t1时间内，升降机一定静止 B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动 典例4(霍尔元件)(多选)如图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，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 典例5(