第11章 第3讲 传感器（word教参）-【导学教程】2025年物理新编高考大一轮总复习（人教版）

第3讲　传感器 [对应学生用书第249页] 1．定义 传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断的元件。 2．工作原理 [对应学生用书第249页] 考点　常见传感器及工作原理 1．工作过程 →→→→ (1)敏感元件 相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(加热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 (2)转换元件 是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。 (3)转换电路 是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。 2．常见敏感元件 (1)光敏电阻 ①光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。 ②光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。 光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量。 (2)热敏电阻和金属热电阻 氧化锰热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大 制作材料 半导体 金属 优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大 作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 (3)霍尔元件 ①原理 E、F间通入恒定电流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霍尔电压 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就与B成正比。 ③作用 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。 1．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 ℃ 解析　当R的温度等于20 ℃时，结合题图乙知电阻R1＝4 kΩ，此时电流表示数I1＝2 mA，由闭合电路欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，解得Rg＝500 Ω；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，由闭合电路欧姆定律知E＝I2(R2＋Rg)，解得R2＝2 kΩ，结合题图乙知此时温度是120 ℃。 答案　D 2．(多选)如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为2 ∶1，电流表、电压表均为理想电表，R是光敏电阻(其阻值随照射光强度增大而减小)。原线圈接入电压随时间按u＝220sin (100πt)V变化的交流电，下列说法正确的是(　　) A．交流电的频率为100 Hz B．电压表的示数为110 V C．照射R的光强度增大时，电流表的示数变大 D．照射R的光强度增大时，电压表示数变大，灯泡变得更亮 解析　原线圈接入u＝220sin(100πt) V，T＝0.02 s，所以频率为f＝＝50 Hz，故选项A错误；原线圈接入u＝220sin(100πt) V，有效值为U1＝220 V，则＝，则U2＝110 V，故选项B正确；R阻值随光强度增大而减小，根据I＝知副线圈电流增大，副线圈输出功率增大，即灯泡变得更亮，根据功率相等，所以原线圈输入功率增大，原线圈电流增大，所以电流表的示数增大，但是电压表示数不变，故选项C正确，D错误。 答案　BC 3．信息时代，霍尔元件被广泛应用。如图所示，宽度为h、厚度为d的金属霍尔元件，单位体积内自由电子数为n，电子电量为e。将它放在与之垂直的磁感应强度大小为B＝B0sin ωt的匀强磁场中。当恒定电流I通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生交流电压，这样就实现了将直流输入转化为交流输出。在元件的前后两个侧面接入交流电压表(图中未画出)，则电压表示数为(　　) A．sin ωt B． C．sin ωt D． 解析　自由电子做定向移动，电子受电场力和洛伦兹力平衡，有e＝Bev，解得u＝Bhv；而电流的微观表达式I＝neSv＝nehdv，则有u＝Bh＝sin ωt，电压表的示数为交流电的有效值，故有U＝＝，故选项B正确，A、C、D错误。 答案　B 学科网（北京）股份有限公司 $$