第11章 第3节 传感器的工作原理及应用-【名师导航】2025年高考物理一轮总复习讲义（江苏专用）

课时分层作业(三十四)　传感器的工作原理及应用 题组一　传感器的原理和分类 1．教学楼过道灯的电路图如图所示，电路中的声传感器和光传感器实质就是声控开关和光控开关。在天黑以后，走过楼道时一跺脚灯就亮了；而白天无论怎样发出声响，灯都不会亮。下列分析正确的是(　　) A．白天有光照时，光传感器自动闭合 B．夜晚无光照时，光传感器自动断开 C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合 D．夜晚狂风大作时，过道灯亮了，说明声传感器和光传感器都坏了 2．在产品生产的流水线上，常需要对产品计数。如图甲所示是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。实现自动计数功能的电路如图乙所示，a、b之间接示波器。水平传送带匀速前进，产品通过时会挡住光信号。示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示。若计数电路中的电源两端的电压恒为6 V，光敏电阻与阻值为1 kΩ的定值电阻串联。已知t＝0.1 s时光信号被产品挡住。下列说法正确的是(　　) A．R1为光敏电阻 B．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为2 kΩ C．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为 0.5 kΩ D．每分钟通过计数装置的产品数量为300个 3．如图所示为一种常见的电子台秤，质量为M0的秤盘置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当秤盘没有放入物体时，传感器输出电压为U0。将某物体放置于秤盘，传感器输出电压为U，则该物体的质量为(　　) A．U B．U0 C．(U－U0) D．(U－U0) 4．物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为Lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如表所示。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3 V，内阻不计，实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图乙所示，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　) 照度/Lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15 A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻 B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大 C．若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，该天18：00后照明系统即可工作 D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越长 5．热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)，正温度系数电阻器的电阻值随温度升高而增大，负温度系数电阻器的电阻值随温度升高而减小，由于热敏电阻具有这种特性，常用在控制电路中，其电学符号为。实验室里有一只热敏电阻Rt，它在常温下阻值约为10 Ω，现要探究通过该电阻的电流与其两端电压的关系，实验室里备有下列器材： 电流表A1，量程100 mA，内阻约为1 Ω； 电流表A2，量程1.2 A，内阻约为0.3 Ω； 电压表V1，量程3 V，内阻约为3 kΩ； 电压表V2，量程10 V，内阻约为10 kΩ； 滑动变阻器R1，最大阻值为5 Ω； 滑动变阻器R2，最大阻值为500 Ω； 电源E，电动势为12 V，内阻不计； 开关、导线若干。 (1)实验中要求通过热敏电阻Rt的电流从0开始逐渐增大，根据所提供的器材，请你设计实验电路，并将电路图画在虚线方框内； (2)实验时，电流表应选________，电压表应选________， 滑动变阻器应选________；(选填器材代号) (3)根据实验测得数据描绘出热敏电阻的U-I关系曲线如图所示，该热敏电阻属于________热敏电阻(选填“PTC”或“NTC”)；将该热敏电阻与电动势为6 V、内阻为3 Ω的电源组成回路，则该热敏电阻消耗的电功率为________W。 题组二　霍尔效应和电容式传感器 6．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中(　　) A．P、Q构成的电容器的电容增大 B．P上电荷量保持不变 C．M点的电势比N点的低 D．M点的电势比N点的高 题组三　传感器的应用 7．如图所示为某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置。则(　　) A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高 B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低 C．当仅增大R1的阻值时，可增大A、B之间的电压 D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 8．如图所示是自动调温式电熨斗的结构图，下列说法不正确的是(　　) A．常温时上、下触点是接触的 B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲 C．原来温度控制在80 ℃即断开电源，现要求 60 ℃ 断开电源，应使调温旋钮下移一些 D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些 9．霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B＝B0＋kz(B0、k均为常数)。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示)，当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则下列说法正确的是(　　) A．磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大 B．k越大，传感器灵敏度越低 C．若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高 D．电流越大，上、下表面的电势差U越小 10．为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动，这样既可以提高刹车效果，又不使车轮失去控制。为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置，这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如果该装置检测出车轮不再转动，它就会自动放松刹车机构，让车轮仍保持转动状态，这就是ABS防抱死系统。如图所示是电磁脉冲传感器示意图，B是一根永久磁体，外面绕有线圈，它们的左端靠近一个铁质齿轮A。齿轮与转动的车轮是同步的，则以下说法正确的是(　　) A．车轮转动时，由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线，产生感应电流 B．车轮转动时，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流 C．车轮转速减慢时，输出电流的周期变小，电流强度也变小 D．车轮转速减慢时，输出电流的周期变大，电流强度也变大 11．在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫“电热丝式”空气流量传感器的部件，其核心部分是一种用特殊合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端的电压U0就变得越高；反之，电压U0就越低。这样，管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝放在实验室中测量，得到的伏安特性曲线可能是(　　) A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D 12．传感器担负着采集信息的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)。例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻。热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图。则下列说法正确的是(　　) A．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处 B．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在b处 C．若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向右移动 D．如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是乙图中左边电源电压太高 13．(2024·江苏盐城模拟)如图甲所示是某同学探究热敏电阻阻值随温度的变化规律时设计的电路图。 (1)根据电路图，在图乙的实物上连线。 (2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图丙所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________。 (3)他将这个热敏电阻接入如图丁所示的电路中，已知电源电压为9 V，内阻不计，R1＝30 Ω，内阻不计的毫安表读数为500 mA，则R2的阻值为________。 14．如图甲所示是一种自动测定油箱内油面高度的装置。其中R是滑动变阻器，阻值范围是0～100 Ω，它的金属滑片是杠杆的一端，油量表是由电流表改装而成的，实际是量程为0～0.6 A的电流表，从指针所指的刻度可知油箱内油面的高度；R′为校准电阻。已知电源电压为 12 V, 油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变阻器的两端点a、b处。 (1)当油箱满时，电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A，求校准电阻R′的阻值和油箱空时电流表的示数； (2)若将电流表改换为电压表，用电压表的指针指示的刻度显示油箱内油面的高度，要求油面上升时电压表的读数增大，请将电压表画在图乙中，并标明电压表的“＋”“－”接线柱。若改装后电路中校准电阻的阻值不变，求电压表示数的变化范围。 8/8 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3节　传感器的工作原理及应用 链接教材·夯基固本 梳理·必备知识 一、1．(1)越小　(2)差　增强　变好　(3)光照强弱　电阻　2．减小　3．增大 二、2．垂直　3．(1)霍尔　4．磁感应强度　电压 三、1．形变　电阻　2．(1)金属梁　应变片　应变片 激活·基本技能 一、(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√ 二、1．C　[光敏电阻，当光照增强时，电阻变小，导电性增强，故A正确，不符合题意；电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化，故B正确，不符合题意；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又分开，经常被用于控制电路的通断，此元件没有利用电磁感应原理，故C错误，符合题意；当物体1向左发生微小位移时，铁芯插入的长度变大，线圈自感系数变大，故D正确，不符合题意。故选C。] 2．A　[热敏电阻是由半导体材料制成的，对温度感知灵敏，选项A错误；电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号，选项B正确；电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断，选项C正确；光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，选项D正确。] 3．D　[当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据平行板电容器的电容公式C＝，可知当电介质插入极板间深度不同时，即相对介电常数εr大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹簧弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极板的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，故B错误；当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知电容器的电容在增大，故C错误；当电路中有顺时针方向电流时，由C项的分析可知，电容器的电容在增大，插入极板间电介质加深，但传感器可能向左减速运动，也可能向右加速运动，故D正确。] 细研考点·突破题型 考点1 1．B 2．D　[当照射光强度增大时，光敏电阻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可得，电路中电流增大，故R1两端电压增大，A正确；因电路中电流增大，故电源内电压增大，路端电压减小，同时R1两端电压增大，故并联电路部分电压减小，则流过R2的电流减小，B正确，D错误；由干路电流增大和R2电流减小可知，流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C正确。] 3．C　[由题意得当Uab＝0时，即φa＝φb时，恒温箱保持稳定，根据串并联电路电压与电阻的关系可知R1∶R2＝2∶1.5＝4∶3，只有R3∶Rt也为4∶3时，Uab＝0，此时电桥平衡，Rt电阻为3 kΩ，从题图乙可以看出，对应的温度为25 ℃。故选C。] 考点2 1．A　[当正电荷定向移动形成电流时，正电荷在洛伦兹力作用下向N极聚集，M极感应出等量的负电荷，所以M点电势比N点电势低，选项A错误；根据霍尔元件的特点可知，平衡时q＝qvB，可得B＝，即用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，能够把磁学量转换为电学量，选项B、C正确；因霍尔电压UH＝k，保持电流I恒定时，霍尔电压UH与B成正比，选项D正确。] 2．B 典例　A　[压力F作用时，极板间距d变小，由C＝可知，电容器电容C变大，又根据Q＝CU可知，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针向右偏。F不变时极板保持固定，充电结束后回路中没有电流，指针回到零刻度，故选A。] 跟进训练 1．B　[液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小，B正确。] 2．D　[这种传感器的使用原理是惯性，跟重力无关，所以在外太空，完全失重的情况下，这种传感器仍然可以使用，故A错误；这种探测器可以测出手机的前后左右和上下以及旋转，不可以测量出任意情况下手机相对地面的速度，也不可以测量地磁场磁感应强度，也就不能进行GPS定位，故B、C错误；由题图可知，手机上的A部分与质量块B发生相对移动时，电容的正对面积和板间距d发生变化，所以改变电容的值是通过改变正对面积和板间距d来实现的，故D正确。故选D。] 考点3 题组训练 1．C　[烟雾从罩外进入罩内，所以外罩不能密封，故A错误；LED灯和光电三极管用一不透明的挡板隔开，没有险情时光电三极管不能接收到LED灯发出的光，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上，将光信号转换成电信号，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，所以LED灯两端的电压波动无法使该装置报警，故B、D错误，C正确。故选C。] 2．C　[感温铁氧体在温度上升到约103 ℃时，就失去磁性，则温度达到“居里点”时，感温铁氧体的磁性最弱，故A错误；在一个标准大气压下用电饭锅烧水，只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，感温铁氧体不会失去铁磁性，则开关不会自动断开，故B错误，C正确；只有按下开关才能将电路接通让电饭锅工作，故D错误。故选C。] 3．D　[从题图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t<t1，通电后由于发热的缘故温度升高，致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随后温度继续升高，电阻率增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高。从以上分析可知，t<t1时，温度会升高；t>t2时，温度会降低。故温控点在t1~t2，即温度保持在t1~t2间的某一值。故D正确。] 学科网（北京）股份有限公司 $$ 　传感器的工作原理及应用 一、光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻________。 (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________；随着光照的________，载流子增多，导电性________。 (3)作用：把________这个光学量转换为________这个电学量。 2．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻________，如图甲所示为某一热敏电阻的温度特性曲线。 3．金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而________，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某一金属热电阻的温度特性曲线。 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。 二、霍尔元件 1．构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件。 2．工作原理：在E、F间通入恒定的电流I, 同时外加与薄片垂直的磁场B，则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________的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。 3．霍尔电压：UH＝k。 (1)其中d为薄片的厚度，k为________系数，其大小与薄片的材料有关。 (2)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。 4．作用：把________这个磁学量转换为________这个电学量。 三、 传感器的应用实例 1．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体________这个力学量转换为________这个电学量。 2．力传感器的应用——电子秤 (1)组成及敏感元件：由________和________组成，敏感元件是________。 (2)工作原理： ⇒⇒⇒ 3．温度传感器的应用实例 敏感元件 工作原理 电熨斗 双金属片 温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断 电饭锅 感温铁 氧体 (1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度” (2)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开 4．光传感器的应用——火灾报警器 (1)组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。 (2)工作原理：平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。 一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。 (　　) (2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。 (　　) (3)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。 (　　) (4)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 (　　) (5)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 (　　) (6)霍尔元件工作时，保持电流恒定，则产生的电压与外加的磁感应强度成正比。 (　　) 二、教材习题衍生 1．(传感器的原理和分类)下列关于传感器元件说法错误的是(　　) A．如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 B．如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化 C．如图丙，当磁体靠近“干簧管”时，“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应 D．如图丁，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向左发生微小位移时，线圈自感系数变大 2．(传感器的应用)下列关于传感器的说法不正确的是(　　) A．热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏 B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号 C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断 D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 3．(电容式传感器)传感器在生活中有很多应用。电容式加速度传感器在安全气囊、手机等设备中应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦地左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是(　　) A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等 B．当电路中没有电流时，传感器一定处于平衡状态 C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定减小 D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左运动也可能向右运动 传感器的原理和分类　 1．(传感器的原理)(2024·溧阳高级中学高三开学考试)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，下列说法正确的是(　　) 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会报警 C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警 D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警 2．(传感器的原理和分类)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，下列说法不正确的是(　　) 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 3．(传感器的原理和分类)图甲为在10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2 kΩ， R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，当a、b两端电压Uab＜0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热；当Uab＞0时，电压鉴别器使S断开，停止加热。则恒温箱内的温度大约保持在(　　) A．35 ℃ B．30 ℃ C．25 ℃ D．20 ℃ 　传感器问题的分析思路 不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。 比较项目 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 R-T图像 制作材料 半导体 金属 导电原理 自由电子和空穴等载流子 自由电子的定向移动 优点 灵敏度较好 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 霍尔效应和电容式传感器　 　霍尔效应 1．如图所示为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷的定向移动形成。下列说法不正确的是(　　) A．M点电势比N点电势高 B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度 C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量 D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比 2．(2024·南京模拟)如图甲所示为用金属材料制成的霍尔元件，其长、宽、高分别为a、b、d；如图乙所示是检测电流大小是否发生变化的装置。该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流强度成正比，现给元件通一恒定工作电流I，下列说法正确的是(　　) A．M端应与电压表的负极相连 B．要提高检测灵敏度可适当减小高度d C．如果仅将检测电流反向，电压表的正负接线柱连线位置无需改动 D．当霍尔元件尺寸一定时，电压表示数变小，说明检测电流变大 　霍尔电势高低的判断方法 由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向。在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。 　电容式传感器 1．电容器的电容决定于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器。 2．常见电容式传感器 名称 传感器 原理 测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况 测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况 测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况 测定位移x的电容式传感器 随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况 [典例]　如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　) A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不动 D．向左偏到某一刻度后不动 思路点拨：根据电容的公式C＝和C＝，按以下思路进行分析。 →→→→ [听课记录] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [跟进训练] 1．(测定液面高度)传感器是将能感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是(　　) ①C增大表示h增大　②C增大表示h减小　③C减小表示h减小　④C减小表示h增大 A．只有①正确 B．只有①、③正确 C．只有②正确 D．只有②、④正确 2．(测定压力传感器)如今智能手机中普遍安装了陀螺仪，它是一种加速度传感器，尺寸目前可以做到(3×3×1)mm，可集成于手机内部，用来检测手机的姿态。其工作原理如图所示，当手机运动状态改变时，固连在手机上的A部分随手机一起运动，质量块B是通过弹性物体连接手机，由于惯性，不会随手机立刻发生变化，出现运动滞后，这样电容器电容值就发生了变化，变化的电容值会通过电信号传输给处理单元，就可测量手机的姿态，铺三层这种结构，就可以测出手机的前后左右和上下以及旋转，这样就可以360°无死角检测手机运动。以下说法正确的是(　　) A．在外太空，完全失重的情况下，这种传感器不可以使用 B．可以测量出任意情况下手机相对地面的速度 C．这种探测器可以测量地磁场磁感应强度，进而进行GPS定位 D．改变电容的值是通过改变正对面积和板间距d来实现的 传感器的应用　 [题组训练] 1．(光传感器)如图所示为火灾报警器的部分电路，下列说法中正确的是(　　) A．图中的外罩必须是密封的 B．图中的挡板必须是透明挡板 C．如有烟雾颗粒进入该装置即可能报警 D．仅使LED灯两端的电压波动，该装置将报警 2．(温度传感器)(2024·宿迁中学期末考试)电饭锅的结构如图所示，电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被永磁体吸引，但是温度上升到103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被永磁体吸引了，这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃，下列说法正确的是(　　) A．当温度达到“居里点”时，感温铁氧体的磁性最强 B．如果用电饭锅烧水，在水沸腾后，电热板电源开关会自动断开 C．煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时，电热板电源开关不会自动断开 D．煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，永磁体被吸引，不用压下开关按钮就可以自动煮饭 3．(温度传感器)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是(　　) A．通电后，其电功率一直增大 B．通电后，其电功率先减小后增大 C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变 D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变 11/11 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(三十四) 1．C 2．B　[已知t＝0.1 s时光信号被产品挡住，此时光敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，则定值电阻两端的电压较小；由题图丙可知此时R1两端电压较小，故R1为定值电阻，R2为光敏电阻，故A错误；光信号被产品挡住时，a、b之间电压为2 V，则R2两端电压U2＝6 V-2 V＝4 V，根据串联电路电阻之比等于电压之比，光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为R2＝2R1＝2 kΩ，故B正确，C错误；由题图丙可知每经过0.4 s，就有一个产品通过计数装置，则每分钟通过计数装置的产品数量n＝＝150(个)，故D错误。故选B。] 3．C　[由输出电压与作用在其上的压力成正比知U0＝kM0g，U＝k(M0+M)g，由以上两式可得M＝(U-U0)，故A、B、D错误，C正确。] 4．C 5．解析：(1)要求通过热敏电阻Rt的电流从0开始逐渐增大，滑动变阻器应用分压式，由于热敏电阻的阻值较小，则电流表应用外接法，故电路图如图所示。 (2)常温下热敏电阻的最大电流为I＝ A＝1.2 A， 则电流表应选A2； 由于电源电动势为12 V，则电压表应选V2； 要求通过热敏电阻Rt的电流从0开始逐渐增大，滑动变阻器应用分压式接法，所以滑动变阻器应选总阻值较小的即为R1。 (3)由U-I图像可知，热敏电阻的阻值随电流或电压的增大而减小，即随温度的升高而减小，所以该热敏电阻属于NTC，热敏电阻与电源组成回路，则有U＝E-Ir，即为U＝6-3I； 将此图像画入热敏电阻的U-I图像中如图所示 两图线的交点即为热敏电阻的工作点，由图可知，交点处电压U＝4.5 V，电流I＝0.5 A， 故该热敏电阻消耗的电功率为P＝UI＝4.5×0.5 W ＝2.25 W。 答案：(1)见解析图　(2)A2　V2　R1　(3)NTC　2.25 6．D　[薄片P和Q为两金属极板，构成平行板电容器，由C＝可知，在P、Q间距增大的过程中即d增大，电容C减小，A错误；电容器始终与电源连接，两极板电压不变，根据电容的定义式C＝知电荷量减少，B错误；由B项分析知电容器放电，Q板上的正电荷流向M点经N点到电源正极，故φM>φN，C错误，D正确。] 7．B　[R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确；当仅增大R1的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U＝IR2减小，C错误；由闭合电路欧姆定律得U＝E-I(R1+r)，当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D错误。] 8．C　[常温工作时，上、下触点是接通的；当温度升高时，上层金属片形变较大，双金属片向下弯曲，切断电源；要使切断电源时的温度升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D正确，C错误。] 9．A　[霍尔元件中移动的是自由电子，自由电子受到洛伦兹力发生偏转，根据左手定则可判断上、下两表面分别带上正、负电荷，故下板电势低，C项错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、c，有 q＝qvB，电流的微观表达式为I＝nvSq＝nvbcq，代入得U＝，所以B越大，上、下表面的电势差U越大；电流越大，上、下表面的电势差U越大，A项正确，D项错误；根据B＝B0+kz可得，k越大，B随z的变化越明显，根据U＝知，U随z的变化越明显，传感器灵敏度越高，B项错误。] 10．B　[此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的，当车轮转动时，带动齿轮转动，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流，故选项A错误，B正确；当车轮转速减慢时，线圈中磁通量的变化减慢，产生的感应电流的周期变大，由E＝可知，电流强度变小，故选项C、D错误。] 11．C　[由题意知，电热丝是热敏电阻，温度越低，电阻越小，则知温度越高，电阻越大，而U-I图线上任意一点与原点连线的斜率数值上等于电阻，电压和电流增大时，电阻的温度升高，电阻增大，图线上的点与原点连线的斜率越大。故选C。] 12．A　[由热敏电阻的阻值随温度变化的图线可知，温度升高，电阻减小，电流增大，电磁铁的引力增加，吸引簧片向a运动，A正确，B错误；若使启动报警的温度提高些，即热敏电阻阻值再小些，则滑动变阻器的阻值应再大些，滑片P应向左移动，C错误；造成工作电路不能正常工作的原因可能是题图乙中左边电源电压太低，或者线圈的匝数太少，或者弹簧的劲度系数太大等，D错误。] 13．解析：(1)连接实物图如图所示。 (2)由热敏电阻的伏安特性曲线可知，随着电流、电压的增大(即功率增大，温度升高)，曲线斜率也增大，因此电阻阻值减小。 (3)电源内阻不计，则通过R1的电流 I1＝ A＝300 mA 通过R2和R的电流 I2＝IA-I1＝500 mA-300 mA＝200 mA 由R的伏安特性曲线可以读出，当I2＝200 mA时，R两端的电压U＝4 V，则R2两端的电压U2＝E-U＝5 V 所以R2＝ Ω＝25 Ω。 答案：(1)见解析图　(2)减小　(3)25 Ω 14．解析：(1)当电流表示数为满偏刻度0.6 A时，金属滑片在b处，此时滑动变阻器连入电路的电阻R＝0，校准电阻R'＝ Ω＝20 Ω 油箱空时，滑动变阻器连入电路的电阻R＝100 Ω， 则电流表的示数为 I1＝ A＝0.1 A。 (2)为符合油面上升时，电压表读数增大的要求，应使电压表与校准电阻R'并联，如图所示 电压表示数变化的范围，由滑片在a、b两处时校准电阻R'两端的电压决定。 滑片在a处时有U1＝＝2 V，滑片在b处时有U2＝12 V，故电压表示数的变化范围为2 ~12 V。 答案：(1)20 Ω　0.1 A　(2)见解析图　2~12 V 4/4 学科网（北京）股份有限公司 $$