第五章傳感器2．常見傳感器的工作原理及應(yīng)用課前預(yù)習(xí)反饋

知識點(diǎn)

11．組成：把_________涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的梳狀電極，這樣就制成了一個(gè)光敏電阻。2．特點(diǎn)電阻值隨光照增強(qiáng)而_______。3．原理硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能_____；隨著光照的增強(qiáng)，載流子_______，導(dǎo)電性_______。光敏電阻硫化鎘減小差增多變好4．作用光敏電阻能夠把___________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_______這個(gè)電學(xué)量?！号幸慌小?1)光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)電阻越大。()×光照強(qiáng)弱電阻知識點(diǎn)

21．常見的感知溫度的敏感元件(1)金屬的電阻率隨溫度的_______而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為_________。(2)有些半導(dǎo)體在溫度升高時(shí)，電阻_______，用半導(dǎo)體材料制作_______電阻。熱敏電阻和金屬熱電阻升高熱電阻減小熱敏2．熱敏電阻和金屬熱電阻的比較(1)金屬熱電阻和熱敏電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_______這個(gè)電學(xué)量。(2)金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍_____，但靈敏度較_____；熱敏電阻靈敏度較_____。電阻大差好『判一判』(2)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作，導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng)，但靈敏度低。()(3)金屬熱電阻隨溫度的升高導(dǎo)電能力增強(qiáng)，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，測量范圍大。(

)(4)熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。()××√『選一選』如圖所示，R是光敏電阻，當(dāng)它受到的光照度增強(qiáng)時(shí)(

)A．燈泡L變暗B．光敏電阻R兩端的電壓增大C．電容器所帶電荷量減小D．電壓表的讀數(shù)減小答案：D知識點(diǎn)

31．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生___________(伸長或縮短)時(shí)，其_______隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。電阻應(yīng)變片是一種_______元件。2．電阻應(yīng)變片的原理：當(dāng)金屬絲受到拉力時(shí)，長度變_____、橫截面積變_____，導(dǎo)致電阻變_____；當(dāng)金屬絲受到壓力時(shí)，長度變_____、橫截面積變_____，導(dǎo)致電阻變_____。3．電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把___________這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_______這個(gè)電學(xué)量。應(yīng)用有_________等。電阻應(yīng)變片機(jī)械形變電阻力敏長小大短大小物體形變電阻電子秤『判一判』(5)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。()(6)當(dāng)電子秤中的應(yīng)變片的上表面拉伸時(shí)，其電阻變大。()√√『想一想』電子警察(又稱電子眼)利用自動(dòng)化檢測與測量技術(shù)捕獲交通違法或交通事故，利用網(wǎng)絡(luò)將采集的信息傳回相關(guān)部門進(jìn)行分析處理，并以此為證據(jù)對肇事者進(jìn)行處罰，以減少事故發(fā)生。與交警監(jiān)管相比，電子警察對事故的判斷更準(zhǔn)確，捕捉更迅速。請思考：電子眼最基本的工作原理是什么呢？答案：見解析解析：電子眼采用感應(yīng)線圈來感應(yīng)路面上的汽車傳來的壓力，通過傳感器將信號采集到中央處理器，送寄存器暫存(該數(shù)據(jù)在一個(gè)紅燈周期內(nèi)有效)。在同一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)(紅燈周期內(nèi))，如果同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號，即視為“有效”，也就是汽車闖紅燈被“電子警察”抓到了，只得接受處罰。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

光敏電阻1．光敏電阻的作用光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，這樣光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻大小這個(gè)電學(xué)量。2．光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。要|點(diǎn)|提|煉1．(2024·河南周口高二階段練習(xí))用如圖所示的裝置檢測環(huán)境的光線強(qiáng)度，R1、R2、R3是定值電阻，R4是光敏電阻(光照強(qiáng)度變強(qiáng)時(shí)光敏電阻阻值變小)。在A、B兩點(diǎn)連接一個(gè)檢流計(jì)，檢流計(jì)的電流由A點(diǎn)流入時(shí)指針向左偏，由B點(diǎn)流入時(shí)指針向右偏，開關(guān)S閉合后當(dāng)光照合適時(shí)，檢流計(jì)的指針指向中間的零刻度，(電源內(nèi)阻不計(jì))，以下說法正確的是(

)典|例|剖|析A．若檢流計(jì)指針向左偏，說明室內(nèi)光照強(qiáng)度過高B．若檢流計(jì)指針向左偏，說明室內(nèi)光照強(qiáng)度過低C．若檢流計(jì)指針向左偏，可把電阻R1調(diào)大，檢流計(jì)指針再次指中間D．若檢流計(jì)指針向左偏，可把電阻R2調(diào)小，檢流計(jì)指針再次指中間答案：B(2024·廣西昭平高二期中)圖示是利用LDR(光敏電阻，其阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小)傳感器和燈泡(始終正常發(fā)光)制成的一種簡易水污染指示器(未將閉合電路全部畫出)，把手上的顯示器顯示的數(shù)據(jù)大表示流過LDR的電流較小，可以用來監(jiān)測河水的污染情況，下列說法中正確的是(

)A．河水嚴(yán)重污染時(shí)，顯示器數(shù)據(jù)大B．河水嚴(yán)重污染時(shí)，顯示器數(shù)據(jù)小C．無論污染程度如何，光敏電阻的阻值都恒定D．該儀器不會受到白天光照的影響對點(diǎn)訓(xùn)練?答案：A解析：河水嚴(yán)重污染時(shí)，透過污水照到LDR的光線較少，則LDR的電阻較大，電流較小，則顯示器數(shù)據(jù)較大，故A正確，B、C錯(cuò)誤；因?yàn)轱@示器的示數(shù)與光照有關(guān)，所以會受到白天光照的影響，故D錯(cuò)誤。探究

熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻和金屬熱電阻的比較要|點(diǎn)|提|煉分類熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，電阻率隨溫度的升高而減小電阻率隨溫度的升高而增大分類熱敏電阻金屬熱電阻R－T圖像(負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻)制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)電原理自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動(dòng)優(yōu)點(diǎn)靈敏度較好化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差作用將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量2．藥物生產(chǎn)車間需要嚴(yán)格控制室內(nèi)溫度范圍，盡量保證較小的溫度波動(dòng)。如圖是某監(jiān)控溫度波動(dòng)的報(bào)警系統(tǒng)原理圖，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，當(dāng)報(bào)警器兩端的電壓變化量超出設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器就會自動(dòng)報(bào)警。下列說法正確的是(

)A．溫度升高，報(bào)警器兩端電壓減小B．溫度降低，熱敏電阻的熱功率一定增大C．滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值越大，報(bào)警器越容易報(bào)警D．滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值與報(bào)警器是否容易報(bào)警無關(guān)典|例|剖|析答案：A解析：溫度升高，熱敏電阻的阻值減小，電路中總電阻減小，總電流增大，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，滑動(dòng)變阻器兩端電壓增大，則報(bào)警器兩端電壓減小，故A正確；溫度降低，熱敏電阻的阻值增大，電路中總電阻增大，總電流減小，滑動(dòng)變阻器兩端電壓減小，則報(bào)警器兩端電壓增大，通過熱敏電阻的電流減小，根據(jù)熱功率表達(dá)式P＝I2R，可知熱敏電阻的熱功率不一定增大，故B錯(cuò)誤；若滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值很大，當(dāng)熱敏電阻的阻值變化時(shí)，報(bào)警器兩端的電壓變化量不大，報(bào)警器不容易報(bào)警，因此滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值與報(bào)警器是否容易報(bào)警有關(guān)，故C、D錯(cuò)誤。含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動(dòng)態(tài)分析步驟(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強(qiáng)弱)變化是增大還是減小。(2)分析整個(gè)回路的電阻的增減，電流的增減。(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化。(2024·山東淄博高二開學(xué)考試)如圖甲所示是家用燃?xì)鈭?bào)警器的部分電路示意圖，其中控制電路中的R1是由氣敏電阻制成的傳感器，R1的阻值與燃?xì)鉂舛鹊年P(guān)系如圖乙所示。出廠預(yù)設(shè)當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到6%時(shí)報(bào)警。閉合開關(guān)S1、S2，下列說法正確的是(

)對點(diǎn)訓(xùn)練?A．電磁鐵的上端是S極B．燃?xì)鉂舛壬邥r(shí)，電磁鐵磁性減弱C．按出廠預(yù)設(shè)，當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到6%時(shí)報(bào)警，此時(shí)工作電路的燈L1亮D．將R2的滑片下移，可以使工作電路在燃?xì)鉂舛戎当瘸鰪S預(yù)設(shè)值低一些時(shí)報(bào)警答案：D解析：由圖可知電流從電磁鐵的下端流入，根據(jù)右手螺旋定則可知電磁鐵的上端是N極，故A錯(cuò)誤；由圖乙可知燃?xì)鉂舛壬邥r(shí)，R1的阻值減小，通過電磁鐵的電流增大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；報(bào)警器報(bào)警時(shí)，電磁鐵能將銜鐵吸下，由電路圖可知，L2燈亮，故C錯(cuò)誤；將R2的滑片下移，R2的電阻降低，而工作電路不變，報(bào)警時(shí)需要的電流不變，則報(bào)警時(shí)氣敏電阻的阻值需增大，由圖乙可知燃?xì)鉂舛葘⒔档?，即工作電路會在燃?xì)鉂舛戎当瘸鰪S預(yù)設(shè)值低一些時(shí)報(bào)警，故D正確。探究

電阻應(yīng)變片及其應(yīng)用1．電阻應(yīng)變片(1)類型常用的電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的。半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的。(2)作用電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。要|點(diǎn)|提|煉2．力傳感器的應(yīng)用——電子秤(1)電子秤的組成電子秤所使用的測力器件是力傳感器，常用的力傳感器是由金屬梁和電阻應(yīng)變片組成的，稱為應(yīng)變式力傳感器。(2)電子秤工作原理3．常見的一種力傳感器由彈簧鋼和應(yīng)變片組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示。彈簧鋼右端固定，在其上、下表面各貼一個(gè)相同的應(yīng)變片。若在彈簧鋼的自由端施加向下的作用力F，則彈簧鋼發(fā)生彎曲，上應(yīng)變片被拉伸，下應(yīng)變片被壓縮。應(yīng)變片采用半導(dǎo)體材料制成，其阻值與長度成正比。給上、下應(yīng)變片提供相等且恒定不變的電流，上應(yīng)變片兩端電壓為U1，下應(yīng)變片兩端電壓為U2，傳感器把這兩個(gè)電壓的差值U(U＝U1－U2)輸出，用來反映力F的大小。半導(dǎo)體應(yīng)變片的阻值隨溫度會發(fā)生變化，其變化情況如圖乙所示。為消除氣溫變化對測量精度的影響，需分別給上、下應(yīng)變片串聯(lián)一合適的電阻，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。串聯(lián)合適的電阻后，測量結(jié)果不再受溫度影響。典|例|剖|析(1)力F越大，彈簧鋼的彎曲程度越_________(填“大”或“小”)，傳感器輸出的電壓U越_________(填“大”或“小”)。(2)外力為F1時(shí)，上、下應(yīng)變片的電阻分別是R1、R2；外力為F2時(shí)，上、下應(yīng)變片的電阻分別是R1′、R2′。若F1>F2，則R1、R2、R1′、R2′從大到小的排列順序是_________。(填字母)A．R1>R2>R1′>R2′ B．R1>R1′>R2>R2′C．R1>R2>R2′>R1′ D．R1>R1′>R2′>R2答案：(1)大大(2)D解析：(1)力F越大，彈簧鋼的彎曲程度越大，上、下兩應(yīng)變片的長度差越大，則傳感器輸出的電壓U越大。(2)外力為F1時(shí)，上、下應(yīng)變片的電阻分別是R1、R2，此時(shí)R1>R2；外力為F2時(shí)，上、下應(yīng)變片的電阻分別是R1′、R2′，此時(shí)R1′>R2′。若F1>F2，則R1、R2、R1′、R2′從大到小的排列順序是R1>R1′>R2′>R2，故D正確。(2024·山東聊城高二期中)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)對點(diǎn)訓(xùn)練?答案：D解析：在0～t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻的阻值不變，壓敏電阻受力不變，小車可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻變速直線運(yùn)動(dòng)；在t1～t2內(nèi)，I變大，阻值變小，壓敏電阻所受的壓力不斷變大，小車做變加速直線運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；在t2～t3內(nèi)，I達(dá)到最大值且不變，即壓力達(dá)到最大值且不變，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確。課堂小結(jié)核心素養(yǎng)提升霍爾元件1．霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場B時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)。2．受力特點(diǎn)：霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受電場力和洛倫茲力二力平衡。

有一種半導(dǎo)體材料稱為“霍爾材料”，用它制成的元件稱為霍爾元件，這種材料有可定向移動(dòng)的電荷，稱為載流子，每個(gè)載流子的電荷量大小為q＝1.6×10－19C?；魻栐谧詣?dòng)檢測、控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如錄像機(jī)中用來測量錄像磁鼓的轉(zhuǎn)速、電梯中用來檢測電梯門是否關(guān)閉以自動(dòng)控制升降電動(dòng)機(jī)的電源的通斷等。在一次實(shí)驗(yàn)中，一塊“霍爾材料”制成的薄片寬lab＝1.0×10－2m，長lbc＝4.0×10－2m，厚h＝1.0×10－3m，水平放置在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2.0T的勻強(qiáng)磁場中，bc方向通有I＝3.0A的電流，如圖所示，由于磁場的作用，穩(wěn)定后，在沿寬度方向上產(chǎn)生1.0×10－5V的橫向電壓。案例(1)假定載流子是電子，ad、bc兩端面中哪端電勢較高？(2)薄片中形成電流I的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率多大？(3)這塊“霍爾材料”中單位體積內(nèi)的載流子個(gè)數(shù)為多少？答案：(1)ad

(2)5×10－4m/s

(3)3.75×1027個(gè)解析：(1)由于假定“霍爾材料”內(nèi)的載流子是電子，所以當(dāng)電流方向沿bc方向時(shí)，載流子沿cb方向做定向移動(dòng)，由左手定則可以判定載流子所受的洛倫茲力方向由ad面指向bc面，因而電子聚集到bc面，使bc面帶上負(fù)電，ad面由于失去電子而帶上正電，故ad面電勢比bc面電勢高。分析求解霍爾元件問題時(shí)的注意點(diǎn)(1)將霍爾元件放在磁場中，外部磁場就會使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力的作用，在元件的一側(cè)聚集一種電荷，在元件的另一側(cè)相應(yīng)出現(xiàn)另一種電荷，從而形成橫向電場。(2)橫向電場對載流子施加與洛倫茲力方向相反的電場力，當(dāng)電場力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，元件的兩側(cè)形成穩(wěn)定的電壓，此時(shí)有qE＝qvB，此等式是解決涉及霍爾效應(yīng)問題的重要依據(jù)。(3)明確載流子是帶正電還是帶負(fù)電，并利用左手定則判斷載流子的受力方向。課堂達(dá)標(biāo)檢測一、光敏電阻1．(多選)計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤時(shí)，激光頭利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息。光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是(

)A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次答案：BD解析：R1、R2和電源組成一個(gè)閉合電路，當(dāng)激光照到光敏電阻時(shí)，R1的阻值變小，總電流變大，則R2兩端獲得高電壓，只有R2兩端獲得高電壓時(shí)，處理系統(tǒng)才能進(jìn)行信號處理。2．如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，R和L之間用擋板(未畫出)隔開，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是(

)A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D．無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變答案：A解析：滑動(dòng)觸頭P左移，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光