高考零距离高考物理人教版一轮复习配套文档第42讲 传感器及其工作原理.docx

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高考零距离高考物理人教版一轮复习配套文档第42讲传感器及其工作原理

第42讲　传感器及其工作原理

　考情剖析　

（注：

①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难）

考查内容

考纲要求

及变化

考查年份

考查形式

考查详情

考试层级

命题难度

传感器

Ⅰ

11年

多选

考查对物理元件传感器的认识

非

重点

A

小结

及预测

1.小结：

传感器以选择题的形式进行考查，侧重考查对传感器的认识．

2．预测：

仅在11年考查过1次，预测14年考查的可能性不大．

3．复习建议：

复习时注意掌握传感器特点的认识.

知识整合　

一、传感器是这样一种元件

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__________、__________等电学量，或转化为__________．

二、常见传感器

1．热敏电阻的阻值随温度升高而__________，与金属热电阻的特性相反．

2．光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照越强，阻值__________．

3．霍尔元件能够把__________这个磁学量转换为__________这个电学量，霍尔电压UH＝__________.

一、研究热敏电阻的热敏特性

（1）按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；

（2）把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；

（3）向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；

（4）将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录；

（5）根据记录的数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性；

次数待测量

温度（℃）

电阻（Ω）

（6）在如图所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线；

（7）根据实验数据和R－t图线，得出结论：

热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大．

二、研究光敏电阻的光敏特性

（1）将光电传感器，多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；

（2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；

（3）打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；

（4）用手掌（或黑纸）遮光时电阻值又是多少，并记录；

（5）把记录的结果填入表中，根据记录的数据分析光敏电阻的特性：

光照强度

弱

中

强

无光照射

阻值（Ω）

　　（6）得出结论：

光敏电阻被光照射时阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．

三、霍尔元件

霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量的元件．

霍尔效应的原理：

外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压．

1．热敏电阻的特点及其应用

金属电阻的阻值随温度的升高而增大，也叫正温度系数热敏电阻；半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，也叫做负温度系数热敏电阻．

【典型例题1】

温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的，如图甲中，电源的电动势E＝0.9V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA，

（1）则电流表G的内阻Rg＝__________Ω

（2）当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是__________℃.

温馨提示作答此题时应充分了解温度传感器的特性和U－I图象的各种变形图象，通过读取图象中信息，得到所需条件，计算解得结果．

记录空间

【变式训练1】

如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向__________（填“左”或“右”）偏转；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向__________（填“左”或“右”）偏转．

2．光敏电阻的特点及应用

光敏电阻由半导体材料做成，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好．

【典型例题2】

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（　　）

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

温馨提示作答此题时应熟知光敏电阻的性质，并正确分析电路的连接方式，从而得出正确的结果．

记录空间

随堂演练　

1．关于传感器的下列说法正确的是（　　）

A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的

D．以上说法都不正确

2．关于光敏电阻，下列说法正确的是（　　）

A．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

B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好

C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好

D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好

3．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是（　　）

第3题图

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℃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

4．电容式的话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，当膜片向右运动的过程中有（　　）

第4题图

A．电容变大

B．电容变小

C．导线AB中有向左的电流

D．导线AB中有向右的电流

5．（11年江苏调研）在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作，传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间变化的图象，则下列图象中可能正确的是（　　）

6．如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高，电势差是多少．

第6题图

第42讲　传感器及其

工作原理

知识整合

基础自测

一、电压　电流　电路的通断

二、1.减小　2.越小　3.磁感应强度　电压　kBI/d

重点阐述

【典型例题1】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的，如图甲中，电源的电动势E＝0.9V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA，

（1）则电流表G的内阻Rg＝__________Ω

（2）当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是__________℃.

【答案】　

（1）500　

（2）120　【解析】

（1）从图（乙）查得t＝20℃时，R的阻值为4kΩ，由E＝I1（R＋Rg）得：

Rg＝

－R＝

kΩ－4kΩ＝0.5kΩ

（2）设当I2＝3.6mA时，热敏电阻的阻值为R′，则

R′＝

－Rg＝

kΩ－0.5kΩ＝2.0kΩ

从图中查得此时对应的温度为t2＝120℃.

变式训练1　左　右　【解析】若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏．

【典型例题2】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（　　）

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

【答案】　ABC　【解析】由光敏电阻的特性可知，光强度增大时，电阻减小．由电路图可知，当R3减小时，电路总电阻减小，干路电流增大，由U1＝IR1,Ur＝Ir，可知A正确，D错误．由于R2两端电压减小，故电流减小，B正确．干路电流增大，R2支路电流减小，所以流经L的电流变大，功率增大，C正确，故选ABC.

随堂演练

　1.B　【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确，传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．

　2.ABD　【解析】本题考查光敏电阻的特性，ABD正确．

　3.ABD　【解析】双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热（题图螺旋状部分），当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触接通电路．调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高，上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制．

　4.AC　【解析】膜片右移时，由于板间距离d变小，由C＝

知，A对；由Q＝CU知，C对，D错．

　5.D　【解析】该同学完成一次下蹲动作的过程中，先失重后超重，由牛顿第二定律和牛顿第三定律可知，选D.

　6.下表面电势高　电势差为BI/neb

　【解析】　因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即qU/d＝qvB

　又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd

　故U＝BI/neb.