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高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第5章 传感器及其应用第1节 常见传感器的工作原理图文ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第5章 传感器及其应用第1节 常见传感器的工作原理图文ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，外界信息，敏感元件，转换元件，传感器，金属硫化物，发的电子数，被激发的电子数，电学量，电子体温计等内容，欢迎下载使用。
一、初识传感器任务驱动 当我们进入宾馆的大门时，门自动开启，当我们通过后，门自动关闭。这是为什么？提示：红外线传感器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，使门扇开启。门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达做反向运动，关闭门扇。
1.传感器：能感受_________，并将其按照一定的规律转换成可用_____信号(主要是电信号)的器件或装置。2.传感器的作用：(1)自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务。(2)把压力、位移、流量、温度、浓度等非电学量转化为_____、_____、电阻等电学量。
3.传感器的组成与应用模式：(1)传感器的基本部分由_________、_________组成。(2)传感器的应用模式：_____元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。_____元件将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的___信号。
二、敏感元件任务驱动 随着温度的升高热敏元件的电阻一定增加吗？提示：不一定，热敏元件的电阻与温度的关系和半导体的材料有关，NTC半导体材料制作的电阻阻值随温度的升高而降低，而PTC材料的热敏电阻阻值随温度的升高而增大。
敏感元件是_______的核心部分，是利用材料的各种敏感效应(如热敏、光敏、压敏等)制成的。1.光敏元件：(1)组成：光敏电阻是用___________等半导体材料制成的。(2)光敏电阻的特性：光照越强，电阻越___；光照越弱，电阻越___。(3)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化的原理：金属硫化物无光照时，________________就少，电阻就___；随着光照的增强，_______________增多，电阻值就_____。(4)光敏电阻的作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个_______。
2.热敏元件：(1)热敏电阻的分类。①负温度系数热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。②正温度系数热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。(2)热敏电阻的特点：热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快，利用热敏电阻特性可以制成___________。(3)热敏电阻的工作原理：利用敏感元件的某种电学特性随_____变化而变化的规律制成的。
3.磁敏元件：(1)霍尔元件的组成及原理：如图一个矩形半导体薄片，薄片厚度为d，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿PQ方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电势差U，以上几个物理量的关系为UMN=_____，从而可以将磁感应强度的测量转化为_____的测量。
霍尔元件是根据半导体材料的_________制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中。(2)霍尔元件的作用：霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的____________，还可通过测量电流周围的磁场间接测量___________。
主题一 初识传感器生活情境情境一：干簧管结构如图甲所示，它是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，让磁铁靠近干簧管，让磁铁远离干簧管，分别观察实验现象。
情境二：把一个质量为1 kg的砝码放到电子秤上，电子秤的显示屏上立刻显示1 kg，如图丙。
【问题探究】(1)情境一中观察到什么现象？提示：磁铁靠近干簧管时，灯泡就会发光；把磁铁移走，灯泡熄灭。(2)干簧管的原理是什么？干簧管的作用是什么？提示：干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化成相反磁性的磁极而连通，没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开；干簧管将周围磁场的有无转化为电路的通断，干簧管在电路中的作用相当于自动开关。
(3)电子秤上安装了什么传感器？电子秤的工作原理是什么？提示：安装了称重传感器，称重传感器感受到压力，并将受到压力的大小的信息转化为电信号，通过对电信号的处理，电子秤就能用数字显示出物体的质量。(4)通过上面的两个例子结合实际举例：不便于测量和控制的非电学量有哪些？便于测量和控制的电学量有哪些？提示：不便于测量和控制的非电学量主要有压力、位移、流量、温度、浓度等，便于测量和控制的电学量有电阻、电流和电压等。
(5)传感器最基本的作用是什么？传感器的工作过程是怎样的？提示：传感器最基本的作用是将被测量的非电学量转换成电学量。其工作过程为：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量。
【结论生成】1.传感器的组成和工作流程：(物理观念)(1)传感器的组成。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(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。②转换元件：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：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、电阻或电路的通断等。
(2)传感器的工作流程。
2.传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。(物理观念)3.传感器的作用：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用输出信息的器件和装置。传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”。(科学思维)
【典例示范】(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下列关于敏感元件或传感器的说法中正确的是( )A.干簧管可以起到开关作用，“操纵”开关的是磁场B.辨别西瓜成熟的传感器是把声音信号转化为电信号C.宾馆的自动门是把人发射出来的红外线转化为电信号D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
【解析】选A、B、C。干簧管是一种能够感知磁场的传感器，A正确；敲击西瓜，传感器能将声音信号转化为电信号，B正确；宾馆的自动门是把人发射出来的红外线转化为电信号，C正确；话筒使用了声音传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故D错误。
【探究训练】1.传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器，当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号，这种计算机键盘使用的是( )
A.温度传感器 B.压力传感器C.磁传感器 D.光传感器
【解析】选B。小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，选项B正确，选项A、C、D错误。
2.为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器，该传感器是( )A.气体传感器B.光敏电阻传感器C.压力传感器D.烟雾传感器【解析】选D。火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，从而制成烟雾传感器，故A、B、C错误，D正确。
3.如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来。下列说法正确的是( )A.电吉他是光电传感器B.电吉他是温度传感器C.电吉他是声音传感器D.弦改用尼龙材料原理不变【解析】选C。由电吉他发声原理可知是将声音变化转换为电流的变化，C正确，A、B、D错误。
【补偿训练】如图是一种测定油箱油量的装置。其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的_____ (选填“c、d”或“a、b”)两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量_________(选填“减少”或“增多”)时，电压表的示数将减小。
【解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时，滑动变阻器R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化。当油量减少时，滑动变阻器R的阻值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，电压表数值减小时，表示油量在减少。答案：c、d 减少
主题二 敏感元件任务一 光敏元件【生活情境】情境一：楼道照明灯白天无论用多大的声音，灯也不会亮，但是当夜晚光线较弱时有声响灯就会亮，而且还会延迟，使人安全通过。
情境二：将光敏电阻与发光二极管连成如图所示的电路，用光源照射光敏电阻，发光二极管会发光；当光照强度增加时，发光二极管逐渐变亮。
【问题探究】(1)据此判断，楼道照明灯系统里面安装有哪些种类的敏感元件？各有什么作用？提示：楼道照明灯系统里面安装光声控延时开关，这种开关内安装有光敏元件，用于感知外界光线的强弱；还安装有声敏元件，用于感知外界声响。(2)根据光敏电阻的实验，判断当光照由弱变强时，光敏电阻的阻值怎样变化？提示：光照由弱变强时，光敏电阻的阻值逐渐减小。
任务二 霍尔效应【实验情境】如图所示，截面为矩形的金属导体，薄片厚度为b，单位体积内的电荷数为n，放在磁场中，磁感应强度为B，通过导体电流强度为I。
【问题探究】(1)导体的上下表面的电势有什么关系？提示：当电子在金属导体中定向移动时，受到洛伦兹力会向上表面聚集，下表面剩余等量的正电荷，在导体中形成电场，其中上表面带负电荷，电势低，下表面电势高。
(2)导体的上下表面的电势差与磁感应强度B、电流强度I有什么关系？提示：随着正、负电荷的不断向下、上表面积累，电场增强，由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带有等量的正电荷，电场强度方向由下向上，电子受到向下的电场力，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即eE=evB时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压。因为自由电荷为电子，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e =evB，由电流的微观表达式I=neSv，其中S=db，则v= ，故U= 。
【结论生成】1.敏感元件：(物理观念)敏感元件指能够灵敏地感受被测量并做出响应的元件，是传感器中能直接感受被测量的部分。它是传感器的重要组成部分，敏锐地感受某种物理、化学、生物信息并将其转换为电信号。有些传感器，它的敏感元件与转换元件合并在一起。例如，半导体气体、湿度、温度和压力传感器等。
2.光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的比较：(科学思维)
【典例示范】(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(正温度系数热敏电阻)，C为电容器，当环境温度升高时( ) A.电容器C的带电荷量减少B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度增加D.R1消耗的功率增大
【解析】选B、C。当环境温度升高时，R2变大，电路的总电阻变大，由I= 知I变小，又U=E-Ir，电压表的读数U增大，故B正确；又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，故D错误；电容器两板间的电压U2=U-U1，U2变大，由场强E′= ，Q=CU2可知Q、E′都增大，故C正确，A错误。
【规律方法】敏感元件问题中的电路动态分析思路(1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。(2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
【探究训练】1.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.电压表的示数减小 B.R2中电流强度增大C.小灯泡的功率增大D.R1中电流强度减少
【解析】选C。照射光强度增大，R3的电阻变小，总电阻变小，总电流I变大，路端电压变小，R1两端的电压变大，则电压表的示数增大，R2两端的电压变小，通过R2的电流变小，则通过灯泡的电流变大，则小灯泡电功率变大，故A、B、D错误，C正确。
2.如图所示的电路中，GMR为一个磁敏电阻，它的阻值随所处空间磁场的增强而增大，电源的内阻不可忽略。闭合开关S1和S2后，当滑片P向右移动时，则( )A.L1、L2都变暗B.L1、L2都变亮C.L1变暗、L2变亮D.L1变亮，L2变暗
【解析】选D。当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电源电压不变，所以电磁铁电路中的电流减小，电磁铁的磁场减弱，磁敏电阻阻值减小，右边电路的外电路电阻减小，电流变大，路端电压减小，故灯泡L2变暗；由于通过L1支路的电流变大，故L1变亮，选项D正确。
【补偿训练】如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流计(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，灵敏电流计指针偏转情况为(电流从电流计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
【解析】选A。压力F作用时，极板间距d变小，由C= ，电容器电容C变大，又根据Q=CU，极板所带电荷量变大，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，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，则A正确。
1.关于传感器，下列说法中正确的是( )A.电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制B.动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器C.热敏电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器D.火灾报警器都是利用温度传感器实现报警【解析】选B。电熨斗是通过双金属片温度传感器来控制温度的，选项A错误；动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器，B项正确；热敏电阻是将热学量转换为电学量的传感器，选项C错误；火灾报警器是利用光传感器实现报警，选项D错误。
2.如图所示，RT为光敏电阻，R为定值电阻，在黑暗的环境中用强光照射RT，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )A.变大B.变小C.先变大后变小再不变D.先变小后变大再不变
【解析】选A。RT是光敏电阻，它的电阻随光照强度的增加而减小，用强光照射时，光敏电阻减小，电路中的电流增加，定值电阻两端的电压增加，电压表示数变大，选项A正确。
3.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向左运动的过程中( ) 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
【解析】选D。当P向左运动时，据平行板电容器公式C= 知d增加，则C变小，选项A错误；稳定后电容器两极板间的电压不变，则据Q=CU知C变小，U不变，则Q减少，选项B错误；电容器两极板的电荷量减少，产生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，D正确，C错误。
4.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，上层金属片形变较大，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换为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
【解析】选C。常温工作时，上下触点是接触的；当温度升高时，上层金属片形变大，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。
5.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如图所示，传感器的核心——惠斯通电桥，其中一桥臂接一个传感器，该传感器上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在该传感器表面燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起A、B之间的输出电压发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )
A.银 B.锰铜合金C.半导体D.绝缘体
【解析】选C。银的电阻很小，锰铜电阻几乎不随温度变化，绝缘体不导电，A、B、D错误；可燃气体燃烧后电阻发生变化，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，C正确。
【补偿训练】传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M不动时，电路中没有电流D.物体M不动时，电压表没有示数
一、初识传感器任务驱动 当我们进入宾馆的大门时，门自动开启，当我们通过后，门自动关闭。这是为什么？提示：红外线传感器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，使门扇开启。门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达做反向运动，关闭门扇。
1.传感器：能感受_________，并将其按照一定的规律转换成可用_____信号(主要是电信号)的器件或装置。2.传感器的作用：(1)自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务。(2)把压力、位移、流量、温度、浓度等非电学量转化为_____、_____、电阻等电学量。
3.传感器的组成与应用模式：(1)传感器的基本部分由_________、_________组成。(2)传感器的应用模式：_____元件直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。_____元件将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的___信号。
二、敏感元件任务驱动 随着温度的升高热敏元件的电阻一定增加吗？提示：不一定，热敏元件的电阻与温度的关系和半导体的材料有关，NTC半导体材料制作的电阻阻值随温度的升高而降低，而PTC材料的热敏电阻阻值随温度的升高而增大。
敏感元件是_______的核心部分，是利用材料的各种敏感效应(如热敏、光敏、压敏等)制成的。1.光敏元件：(1)组成：光敏电阻是用___________等半导体材料制成的。(2)光敏电阻的特性：光照越强，电阻越___；光照越弱，电阻越___。(3)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化的原理：金属硫化物无光照时，________________就少，电阻就___；随着光照的增强，_______________增多，电阻值就_____。(4)光敏电阻的作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个_______。
2.热敏元件：(1)热敏电阻的分类。①负温度系数热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。②正温度系数热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。(2)热敏电阻的特点：热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快，利用热敏电阻特性可以制成___________。(3)热敏电阻的工作原理：利用敏感元件的某种电学特性随_____变化而变化的规律制成的。
3.磁敏元件：(1)霍尔元件的组成及原理：如图一个矩形半导体薄片，薄片厚度为d，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿PQ方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电势差U，以上几个物理量的关系为UMN=_____，从而可以将磁感应强度的测量转化为_____的测量。
霍尔元件是根据半导体材料的_________制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中。(2)霍尔元件的作用：霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的____________，还可通过测量电流周围的磁场间接测量___________。
主题一 初识传感器生活情境情境一：干簧管结构如图甲所示，它是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，让磁铁靠近干簧管，让磁铁远离干簧管，分别观察实验现象。
情境二：把一个质量为1 kg的砝码放到电子秤上，电子秤的显示屏上立刻显示1 kg，如图丙。
【问题探究】(1)情境一中观察到什么现象？提示：磁铁靠近干簧管时，灯泡就会发光；把磁铁移走，灯泡熄灭。(2)干簧管的原理是什么？干簧管的作用是什么？提示：干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化成相反磁性的磁极而连通，没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开；干簧管将周围磁场的有无转化为电路的通断，干簧管在电路中的作用相当于自动开关。
(3)电子秤上安装了什么传感器？电子秤的工作原理是什么？提示：安装了称重传感器，称重传感器感受到压力，并将受到压力的大小的信息转化为电信号，通过对电信号的处理，电子秤就能用数字显示出物体的质量。(4)通过上面的两个例子结合实际举例：不便于测量和控制的非电学量有哪些？便于测量和控制的电学量有哪些？提示：不便于测量和控制的非电学量主要有压力、位移、流量、温度、浓度等，便于测量和控制的电学量有电阻、电流和电压等。
(5)传感器最基本的作用是什么？传感器的工作过程是怎样的？提示：传感器最基本的作用是将被测量的非电学量转换成电学量。其工作过程为：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量。
【结论生成】1.传感器的组成和工作流程：(物理观念)(1)传感器的组成。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(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。②转换元件：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：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、电阻或电路的通断等。
(2)传感器的工作流程。
2.传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。(物理观念)3.传感器的作用：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用输出信息的器件和装置。传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”。(科学思维)
【典例示范】(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下列关于敏感元件或传感器的说法中正确的是( )A.干簧管可以起到开关作用，“操纵”开关的是磁场B.辨别西瓜成熟的传感器是把声音信号转化为电信号C.宾馆的自动门是把人发射出来的红外线转化为电信号D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
【解析】选A、B、C。干簧管是一种能够感知磁场的传感器，A正确；敲击西瓜，传感器能将声音信号转化为电信号，B正确；宾馆的自动门是把人发射出来的红外线转化为电信号，C正确；话筒使用了声音传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故D错误。
【探究训练】1.传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器，当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号，这种计算机键盘使用的是( )
A.温度传感器 B.压力传感器C.磁传感器 D.光传感器
【解析】选B。小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，选项B正确，选项A、C、D错误。
2.为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器，该传感器是( )A.气体传感器B.光敏电阻传感器C.压力传感器D.烟雾传感器【解析】选D。火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，从而制成烟雾传感器，故A、B、C错误，D正确。
3.如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来。下列说法正确的是( )A.电吉他是光电传感器B.电吉他是温度传感器C.电吉他是声音传感器D.弦改用尼龙材料原理不变【解析】选C。由电吉他发声原理可知是将声音变化转换为电流的变化，C正确，A、B、D错误。
【补偿训练】如图是一种测定油箱油量的装置。其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的_____ (选填“c、d”或“a、b”)两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量_________(选填“减少”或“增多”)时，电压表的示数将减小。
【解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时，滑动变阻器R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化。当油量减少时，滑动变阻器R的阻值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，电压表数值减小时，表示油量在减少。答案：c、d 减少
主题二 敏感元件任务一 光敏元件【生活情境】情境一：楼道照明灯白天无论用多大的声音，灯也不会亮，但是当夜晚光线较弱时有声响灯就会亮，而且还会延迟，使人安全通过。
情境二：将光敏电阻与发光二极管连成如图所示的电路，用光源照射光敏电阻，发光二极管会发光；当光照强度增加时，发光二极管逐渐变亮。
【问题探究】(1)据此判断，楼道照明灯系统里面安装有哪些种类的敏感元件？各有什么作用？提示：楼道照明灯系统里面安装光声控延时开关，这种开关内安装有光敏元件，用于感知外界光线的强弱；还安装有声敏元件，用于感知外界声响。(2)根据光敏电阻的实验，判断当光照由弱变强时，光敏电阻的阻值怎样变化？提示：光照由弱变强时，光敏电阻的阻值逐渐减小。
任务二 霍尔效应【实验情境】如图所示，截面为矩形的金属导体，薄片厚度为b，单位体积内的电荷数为n，放在磁场中，磁感应强度为B，通过导体电流强度为I。
【问题探究】(1)导体的上下表面的电势有什么关系？提示：当电子在金属导体中定向移动时，受到洛伦兹力会向上表面聚集，下表面剩余等量的正电荷，在导体中形成电场，其中上表面带负电荷，电势低，下表面电势高。
(2)导体的上下表面的电势差与磁感应强度B、电流强度I有什么关系？提示：随着正、负电荷的不断向下、上表面积累，电场增强，由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带有等量的正电荷，电场强度方向由下向上，电子受到向下的电场力，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即eE=evB时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压。因为自由电荷为电子，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e =evB，由电流的微观表达式I=neSv，其中S=db，则v= ，故U= 。
【结论生成】1.敏感元件：(物理观念)敏感元件指能够灵敏地感受被测量并做出响应的元件，是传感器中能直接感受被测量的部分。它是传感器的重要组成部分，敏锐地感受某种物理、化学、生物信息并将其转换为电信号。有些传感器，它的敏感元件与转换元件合并在一起。例如，半导体气体、湿度、温度和压力传感器等。
2.光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的比较：(科学思维)
【典例示范】(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(正温度系数热敏电阻)，C为电容器，当环境温度升高时( ) A.电容器C的带电荷量减少B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度增加D.R1消耗的功率增大
【解析】选B、C。当环境温度升高时，R2变大，电路的总电阻变大，由I= 知I变小，又U=E-Ir，电压表的读数U增大，故B正确；又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，故D错误；电容器两板间的电压U2=U-U1，U2变大，由场强E′= ，Q=CU2可知Q、E′都增大，故C正确，A错误。
【规律方法】敏感元件问题中的电路动态分析思路(1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。(2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
【探究训练】1.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.电压表的示数减小 B.R2中电流强度增大C.小灯泡的功率增大D.R1中电流强度减少
【解析】选C。照射光强度增大，R3的电阻变小，总电阻变小，总电流I变大，路端电压变小，R1两端的电压变大，则电压表的示数增大，R2两端的电压变小，通过R2的电流变小，则通过灯泡的电流变大，则小灯泡电功率变大，故A、B、D错误，C正确。
2.如图所示的电路中，GMR为一个磁敏电阻，它的阻值随所处空间磁场的增强而增大，电源的内阻不可忽略。闭合开关S1和S2后，当滑片P向右移动时，则( )A.L1、L2都变暗B.L1、L2都变亮C.L1变暗、L2变亮D.L1变亮，L2变暗
【解析】选D。当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电源电压不变，所以电磁铁电路中的电流减小，电磁铁的磁场减弱，磁敏电阻阻值减小，右边电路的外电路电阻减小，电流变大，路端电压减小，故灯泡L2变暗；由于通过L1支路的电流变大，故L1变亮，选项D正确。
【补偿训练】如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流计(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，灵敏电流计指针偏转情况为(电流从电流计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
【解析】选A。压力F作用时，极板间距d变小，由C= ，电容器电容C变大，又根据Q=CU，极板所带电荷量变大，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，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，则A正确。
1.关于传感器，下列说法中正确的是( )A.电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制B.动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器C.热敏电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器D.火灾报警器都是利用温度传感器实现报警【解析】选B。电熨斗是通过双金属片温度传感器来控制温度的，选项A错误；动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器，B项正确；热敏电阻是将热学量转换为电学量的传感器，选项C错误；火灾报警器是利用光传感器实现报警，选项D错误。
2.如图所示，RT为光敏电阻，R为定值电阻，在黑暗的环境中用强光照射RT，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )A.变大B.变小C.先变大后变小再不变D.先变小后变大再不变
【解析】选A。RT是光敏电阻，它的电阻随光照强度的增加而减小，用强光照射时，光敏电阻减小，电路中的电流增加，定值电阻两端的电压增加，电压表示数变大，选项A正确。
3.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向左运动的过程中( ) 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
【解析】选D。当P向左运动时，据平行板电容器公式C= 知d增加，则C变小，选项A错误；稳定后电容器两极板间的电压不变，则据Q=CU知C变小，U不变，则Q减少，选项B错误；电容器两极板的电荷量减少，产生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，D正确，C错误。
4.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，上层金属片形变较大，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换为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
【解析】选C。常温工作时，上下触点是接触的；当温度升高时，上层金属片形变大，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。
5.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如图所示，传感器的核心——惠斯通电桥，其中一桥臂接一个传感器，该传感器上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在该传感器表面燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起A、B之间的输出电压发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )
A.银 B.锰铜合金C.半导体D.绝缘体
【解析】选C。银的电阻很小，锰铜电阻几乎不随温度变化，绝缘体不导电，A、B、D错误；可燃气体燃烧后电阻发生变化，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，C正确。
【补偿训练】传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M不动时，电路中没有电流D.物体M不动时，电压表没有示数
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