传感器及其工作原理

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题组一　传感器的原理和分类

1．关于传感器，下列说法中正确的是(　　)

A．所有传感器都是由半导体材料制成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．传感器通过感知电压的变化来传递信息

D．以上说法都不正确

B　[只要能把非电学量转换成电学量的装置就可以叫传感器。制成传感器的材料不一定是半导体材料，如电熨斗中的双金属片就是由金属材料制成的，所以A错误，B正确；传感器不仅可以通过感知电压的变化来传递信息，还可以通过感知电容、电流、电阻等变化来传递信息，所以C错误；由以上分析可知，D错误。]

2．关于传感器，下列说法正确的是(　　)

A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量

B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器

C．话筒中的传感器将电信号转换成声信号

D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大

A　[传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；话筒中的传感器将声信号转换成电信号，选项C错误；一般半导体热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，选项D错误。]

3．下列有关传感器的说法正确的是(　　)

A．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

B．楼梯口的电灯开关装的两种传感器是热敏电阻和光敏电阻

C．电子秤所使用的测力装置是力传感器

D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大

C　[话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，则A错误；楼梯口的电灯开关装的两种传感器是声敏电阻和光敏电阻，则B错误；电子秤所使用的测力装置是力传感器，则C正确；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，则D错误。]

4．随着生活质量的提高，自动干手机已经进入家庭，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为(　　)

A．改变温度   B．改变湿度

C．改变磁场   D．改变电容

D　[干手机是一个电容器，当手靠近时，手上有水，手就变成了导体，在电容器中放入导体，改变了电容器的电容，电路中电容改变，干手机开始工作，故选D。]

题组二　光敏电阻和热敏电阻的特性

5．(多选)如图是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值。实验中观察到当温度升高时灯更亮，对实验现象分析正确的有(　　)

A．温度升高，电路中的电流减小

B．温度升高，电路中的电流增大

C．温度升高，热敏电阻的阻值增大

D．温度升高，热敏电阻的阻值减小

BD　[当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮。]

6．(多选)2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”。基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用，在下列有关其他电阻应用的说法中，正确的是(　　)

A．热敏电阻可应用于温度测控装置中

B．光敏电阻是一种光电传感器

C．电阻丝可应用于电热设备中

D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用

ABC　[热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误。]

7．(多选)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．电路的路端电压降低

CD　[可按以下流程进行解题：

]

8．(多选)如图所示是用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是(　　)

A．严重污染时，LDR是高电阻

B．轻度污染时，LDR是高电阻

C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定

D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响

AD　[严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻的阻值会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]

题组三　霍尔效应的应用

9．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是(　　)

A．该元件能把电学量转化为磁学量

B．左表面的电动势高于右表面

C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态

D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比

D　[霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C错误；根据qvB＝q得，U＝Bdv，由电流的微观定义式I＝nqSv(n是单位体积内的导电粒子数，q是单个导电粒子所带的电量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度)整理得v＝，联立解得U＝，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。]

10．如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用NTC半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)

A．I变大，U变大   B．I变小，U变小

C．I变小，U变大   D．I变大，U变小

B　[当R2处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，U减小；电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流I减小，B正确。]

11．(多选)如图所示，Rt为热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)

A．热敏电阻温度升高，其他条件不变

B．热敏电阻温度降低，其他条件不变

C．光照减弱，其他条件不变

D．光照增强，其他条件不变

AC　[热敏电阻温度升高，其阻值减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，故通过光敏电阻的电流减小，则通过R3的电流增大，电压表的示数增大，A正确；热敏电阻温度降低时，其阻值增大，外电路总电阻增大，总电流减小，路端电压随之增大，通过光敏电阻的电流增大，所以通过热敏电阻的电流减小，电压表的读数减小，B错误；光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，C正确；光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，D错误。]

12．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，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＝9.0 V，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R­t图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：

甲　　　　　　　　　　　　　乙

(1)电流表G的内阻Rg；

(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。

[解析]　(1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA

根据闭合电路欧姆定律得：

Rg＝－R＝ Ω＝1 000 Ω。

(2)当电流计的示数I2＝1.8 mA时

R＝－Rg＝ Ω＝4 000 Ω

由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时的温度为20 ℃

[答案]　(1)1 000 Ω　(2)20 ℃

13．如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间。求：

(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式；

(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？

(3)若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？

[解析]　(1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得2kx＝ma　

  ①

电压表的示数为U＝E　  ②

由以上两式解得a＝(E－2U)。　 ③

(2)均匀，因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。

(3)当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数Um＝E，电压表指针指在满刻度的位置时，U＝E，代入③式解得a＝－。

[答案]　(1)a＝(E－2U)　(2)见解析

(3)　方向向左