第16讲 认识传感器、常见传感器的工作原理及应用（解析版）-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

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第16 讲 认识传感器、常见传感器的工作原理及应用
课程标准 课标解读
1.知道非电学量转换成电学量的技术义。
2. 通过实验，了解常见传感器的工作原
理。会利用传感器制作简单的自动控制装
置。
3.通过热敏电阻实验，了解温度传感器的
工作原理
1.知道什么是传感器，了解传感器的种类.
2.知道传感器的组成与应用模式.
3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变
片的工作原理及应用．
知识点 01 传感器及其工作原理
1．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转
换为便于传送和处理的可用信号输出．通常是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．
2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控
制．
3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成．
【知识拓展 1】
1．传感器的核心元件
(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：是传感器中能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、电阻等．
2．传感器的工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量 ，
如电压、电流、电荷量等．这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控
制动作．传感器的工作原理如下所示：
→→→→
【即学即练 1】唱卡拉 OK 用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后
面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为
电信号，下列说法正确的是（　　）
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的 B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．该传感器的敏感元件是线圈 D．该传感器的转换元件是永磁体
【答案】B
【解析】该传感器是根据电磁感应原理工作的，敏感元件是膜片，转换元件是线圈。故选 B。
知识点 02 光敏电阻
1.光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，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．
2．光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，载流子增多，导电性能明显增强，光敏
电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．
3．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
知识点 03 金属热电阻、热敏电阻及电阻应变片
1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作成温度传感器，称
为热电阻．
2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．
3．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象．
4．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基
于半导体材料的压阻效应．
5．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．
【即学即练 2】如图所示，厚度为 、宽为 的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为 的匀强磁场中，
当电流通过金属导体板时，在金属导体板的上侧面 和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效
应。实验表明，电势差 、电流 和 的关系为 ，式中的比例系数 称为霍尔系数。下列说法正
确的是（　　）
能力拓展
A．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面 的电势一定高于下侧面 的电势
B．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面 的电势一定低于下侧面 的电势
C．增大导体的厚度 时， 之间的电势差 将变大
D．增大磁感应强度 时， 之间的电势差 将变小
【答案】B
【解析】AB．金属导体板上的电流是带负电的电子定向移动形成的，当电流如图所示时，根据左手定则，
电子受到的洛伦兹力方向向上，所以上极板聚集负电荷，则达到稳定的状态时，金属导体板上侧面 的电
势一定低于下侧面 的电势。A 错误，B 正确；C．根据 可知， 之间的电势差 与导体的厚度
无关。C 错误；D．根据 可知，增大磁感应强度 时， 之间的电势差 增大。D 错误。故选
B。
考法01 认识传感器
【典例 1】如图，在电路中接一段钨丝（从旧白炽灯中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给
钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正
确的是（　　）
A．该传感器利用了钨丝的化学性质
B．该传感器的原理是把电学量（电阻）转换为热学量（温度）
C．该传感器的敏感元件是钨丝，转换元件是灯泡
D．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
【答案】D
【解析】BD．由题可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，利用该特性制作的温度传感器，能够把温度这
个热学量转换为电阻这个电学量，故 D 正确，B 错误；AC．该传感器利用了钨丝的物理性质，敏感元件和
转换元件都是钨丝，故 AC 错误。 故选 D。
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