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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器1 认识传感器导学案及答案
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器1 认识传感器导学案及答案，共17页。学案主要包含了神奇的传感器，传感器的种类，传感器的组成与应用模式，光敏电阻，热敏电阻和金属热电阻，力传感器的应用——电子秤等内容，欢迎下载使用。
必备知识·自主学习
一、神奇的传感器
【情境思考】
小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
问题：盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？
提示：小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件，能起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
1.传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，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。
2.楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
3.自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。这种装置就是红外线传感器。
4.便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
5.非电学量转化成电学量的意义：
把非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类
1.传感器的种类：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。
2.电化学反应原理：把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。
3.生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、 细胞传感器等生物传感器。
三、传感器的组成与应用模式
1.传感器的基本部分由敏感元件、转换元件组成。
2.传感器原理：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，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
3.传感器的两个重要概念：
（1）敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，执行检测的功能。
（2）转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换基本功能。
（3）如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如，热电偶、压电晶体等都是这种形式的传感器。
4.传感器应用的一般模式：
四、光敏电阻
1.特点：光照越强，电阻越小。
2.原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，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，导电性变好。
3.作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
五、热敏电阻和金属热电阻
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（温度升高，电阻减小）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？
提示：由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏。
1.热敏电阻：热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。
2.金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3.热敏电阻与金属热电阻的区别：
六、力传感器的应用——电子秤
1.组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。
2.工作原理：
3.作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
【易错辨析】
（1）传感器是一种联络传递感知的设备。（×）
（2）传感器是一种感知、探测物理量的工具。（×）
（3）传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。（√）
（4）光敏电阻受到的光照越强，电阻越小。（√）
（5）热敏电阻一定是随温度的升高，其阻值增大。（×）
（6）电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号。（√ ）
关键能力·合作学习
知识点一 传感器的工作原理及其分类
1.传感器的核心元件：
（1）敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或外界影响被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。
（2）转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的信号转换成电信号输出。
（3）转换电路：是将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电信号，如电压、电流等。
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图所示：
3.分类：
声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？
提示：声控灯全名应该为——声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光线充足的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。
【典例】（多选）（2021·济南高二检测）下列对传感器的工作原理认识正确的是（ ）
A．传感器的结构是由敏感元件和处理电路组成
B．敏感元件的功能是把电学量转换成非电学量便于处理电路进行处理
C．半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而增大，半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而减小
D．干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关
【解析】选A、D。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件和处理电路组成，选项A正确；敏感元件的功能是把非电学量转换成电学量便于处理电路进行处理，选项B错误；半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而减小，正温度系数半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而增大，选项C错误；干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关，选项D正确。
传感器问题的分析思路
不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。
1.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声压的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号，则当振动膜片向左振动时（ ）
A.电容器的电容增大
B．电容器带电荷量减少
C．R两端的输出信号电压相对于平衡位置稳定时不变
D．电阻R中的电流方向自右向左
【解析】选B。振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大，由C＝ eq \f(εrS,4πkd) 可知电容器的电容减小，A错误；由C＝ eq \f(Q,U) 可知，在U不变的情况下，C减小则Q减小，电容器处于放电状态，R中电流方向自左向右，B正确，D错误；因稳定时无电流，R两端输出信号电压为零，有电流通过电压变大，C错误。
2.（多选）人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中正确的是（ ）
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
【解析】选A、C、D。利用脂肪几乎不含水分，其导电性和人体内其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算人体脂肪率，B错误，A正确；人在激烈运动和沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小变化，所以测量数据会不准确，C、D正确。
【加固训练】
全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器（R≪R′），它的金属滑片是金属杆的一端。该同学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____________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将__________（选填“增大”或“减小”）。
【解析】由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。
答案：b、c 增大
知识点二 传感器的应用
1.传感器性能的比较：
2.光敏电阻的导电特性：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。
3.热敏电阻和金属热电阻的特点：
（1）热敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
（2）金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。
热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。
4.电容式传感器：电容器的电容取决于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量（如角度θ、位移x、深度H等）的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器。
5.常见电容式传感器：
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100的欧姆挡。在室内自然光的照射下，电阻值约有多大？用手掌遮光时电阻值又是多少？用阳光直接照射呢？
提示：同一只光敏电阻，用多用电表测量其阻值，用手掌遮光时，电阻值较大，在室内自然光的照射下电阻值变小，改用阳光直接照射时，电阻值变得更小。
【典例】如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（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），L为小灯泡，当温度降低时（电流表内阻不计，电源内阻r不可忽略）（ ）
A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强 D．小灯泡的亮度变弱
【解析】选C。R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确。
传感器问题中的电路动态分析的四点注意
（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。
1.（多选）（2021·大连高二检测）陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量，常用于检查驾驶人员是否饮酒。如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷向传感器，传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸气浓度C的关系如图甲所示。现用其组成如图乙所示的检测电路（电源内阻为r，电流表内阻不计）。对此，以下说法正确的是（ ）
A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比
B．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大
C．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小
D．电源用的时间长了，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低
【解析】选B、D。由题图甲可知，该传感器的电导与酒精蒸气的浓度成正比，则传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成反比，故A错误；因为酒精蒸气的浓度C越大，传感器的电阻越小，电路中的电流越大，电流表指针偏转的角度越大，路端电压越小，R0两端电压越大，故B正确，C错误；若电源用的时间长了，内阻变大，则所测酒精浓度相同时总电阻变大，电流变小，测量的C变小，故D正确。
2.如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表（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，导致灵敏电流表指针偏转，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，灵敏电流表指针偏转情况为（电流从电流表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＝ eq \f(εrS,4πkd) ，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，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。F不变时，极板保持固定，充电结束，指针回到零刻度。故选A。
【加固训练】
如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED的距离不变，下列说法正确的是（ ）
A.当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率增大
B．当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率减小
C．当滑片P向右移动时，灯泡消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑片P，灯泡消耗的功率都不变
【解析】选A。当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过发光二极管的电流增大，发光二极管发出的光增强，光敏电阻的阻值减小，流过灯泡的电流增大，灯泡消耗的功率增大，选项A正确，B错误；当滑片P向右移动时，发光二极管所在支路的电阻增大，电流减小，发光二极管发出的光减弱，光敏电阻的阻值增大，流过灯泡的电流减小，灯泡消耗的功率减小，选项C、D错误。
【拓展例题】考查内容：霍尔元件的应用
【典例】有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19 C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽AB＝1.0×10－2 m、长BC＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3 m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5 T的匀强磁场中，BC方向通有I＝3.0 A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压。
（1）假定载流子是电子，A、B两端中哪端电势较高？
（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
【解析】（1）根据左手定则可确定A端电势高。
（2）当霍尔元件内由于载流子沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，霍尔元件横向电压稳定。设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速率为v，横向电压为UAB，横向电场强度为E，电场力为Fe＝E·e＝ eq \f(UAB,AB) ·e，洛伦兹力FB＝evB，平衡时 eq \f(UAB,AB) ·e＝evB得v＝ eq \f(UAB,AB·B) ≈6.7×10－4 m/s。
答案：（1）A端 （2）6.7×10－4 m/s
情境·模型·素养
有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻。G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小的变化而改变，两者关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计。
探究：
（1）利用表中的数据，写出电阻R随压力F变化的数学关系式；
（2）若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？
（3）如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？
【解析】（1）由表中数据可知
k＝ eq \f(ΔR,ΔF) ＝－ eq \f(120 Ω,300 N) ＝－0.4 Ω/N
所以电阻R随压力F变化的数学关系式为
R＝300－0.4F （Ω）
（2）R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板间电压越大，由题意知，电容器两极板间电压不能超过5 V，所以 eq \f(5 V,R0) ＝ eq \f(6 V,R＋R0) ，解得R＝60 Ω，又因为R＝300－0.4F （Ω）得
F＝600 N。
（3）电流表中的电流
I＝ eq \f(E,R0＋R) ＝ eq \f(E,600－0.4F) （A）
电流I与压力F之间不是线性关系，该测力显示器的刻度不均匀。
答案：（1）R＝300－0.4F （Ω） （2）600 N （3）不均匀
在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置，如图所示，在轮子的边缘贴上一个小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑（即DIS实验器材）。如果小线圈的面积为S，匝数为N，小磁体附近的磁感应强度的最大值为B，小线圈所在回路的总电阻为R，实验发现，轮子转过θ角，小线圈的磁通量由最大值变为零。因此，他认为只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以测出转轮转速的大小。
探究：
请你运用所学的知识，通过计算对该同学的结论进行评价。
【解析】该同学的结论正确。
设转轮的角速度和转速分别为ω、n，轮子转过θ角所需时间为Δt，通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ，线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E＝N eq \f(ΔΦ,Δt) ＝N eq \f(BS,Δt) ，由闭合电路欧姆定律得感应电流的平均值I＝ eq \f(E,R) ，又Δt＝ eq \f(θ,ω) ，n＝ eq \f(ω,2π) ，联立以上各式可得n＝ eq \f(IRθ,2πNBS) ，由此可见，该同学的结论是正确的。
答案：见解析
课堂检测·素养达标
1.（多选）如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是（ ）
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃ 时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会自动跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
【解析】选A、C、D。常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的“居里温度”是103 ℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103 ℃，开关就不会自动断开；饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103 ℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述A、C、D正确。
2.关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是（ ）
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
【解析】选A。光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误，A正确。
3.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
【解析】选B。由于电压表是理想的，因此物体M带动滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误。
【加固训练】
1.（多选）有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（ ）
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
【解析】选A、C。热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。
2.（多选）计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是
（ ）
A．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
【解析】选B、D。当光敏电阻有光照射时，电阻减小，故当有光照射R1时，R1减小，则电阻R2上的电压变大，故处理系统获得高电压，选项B正确，A错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故C错误，D正确。热敏电阻
金属热电阻
特点
电阻随温度的变化而变化且非常明显
电阻率随温度的升高而增大
制作材料
半导体，如氧化锰
金属导体，如铂
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测温范围大
作用
能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
工作原理
举例
物理传感器
利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息
压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等
化学传感器
利用化学反应识别和检测信息
气敏传感器、湿敏传感器等
生物传感器
利用生物化学反应识别和检测信号
酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
热敏电阻
金属热电阻
光敏电阻
电阻应变片
特点
正温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻变大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻减小
电阻率随
温度的升高
而增加
在强光下电阻小，
在暗光下电阻大
受到拉力时，
电阻变小；
受到压力时，
电阻变大
敏感
材料
半导体
金属
把硫化镉涂敷
在绝缘板上，
其表面镀银
金属材料
优点
灵敏度好
测温范围大
灵敏度好
灵敏度好
原理
温度影响电阻率
无光照时，载
流子极少，导
电性能差；随着
光照的增强，
载流子增多，
导电性变好
R＝ρ eq \f(S,L)
应用
空调机
电饭煲
照相机
电子秤
名称
传感器
原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器
在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…
必备知识·自主学习
一、神奇的传感器
【情境思考】
小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
问题：盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？
提示：小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件，能起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
1.传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，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。
2.楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
3.自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。这种装置就是红外线传感器。
4.便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
5.非电学量转化成电学量的意义：
把非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类
1.传感器的种类：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。
2.电化学反应原理：把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。
3.生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、 细胞传感器等生物传感器。
三、传感器的组成与应用模式
1.传感器的基本部分由敏感元件、转换元件组成。
2.传感器原理：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，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
3.传感器的两个重要概念：
（1）敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，执行检测的功能。
（2）转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换基本功能。
（3）如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如，热电偶、压电晶体等都是这种形式的传感器。
4.传感器应用的一般模式：
四、光敏电阻
1.特点：光照越强，电阻越小。
2.原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，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，导电性变好。
3.作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
五、热敏电阻和金属热电阻
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（温度升高，电阻减小）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？
提示：由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏。
1.热敏电阻：热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。
2.金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3.热敏电阻与金属热电阻的区别：
六、力传感器的应用——电子秤
1.组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。
2.工作原理：
3.作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
【易错辨析】
（1）传感器是一种联络传递感知的设备。（×）
（2）传感器是一种感知、探测物理量的工具。（×）
（3）传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。（√）
（4）光敏电阻受到的光照越强，电阻越小。（√）
（5）热敏电阻一定是随温度的升高，其阻值增大。（×）
（6）电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号。（√ ）
关键能力·合作学习
知识点一 传感器的工作原理及其分类
1.传感器的核心元件：
（1）敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或外界影响被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。
（2）转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的信号转换成电信号输出。
（3）转换电路：是将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电信号，如电压、电流等。
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图所示：
3.分类：
声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？
提示：声控灯全名应该为——声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光线充足的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。
【典例】（多选）（2021·济南高二检测）下列对传感器的工作原理认识正确的是（ ）
A．传感器的结构是由敏感元件和处理电路组成
B．敏感元件的功能是把电学量转换成非电学量便于处理电路进行处理
C．半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而增大，半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而减小
D．干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关
【解析】选A、D。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件和处理电路组成，选项A正确；敏感元件的功能是把非电学量转换成电学量便于处理电路进行处理，选项B错误；半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而减小，正温度系数半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而增大，选项C错误；干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关，选项D正确。
传感器问题的分析思路
不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。
1.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声压的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号，则当振动膜片向左振动时（ ）
A.电容器的电容增大
B．电容器带电荷量减少
C．R两端的输出信号电压相对于平衡位置稳定时不变
D．电阻R中的电流方向自右向左
【解析】选B。振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大，由C＝ eq \f(εrS,4πkd) 可知电容器的电容减小，A错误；由C＝ eq \f(Q,U) 可知，在U不变的情况下，C减小则Q减小，电容器处于放电状态，R中电流方向自左向右，B正确，D错误；因稳定时无电流，R两端输出信号电压为零，有电流通过电压变大，C错误。
2.（多选）人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中正确的是（ ）
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
【解析】选A、C、D。利用脂肪几乎不含水分，其导电性和人体内其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算人体脂肪率，B错误，A正确；人在激烈运动和沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小变化，所以测量数据会不准确，C、D正确。
【加固训练】
全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器（R≪R′），它的金属滑片是金属杆的一端。该同学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____________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将__________（选填“增大”或“减小”）。
【解析】由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。
答案：b、c 增大
知识点二 传感器的应用
1.传感器性能的比较：
2.光敏电阻的导电特性：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。
3.热敏电阻和金属热电阻的特点：
（1）热敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
（2）金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。
热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。
4.电容式传感器：电容器的电容取决于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量（如角度θ、位移x、深度H等）的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器。
5.常见电容式传感器：
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100的欧姆挡。在室内自然光的照射下，电阻值约有多大？用手掌遮光时电阻值又是多少？用阳光直接照射呢？
提示：同一只光敏电阻，用多用电表测量其阻值，用手掌遮光时，电阻值较大，在室内自然光的照射下电阻值变小，改用阳光直接照射时，电阻值变得更小。
【典例】如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（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），L为小灯泡，当温度降低时（电流表内阻不计，电源内阻r不可忽略）（ ）
A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强 D．小灯泡的亮度变弱
【解析】选C。R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确。
传感器问题中的电路动态分析的四点注意
（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。
1.（多选）（2021·大连高二检测）陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量，常用于检查驾驶人员是否饮酒。如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷向传感器，传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸气浓度C的关系如图甲所示。现用其组成如图乙所示的检测电路（电源内阻为r，电流表内阻不计）。对此，以下说法正确的是（ ）
A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比
B．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大
C．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小
D．电源用的时间长了，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低
【解析】选B、D。由题图甲可知，该传感器的电导与酒精蒸气的浓度成正比，则传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成反比，故A错误；因为酒精蒸气的浓度C越大，传感器的电阻越小，电路中的电流越大，电流表指针偏转的角度越大，路端电压越小，R0两端电压越大，故B正确，C错误；若电源用的时间长了，内阻变大，则所测酒精浓度相同时总电阻变大，电流变小，测量的C变小，故D正确。
2.如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表（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，导致灵敏电流表指针偏转，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，灵敏电流表指针偏转情况为（电流从电流表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＝ eq \f(εrS,4πkd) ，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，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。F不变时，极板保持固定，充电结束，指针回到零刻度。故选A。
【加固训练】
如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED的距离不变，下列说法正确的是（ ）
A.当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率增大
B．当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率减小
C．当滑片P向右移动时，灯泡消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑片P，灯泡消耗的功率都不变
【解析】选A。当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过发光二极管的电流增大，发光二极管发出的光增强，光敏电阻的阻值减小，流过灯泡的电流增大，灯泡消耗的功率增大，选项A正确，B错误；当滑片P向右移动时，发光二极管所在支路的电阻增大，电流减小，发光二极管发出的光减弱，光敏电阻的阻值增大，流过灯泡的电流减小，灯泡消耗的功率减小，选项C、D错误。
【拓展例题】考查内容：霍尔元件的应用
【典例】有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19 C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽AB＝1.0×10－2 m、长BC＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3 m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5 T的匀强磁场中，BC方向通有I＝3.0 A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压。
（1）假定载流子是电子，A、B两端中哪端电势较高？
（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
【解析】（1）根据左手定则可确定A端电势高。
（2）当霍尔元件内由于载流子沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，霍尔元件横向电压稳定。设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速率为v，横向电压为UAB，横向电场强度为E，电场力为Fe＝E·e＝ eq \f(UAB,AB) ·e，洛伦兹力FB＝evB，平衡时 eq \f(UAB,AB) ·e＝evB得v＝ eq \f(UAB,AB·B) ≈6.7×10－4 m/s。
答案：（1）A端 （2）6.7×10－4 m/s
情境·模型·素养
有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻。G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小的变化而改变，两者关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计。
探究：
（1）利用表中的数据，写出电阻R随压力F变化的数学关系式；
（2）若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？
（3）如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？
【解析】（1）由表中数据可知
k＝ eq \f(ΔR,ΔF) ＝－ eq \f(120 Ω,300 N) ＝－0.4 Ω/N
所以电阻R随压力F变化的数学关系式为
R＝300－0.4F （Ω）
（2）R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板间电压越大，由题意知，电容器两极板间电压不能超过5 V，所以 eq \f(5 V,R0) ＝ eq \f(6 V,R＋R0) ，解得R＝60 Ω，又因为R＝300－0.4F （Ω）得
F＝600 N。
（3）电流表中的电流
I＝ eq \f(E,R0＋R) ＝ eq \f(E,600－0.4F) （A）
电流I与压力F之间不是线性关系，该测力显示器的刻度不均匀。
答案：（1）R＝300－0.4F （Ω） （2）600 N （3）不均匀
在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置，如图所示，在轮子的边缘贴上一个小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑（即DIS实验器材）。如果小线圈的面积为S，匝数为N，小磁体附近的磁感应强度的最大值为B，小线圈所在回路的总电阻为R，实验发现，轮子转过θ角，小线圈的磁通量由最大值变为零。因此，他认为只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以测出转轮转速的大小。
探究：
请你运用所学的知识，通过计算对该同学的结论进行评价。
【解析】该同学的结论正确。
设转轮的角速度和转速分别为ω、n，轮子转过θ角所需时间为Δt，通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ，线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E＝N eq \f(ΔΦ,Δt) ＝N eq \f(BS,Δt) ，由闭合电路欧姆定律得感应电流的平均值I＝ eq \f(E,R) ，又Δt＝ eq \f(θ,ω) ，n＝ eq \f(ω,2π) ，联立以上各式可得n＝ eq \f(IRθ,2πNBS) ，由此可见，该同学的结论是正确的。
答案：见解析
课堂检测·素养达标
1.（多选）如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是（ ）
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃ 时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会自动跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
【解析】选A、C、D。常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的“居里温度”是103 ℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103 ℃，开关就不会自动断开；饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103 ℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述A、C、D正确。
2.关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是（ ）
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
【解析】选A。光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误，A正确。
3.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
【解析】选B。由于电压表是理想的，因此物体M带动滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误。
【加固训练】
1.（多选）有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（ ）
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
【解析】选A、C。热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。
2.（多选）计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是
（ ）
A．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
【解析】选B、D。当光敏电阻有光照射时，电阻减小，故当有光照射R1时，R1减小，则电阻R2上的电压变大，故处理系统获得高电压，选项B正确，A错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故C错误，D正确。热敏电阻
金属热电阻
特点
电阻随温度的变化而变化且非常明显
电阻率随温度的升高而增大
制作材料
半导体，如氧化锰
金属导体，如铂
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测温范围大
作用
能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
工作原理
举例
物理传感器
利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息
压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等
化学传感器
利用化学反应识别和检测信息
气敏传感器、湿敏传感器等
生物传感器
利用生物化学反应识别和检测信号
酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
热敏电阻
金属热电阻
光敏电阻
电阻应变片
特点
正温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻变大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻减小
电阻率随
温度的升高
而增加
在强光下电阻小，
在暗光下电阻大
受到拉力时，
电阻变小；
受到压力时，
电阻变大
敏感
材料
半导体
金属
把硫化镉涂敷
在绝缘板上，
其表面镀银
金属材料
优点
灵敏度好
测温范围大
灵敏度好
灵敏度好
原理
温度影响电阻率
无光照时，载
流子极少，导
电性能差；随着
光照的增强，
载流子增多，
导电性变好
R＝ρ eq \f(S,L)
应用
空调机
电饭煲
照相机
电子秤
名称
传感器
原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器
在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…
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