高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用导学案及答案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

5.2 常见传感器的工作原理及应用 学案

学习目标

1、介绍光敏电阻、热敏电阻和电阻应变片三种敏感元件，通过实验知道它们的性能，了解其工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性。

2、了解用敏感元件制作传感器的简单工作原理。

3、知道非电学量转换成电学量的技术含义，进一步拓宽学生的思维，探讨科技发展给人类带来的利与弊。

重点难点

1、理解并掌握光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻以及电阻应变片的特点及应用。（重点）

2、理解不同传感器的工作原理。（难点）

自主探究

一、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。

二、金属热电阻和热敏电阻

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。

甲                            乙

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。

三、电阻应变片：将物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。

四、电容式位移传感器：把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。

探究思考

一、热敏电阻与金属热电阻的区别

【典例一】1、金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，所以都可以用做温度传感器。它们的电阻随温度的变化规律如图所示。下列说法正确的是(   )

A.图线a是金属热电阻的电阻随温度变化的曲线，用它来测量温度，测量范围大，稳定性好
B.图线a是金属热电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显
C.图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，用它来测量温度，测量范围大，稳定性好
D.图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显

解题思路： 金属热电阻的电阻率会随温度的升高而增大，所以电阻也会随温度的升高而增大，为图线a，由于它的电阻与温度成线性关系，所以用它来测量温度，测量范围大，稳定性好，常用来制成温度计，故选项A正确，选项B错误;图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显，故选项C错误，选项D正确。

答案：AD

二、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的特性对比

【典例二】2、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

解题思路： 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;根据得，由电流的微观定义式 (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荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子定向运动的速度)整理得，联立解得，可知保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。

答案： D

随堂训练

1、下列情况中，应用温度传感器的是(   )

A.夜间自动打开的路灯  B.商场里的自动玻璃门

C.电视遥控器  D.自动恒温冰箱

答案：D

2、如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点电势相等。当用光照射电阻R3时，则(   )

A.R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B.R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C.R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D.R3的电阻变大，a点电势低于b点电势

答案：A

3、如图所示为一种微小位移传感器的原理图。1是待测的物体，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中平移，G为频率一定的正弦交流信号源，A为交流电流表。现将开关S闭合，下列说法正确的是(   )
 

A.该传感器可以将待测物体位移的变化量转换成电路中电流的变化量
B.若待测物体向右平移，电流表的示数将减小
C.若待测物体向左平移，电流表的示数将减小
D.若将信号源换成电压一定的直流电源，该传感器仍可测量出待测物体的位移变化量

答案：AC

4、霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动， 不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用。如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图。在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是(   )

A.磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差
B.只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化
C.当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化
D.在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大

答案：CD