1、1第六章 传感器典型例题归纳类型一、热敏电阻的特性例 1如图所示， 1R为定值电阻， 2为负温度系数热敏电阻， L为小灯泡，当温度降低时（ ）A 1R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【思路点拨】运用热敏电阻特性解决问题。【答案】C【解析】本题考查了负温度系数热敏电阻的特性以及电路的动态分析。 2R与灯 L并联后与 1R串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻 2增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，灯 L两端电压增大，灯泡亮度变强， 1两端电压减小，故 C 正确，其余各项均错。【总结升华】牢记热敏电阻特性是解决此题的关键。热敏电阻的阻值随温度
2、的升高不一定减小，正温度系数的热敏电阻（ PTC）的阻值随温度的升高而增大。举一反三:【变式】如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中 2R为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器， ab、之间接报警器。当传感器 2所在处出现火情时，2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. 变小， 变大 D. 变大， 变小【答案】B【解析】出现火情时温度升高， 2R减小， 总减小， I总增大， abU减小， 、减小，AI减小，正确答案为 B。类型二、光敏电阻的特性例 2如图所示， 1R、 2为定值电阻， L为小灯泡， 3R为光敏电阻
3、，当照射到 3R上的光强度增大时（ ）A电压表的示数增大 B 2R中电流减小C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大【答案】ABC3【解析】本题综合考查光敏电阻的特性以及电路的动态分析。当光强度增大时， 3R阻值减小，外电路电阻随见的减小而减小， 1R两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A 项正确，D 项错误；由路端电压减小，而 1R两端电压增大知， 2R两端电压必减小，则 2中电流减小，故 B 项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大。【总结升华】牢记光敏电阻的阻值随光强度的增加而减小。例 3利用光敏电阻制作的光传
4、感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器 B 能接收到发光元件 A 发出的光，每当工件挡住 A 发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为 0.2 m，则下列说法正确的是( )A传送带运动的速度是 0.1m/sB传送带运动的速度是 0.2m/sC该传送带每小时输送 3600 个工件D该传送带每小时输送 7200 个工件【答案】BC【解析】从乙图可以知道：每间隔 1 秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动
5、的速度是 0.2=m/s. /1v，故 A 错误 B 正确；传送带每小时传送的距离为：s vt0.23600m，工件个数为： =360snL个，C 正确 D 错误。4举一反三:【变式】 （1）如图是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中 A是， B中的主要元件是。(2) 自动计数原理是：。【答案】(1)发光仪器；光敏电阻 (2)见解析【解析】(1)发光仪器；光敏电阻(2)光传送带上没有物品挡住由 A射向 B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由 射向 的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高，这种高低交替变化的信号经过信号处理系统处理，
6、就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数功能类型三、霍尔元件的特性例 4如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系为（ ）A MNU、 B MNU、 C MN、 D无法判断【答案】A【解析】此题考查了霍尔效应的形成原因。霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁5场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向 N板运动，则 M板剩下正电荷，所以 MNU、。【总结升华】金属导体中能自由移动的是电子，电子向 板聚集， 板剩下正电荷。例 5如图所示，有电流 I流过长方体金属块，金属块宽度为 d，高为 b，有一磁感应强
7、度为 B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为 n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？【思路点拨】当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低。随着正、负电荷不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压。【答案】下表面电势高 电势差为 IBned【解析】本题是考查霍尔效应现象的计算题。当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低。随着正、负电荷不断
8、向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即 qEvB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，故用左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余等量的正电荷，故下表面电势高，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 qvBb。又因为导体中的电流 IneSvd，故 IBUned。6【总结升华】 （1）判断电势高低时注意载流子是正电荷还是负电荷。（2）由以上计算得上、下两表面间的电压稳定时， IBUned，其中 为单位体积内的自由电荷数， e为电子电荷量，对固定的材料而言为定值，若令 1k，则 IBUkd，
9、此即课本所给出的公式。类型四、电容式传感器例 6如图所示：（1）图甲是_的电容式传感器，原理是_。（2）图乙是_的电容式传感器，原理是_。（3）图丙是_的电容式传感器，原理是_。（4）图丁是_的电容式传感器，原理是_。【答案】见解析【解析】本题考查了几种常见电容式传感器的工作原理。（1）图甲是角度的电容式传感器，其原理是当动金属片旋进的角度不同时，电容器的正对面积不同，电容器的电容不同。（2）图乙是液体的电容式传感器，其原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容器的电容也随之改变。（3）图丙是压力的电容式传感器，其原理是当作用在一个电极的压
10、力改变时，金属片的形状也发生改变，两极板的距离发生改变，电容器的电容也发生改变。7（4）图丁是位移的电容武传感器，其原理是和物体固定在一起的电介质板，当物体发生一小段位移时，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容器的电容发生变化。【总结升华】电容式传感器体积小、反应灵敏，是一种多功能传感器，可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器。举一反三:【变式】图甲是测量的电容式传感器，原理是 _ 图乙是测量的电容式传感器，原理是 _ 【答案】图甲:角度 ；动片与定片间的角度 发生变化时，引起正对面积 S的变化，通过测出电容 C的变化，测量动片与定片间的夹角 。图乙:液面高度 h； 发生变化，金属芯线
11、和导电液体组成的电容发生变化，通过测定的变化，可以测量液面高度 的变化。类型五、力传感器的应用例 7用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为 2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别接在传感器 ab、上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出，现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器 在前，传感器 a在后。汽车静止时，传感器 ab、的示数均为 10 N。 （g取 10 m/s）8（1）若传感器 a的示数为 14 N， b的示数为 6.0 ，求此时汽车的
12、加速度大小和方向；（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器 a的示数为零？【思路点拨】两轻弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少。传感器上所显示出力的大小即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。【答案】 （1） 24.0 m/s，方向向前 （2） 210m/s，方向向后【解析】本题是力传感器在实际中的一个应用。传感器上所显示出力的大小即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。（1）如图所示，依题意，左侧弹簧对滑块向右的推力 14 NF，右侧弹簧对滑块向左的推力 26.0 NF。滑块所受合力
13、产生加速度 1a，根据牛顿第二定律有 121Fma、，得221246.0m/s4. /sFa。1与 同方向，即向前（向右） 。（2） a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 10F ，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为 2 N ，滑块所受合力产生加速9度，由牛顿第二定律得 2Fma、。解得 2210/sa。负号表示方向向后（向左） 。【总结升华】两轻弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，弹簧上弹力变化大小相等。举一反三:【变式】惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光
14、滑杆上套一个质量为 m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为 k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。（1）设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离 O点的距离为 S，则这段时间内导弹的加速度（）A. 方向向左，大小为 /kSmB方向向右，大小为 C方向向左，大小为 2/D. 方向向右，大小为 kS（2）若电位器（可变电阻）总长度为 L，其电阻均匀，两端接在稳压电源 0U上，当导弹以加速度 a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片 P产生位移，此时可输出一个电10信号 U，作为导弹惯性制导系统的
15、信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出 U与a的函数关系式。【答案】 （1）D （2） 0mUakL【解析】 （1）略 （2） =2/S， /2ak，所以0X0/UR0/2makL=类型六、声传感器的应用例 8动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲所示是动圈式话筒原理图，图乙所示是磁带录音机的录音、放音原理图，由图可知：话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场其中正确的是（ ）A B C D11【答案】C【解析】本题考查了
16、动圈式话筒和磁带录音机录放音的工作原理。话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流，正确。录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，正确。磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，正确。【总结升华】清楚声传感器的原理是解题关键。举一反三:【变式】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
17、据电磁感应原理工作的C .膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D .膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势【答案】B类型七、温度传感器的应用例 9在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是 PTC元件， 元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率 随温度 t的变化关系如图所示，由于这种特性， PTC元件具有发热、保温双重功能。对此，以下判断正确的是（ ）通电后，其电功率先增大，后减小12通电后，其电功率先减小，后增大当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 1t不变当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 1t和 2之间的某一值不变A B C D【思路点拨】注意分析图象信息，把握变
18、化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论。【答案】D【解析】当电热灭蚊器温度由 0升到 1t的过程中，电阻器的电阻率 随温度升高而减小，其电阻 R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压 U保持不变，灭蚊器的热功率 P随之增大，当 1t时， 1P达到最大。当温度由 1t升高到 2t的过程中， 增大， R增大，减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率 也就越大；因此在这之间的某一温度 3t会有 3P ，即电热功率 减小到等于散热功率时，即达到保温；当 3t、， 、 ，使温度自动升高到 3t；当 3t、，P、，使温度自动降为 3t，实现自动保温。【总结升华】对给定
19、图象的题目，注意分析图象信息，把握变化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论。例 10温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的。如图实917 甲所示，电源的电动势 E9.0 V，内电阻不计；G 为灵敏电流计，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所示。闭合开关 S，当 R 的温度等于 20时，电流表示数 I12 mA；当电流表的示数I23.6 mA 时，热敏电阻的温度是_。13【答案】120【解析】从图乙查得 t20时， R 的阻值为 4k由 E I1(R Rg)得：19k40.5k2gI 当 I23.6 mA 时，设热敏电阻的阻值为 R，则29k0.52k3.6gERI 从图乙查得此时对应的温度 t2120。【总结升华】分析新情景题目，应注意把握题目中的条件，包括图中的信息。
