江苏专版2025版高考物理一轮复习第十章第3节传感器及其应用讲义含解析.docVIP

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传感器及其应用

1．传感器：有这样一类元件，能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们依据肯定的规律转化为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。

2．光敏电阻：光敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这一电学量的元件。通常是由硫化镉等半导体材料制成，其特点是光照变强，电阻变小。

3．金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻是由铂、铜等金属材料制成，其特点是温度上升，电阻变大；热敏电阻是由半导体材料制成，其特点是温度上升，电阻变小。它们都能够把温度这个热学量转化为电阻这个电学量。

4．霍尔元件：通常是由半导体元件制成，其产生的霍尔电压UH＝keq\f(IB,d)。霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换为电压这个电学量。

5．力传感器：典型的应用是电子秤，其中的主要元件为应变片，它的作用是将物体形变这一力学量转化为电压这一电学量。

6．温度传感器：典型的应用是日光灯启动器和电熨斗，其中的主要元件为双金属片。日光灯启动器中的双金属片，其外层材料的热膨胀系数小于内层材料的热膨胀系数。电熨斗的工作原理(如图)：

双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度上升到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分别，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩复原原状，两触点又接触，接通电路。

调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分别的温度上升；上提弹性铜片，可降低触点的分别温度，从而实现了调温限制。

7．感温铁氧体：也叫感温磁体。常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，当温度上升到约103℃时，就失去铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。

8．电饭锅：结构图如图所示。

其工作过程：起先煮饭时压下开关按钮，由于常温下感温铁氧体具有磁性，永磁体将吸引感温磁体，因此手松开后这个按钮不会复原到图示位置，则触点接触，电路接通，这时电饭锅处于加热状态。当水沸腾时，水的温度保持沸点不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，接着加热。当饭熟后，水分被大米汲取，锅底的温度上升，当温度超过103℃时，感温磁铁失去铁磁性，由于弹簧的作用，按钮开关将复原到如图所示的位置，切断电源，从而停止加热。

9.光传感器：光传感器是将光信号转化为电信号的装置，实际应用有鼠标器和火灾报警器等。烟雾式火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。罩内装有发光二极管、光电三极管和不透亮的挡板。平常间电三极管收不到发光二极管发出的光，呈高电阻状态。当烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照耀到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变更，就会发出警报。

突破点(一)热敏电阻的特征

热敏电阻是用半导体材料制成的，一般分为正温度系数热敏电阻(简称PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，区分在于正温度系数热敏电阻阻值随温度的上升而变大，负温度系数热敏电阻阻值随温度的上升而变小。中学重点驾驭的是负温度系数热敏电阻，假如题目没有特别说明，一般认为是负温度系数热敏电阻。其电阻随温度变更的曲线如图所示。

[题点全练]

1.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的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用吹风机向Rt吹热风，表针将向________(填“左”或“右”)转动。

解析：热敏电阻为负温度系数的特性。若往上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻温度降低，电阻值增大，所以电流削减，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻温度上升，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。

答案：左右

2．(2024·如东检测)某温控电路的原理如图所示，RM是半导体热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15℃～27℃的环境中工作，当环境温度偏高或偏低时，限制器会自动启动降温或升温设备。下列说法中正确的是()

A．环境温度降低，RM的阻值减小

B．环境温度上升，Uab变大

C．滑片P向下移动时，Uab变大

D．调整滑片P的位置能变更降温柔升温设备启动时的临界温度

解析：选DRM是半导体热敏电阻，环境温度降低时，RM的阻值增大，故A错误；环境温度上升时，RM的阻值减小，依据串联电路中电压与电阻成正比，可以知道Uab变小，故B错误；滑片P向下移动时，R增大，总电流减小，则Uab变小，故C错误；调整滑片P时，可变更Uab，从而变更升温柔降温设备启动时的临界温度，所以D选项是正确的。

突破点(二)霍尔电压UH的公式推导

对中学阶段而言，我们所涉及的载流子一般取自由电子分析。一个矩形半导体薄片，在其前、后