高中物理选修3-2
对敏感元件的认识
[要点归纳]
光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特点对比 元件 光敏 电阻 特点 半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小 (1)热敏电阻：指用半导体材料制成，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。 热敏 电阻 和金 属热 电阻 (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。 霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场B时，霍尔 元件 薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的kIB方向漂移，在两极上形成稳定的电压UH＝d。 [精典示例]
[例2](多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时( )
图3
A.电容器C的带电荷量增大
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B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大
[解析] 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝
E
知I变小，又R总
U＝E－Ir，电压表的读数U增大，选项B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，选项D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1U2
变小，U2变大，由场强公式E′＝d知E′变大，由Q＝CU2可知Q增大，故选项A正确，C错误。 [答案] AB
[例3]如图4所示，将一光敏电阻接在多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏角为θ′，则可判断( )
图4
A.θ′＝θ C.θ′＞θ
B.θ′＜θ D.不能确定
[解析] 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，由欧姆挡的特点知，指针左偏，故指针自左向右的偏转角度变小。故选项B正确。 [答案] B
含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤
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(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小。 (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。 (3)分析部分电路的电压、电流如何变化。
[例4] (多选)如图5所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图所示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
图5
A.电势φa＞φb B.电势φb＞φa
C.电流增大时，|φa－φb|增大
D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然一样
[解析] 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用而向b侧偏转，所以φa＞φb，选项A正IB
确，B错误；因|φa－φb|＝kd，所以电流增大时，|φa－φb|增大，选项C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故选项D错误。 [答案] AC
[针对训练2](多选)如图6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )
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图6
A.电压表的示数增大 C.小灯泡的功率增大
B.R2中电流减小 D.电路的路端电压增大
[解析] 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律I＝
E
知电路中的电流增大，R1两端电压因干路电流增大而r＋R
增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，选项A正确，D错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故选项B正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，选项C正确。 [答案] ABC
1.(传感器的理解)(多选)下列说法正确的是( ) A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器 C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
[解析] 传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确。 [答案] ABD
2.(传感器的应用)有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
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A.改变湿度 C.改变磁场
B.改变温度 D.改变电容
[解析] 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器。手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故选项D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机。选项A、B、C错误。 [答案] D
3.(传感器的理解)(多选)美国科学家Willards·Boyle与George E·Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有( )
A.发光二极管 C.霍尔元件
B.热敏电阻 D.干电池
[解析] 传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量的元件。发光二极管是电学元件，是电能转换成光能的元件，不是传感器，选项A错误；干电池是一种电源，不是传感器，选项D错误；热敏电阻受热时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，是传感器，选项B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，是传感器，选项C正确。 [答案] BC
4.(热敏电阻和金属热电阻的特性)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图7为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏
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高中物理选修3-2优质学案：6.1传感器及其工作原理
