【文档说明】5.2常见传感器的工作原理及应用-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册 ）（解析版）.docx，共(13)页，519.670 KB，由envi的店铺上传

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第五章传感器第2节常见传感器的工作原理及应用【核心素养目标】物理观念了解光敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。科学思维了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。科学探究了解电阻应变片、电容式

位移传感器的特性及其在生活、生产中的应用。科学态度与责任通过常见传感器的工作原理及应用知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一光敏电阻【情境导入】智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，

该功能既可以自动调节，也可以手动调节。自动调节功能，手机是感知外界光线强弱的感光元件是什么呢？【答案】大多数手机中数码相机的感光元件基本上都是CMOS的。感光元件又叫图像传感器。【知识梳理】光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．【

重难诠释】【典例精析】例1．(多选)如图所示，这是用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()A．严重污染时，LDR是高电阻B．轻度污染时，LDR是高电阻C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天

和晚上受到影响【答案】AD【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，故A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，故C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，故D正确。知识点二金属热电阻和

热敏电阻【情境导入】某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(1)闭合开关S后，温度升高时，电流

表的示数如何变化？(2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？【答案】(1)温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大。(2)温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小。【知识梳理】1．金属热电阻

：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻．2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．【重难诠释】有些半导体在温度变化时导电能力也会变化，因此可以用这种半导体材料制作热敏电阻。热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏

感元件。在其工作温度范围内，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。金属热电阻和热敏电阻的区别项目金属热电阻热敏电阻(NTC)特点电阻率随温度的升高而增大电阻率随温度的升高

而减小R－T图像制作材料金属半导体导电原理自由电子的定向移动自由电子和空穴等载流子优点化学稳定性好，测温范围大灵敏度较好作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量【典例精析】例2．如图所示的是一火灾报警器的部分电路示意图，其中R3为热敏电阻，其阻值随温度升高

而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当R3所在处出现火情时，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变大，U变小C．I变小，U变小D．I变小，U变大【答

案】C【解析】热敏电阻的阻值随温度升高而减小，发生火情时，R3的阻值减小，则干路电流I总增大，由U＝E－I总r知U将减小，由U1＝I总R1知R1两端电压将增大，由U2＝U－U1知U2减小，由I＝U2R2知I将减小，故C正确。知识点三电阻应变片【情境导入】如

图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片．结合力传感器的特点，叙述它的工作原理．答案在梁的自由端施加力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变

小．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．力F越大，输出的电压差值也就越大．【知识梳理】1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电

阻也随之变化的现象．2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应．3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．【重难诠释】【典例精析】例3．压

敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已

知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是()A．0到t1时间内，升降机一定静止B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动【答案】C【解析】从0～t1时

间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1～t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿

第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，逐渐增大，故B错误，C正确；t2～t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块

受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN′－mg＝ma′，合力向上，加速度向上，大小不变，所以t2～t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误．针对训练一、单选题1．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点

后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（）A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住与不

用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻【答案】C【解析】定值电阻阻值不随温度以及光照强度的变化而变化；热

敏电阻阻值随温度的变化而变化；光敏电阻阻值随光照强度的变化而变化；A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻，选项A错误；B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件可能是定值电阻，也可能是光敏

电阻，选项B错误；C．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻，选项C正确；D．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件可能是定值电阻，也可能是热敏电阻，选项D错误。故选C。2．传感器根据具体工作原理的不同

，可分为电阻式、电容式、电感式、……等等，下列关于传感器的分类及工作原理正确的是（）A．热敏电阻和金属热电阻都是电阻式传感器，两者的电阻都随温度的升高而增大B．图1所示的传感器是电容式传感器，当被测物体向右运动

时，电容器的电容增大C．图2所示的传感器是电感式传感器，当被测物体向右运动时，电感线圈的自感系数增大D．金属电阻应变片是电阻式传感器，当应变片上的金属丝受到拉力时，应变片的电阻增大【答案】D【解析】A．热敏电阻是用半导体材料制成，阻值随温度的升高而减小；金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，

故A错误；B．图1所示的传感器是电容式传感器，当被测物体向右运动时，电容器极板间电介质减小，根据4SCkd=可知，电容器的电容减小，故B错误；C．图2所示的传感器是电感式传感器，当被测物体向右运动时，铁芯抽出，则自感系数减小，故C错误；D．金属电阻应变片是电阻式传感器，当

应变片上的金属丝受到拉力时，应变片的电阻增大，故D正确。故选D。3．下列有关传感器的叙述中正确的是（）A．自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器就是温度传感器B．干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件C．与热敏电阻相比

，金属热电阻的灵敏度差，测温范围小D．压电晶体的敏感元件就是转换元件【答案】D【解析】A．自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器是依靠物体发出的红外线来工作的，与温度传感器不同，A错误；B．干簧管能够感知磁场，相当于开关，B错误；C．与热敏电阻相比，金属热电阻的灵敏度差，测温范围大

，C错误；D．压电晶体的敏感元件同时兼为转换元件，D正确。故选D。4．如图，在电路中接一段钨丝（从旧白炽灯中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的

是（）A．该传感器利用了钨丝的化学性质B．该传感器的原理是把电学量（电阻）转换为热学量（温度）C．该传感器的敏感元件是钨丝，转换元件是灯泡D．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性【答案】D【解析】BD．由题可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，利用该特性制作的

温度传感器，能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D正确，B错误；AC．该传感器利用了钨丝的物理性质，敏感元件和转换元件都是钨丝，故AC错误。故选D。5．学校为了预防冠状病毒的传播，每天用体温枪检测师生进校门时体温，该装置可能采用了（）A．红外线传感器B．压力传感器C．生

物传感器D．声波传感器【答案】A【解析】红外线有热效应，体温枪是根据红外线的热效应造成的测温装置。故选A。6．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，利用压敏电阻可以设计一个电路来判断升降机的运动情况，其工作原理图如图甲所示。

将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个绝缘物块。0～t1时间内升降机匀速下降，从=0t时刻开始，电流表中电流随时间变化的情况如图乙所示，下列说法中正确的是（）A．t1～t2时间内，升降机加速度的大小可能先减小后增大B．t2～t3时间内

，升降机处于静止状态C．t3～t4时间内，升降机可能处于失重状态D．t3～t4时间内，升降机可能一直减速下降【答案】D【解析】A．0～t1时间内升降机匀速下降，受力平衡；t1～t2时间内电路中电流比升降机匀速下降时小，说明压敏电阻的阻值大于升降机匀速下降时压敏电阻的阻值

，所受的压力小于升降机匀速下降时压敏电阻所受的压力，压力小于物块的重力NmgFma−=由于电流先减小后增大，可知压敏电阻的阻值先增大后减小，压力的大小先减小后增大，加速度的大小先增大后减小，A错误；B．t2～t3时间内电路中的电流等于升降机匀速运动时的电流，由于t1～t2

时间内升降机在加速运动，所以t2～t3时间内升降机处于匀速运动状态，B错误；C．t3～t4时间内电路中的电流大于升降机匀速运动时的电流，说明压敏电阻的阻值减小，所受的压力增大，压力大于物块的重力，物块处于超重状态，C错误；D．由图可知t3～t

4时间内，电流大于匀速下降时的电流，说明压敏电阻的阻值小于匀速下降时的压敏电阻的阻值，所受的压力大于匀速下降时的所受的压力，加速度方向向上，速度向下，升降机一直减速下降，D正确。故选D。二、多选题7．下列器件中应用

光敏传感器的是（）A．光电鼠标器B．火灾报警器C．测温仪D．电子秤【答案】AB【解析】A．光电鼠标器中装有红外发射管（LED）和红外接收管，其中的红外接收管就是光传感器，当鼠标移动时，滚球带动码盘转动，使红外接收管收到断续的脉冲信号，这样的

脉冲信号经过处理后就可以描述出光标移动的位移了，故A正确；B．红外线是一种不可见的光线，红外报警装置就是利用它将光信号转换为电信号的，故B正确；C．测温仪是温度传感器，常用热敏电阻、金属热电阻、热电偶或红外线敏感元件，通过改变元件的电阻或电路的电压来

达到测量温度的目的，故C错误．D．电子秤是力传感器，由金属梁和应变片组成，当发生形变时其电阻会发生变化，常用的一般应变片在被拉伸时，其电阻会变大；在被压缩时，其电阻会变小，外力越大，应变片的形变就越大，应变片的电阻变化就越大，

因此，可以用应变片的电阻大小表示出外力的大小，故D错误。故选AB。8．如图所示是光电计数器的工作示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上的物品，1R为光敏电阻，2R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1R时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射1R时，信号处理系统获得低电压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【答案】BD【解析】A．当有光照射R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流

增大，根据12()UEIRr=−+可知，R1两端电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A错误，B正确；CD．当无光照射R1时，R1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，根据12()UEIRr=−+可知，R1两端的电

压增大，即信号处理系统获得高电压，则信号处理系统每获得一次高电压就记数一次，故C错误，D正确。故选BD。9．利用半导体材料可以制成（）A．标准电阻B．热敏电阻C．光敏电阻D．晶体管【答案】BCD【解析】标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制

作的。利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻和晶体管。选项BCD正确，A错误。故选BCD。10．为保证师生用电安全，学校电路系统中安装有由热敏电阻制成的温度监测器，如图所示为理想变压器，原、副线圈匝数比为3:1，原线圈接交流电压2202sin(100)Vut=，图中电压表和电流表为理想电

表，TR为阻值随温度的升高而减小的热敏电阻，1R为定值电阻，则下列说法正确的是（）A．变压器输入与输出功率之比为3:1B．变压器副线圈中电流的频率为50HzC．当TR处温度升高时，电压表示数不变D．当TR处温度升高时，电流表示数减小【答案】BC【解析】A．理想

变压器输入与输出功率之比为1：1，故A错误；B．变压器副线圈中电流的频率不变，为1100Hz50Hz22fT====故B正确；C．RT处温度升高时，不会影响变压器的输入电压值，故C正确；D．RT处温度升高时，电阻值减小，原副

线圈的匝数及原线圈电压不变，则副线圈电压不变，1R为定值电阻，由22T1UIRR=+可知，电流表示数增大，故D错误。故选BC。11．如图所示，电路中A、B两点之间分别接入定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件后，用黑纸包住元件置入热水

中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A．若置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，则这只元件一定是热敏电阻B．若置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，则这只元件一定是定值电阻C．若用黑纸包住元件与

不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，则这只元件一定是光敏电阻D．若用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，则这只元件一定是定值电阻【答案】AC【解析】AB．热敏电阻的阻值随温度变化较大，而光敏电阻和定值电阻

的阻值不随温度变化，所以置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的这只元件一定是热敏电阻，欧姆表示数不变化的元件一定是光敏电阻和定值电阻，A正确，B错误；CD．光敏电阻的阻值随光的强度变化变化较大，而热敏电阻和定值电阻

的阻值不随光的强度变化，所以用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大的这只元件一定是光敏电阻，欧姆表示数不变的元件一定是热敏电阻和定值电阻，C正确，D错误。故选AC。12．有些楼道照明

灯的控制电路具有这样的功能：当楼道里很昏暗时，出现声音灯就开启；而在楼道里明亮时，即使有声音灯也没有反应。既可以方便照明，又可以节约用电。这样的照明灯的控制电路中，一定接人了哪几种传感器（）A．温度传感器B．光传感器C．声音传感器D．热传感器【答案】BC【解析】根据题意，楼道照明

灯受光亮和声音的影响，故一定接入了光传感器和声音传感器。故选BC。13．传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适，下列应用了力传感器的是（）A．无人管理自动灌溉系统B．商场使用的电子秤C．酒店大厅的自动门D．给货车称重的地磅【答案】BD【解析】A．无人管理自动灌溉系

统，应用的是湿度传感器，故A错误；B．商场使用的电子秤应用了力传感器，故B正确；C．酒店大厅的自动门应用的是红外传感器，故C错误；D．给货车称重的地磅应用了力传感器，故D正确。故选BD。14．下列说法正确的是（）A．

电子秤所使用的测力装置是力传感器B．电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体C．话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将电信号转化为声信号D．干簧管可以起到开关作用，是一种能够感知温度的传感器【答案】ABD【解析】A．电子秤所使用的测力装置是力转换成电信号来显示大小，属于力传感器，故A正确；B．电

饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体；故B正确；C．动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，故C错误；D．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，能够把磁信号转变为电路的通断，故D错误

。故选AB。