一、传感器 1．定义：传感器是能把力、温度、光、声、化学成分等物理量，按照一定的规律转换为便于传送和 处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电路的通断的元件。 2．工作原理：非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量 二、常见传感器元件 输入物理 输出物理 量 量 干簧管 磁场 电路通断 有磁场电路接通，无磁场电路断开 金属热电阻 温度 电阻 温度越高，电阻率越大 热敏电阻 温度 电阻 温度越高，电阻率越小 光敏电阻 光强 电阻 光照越强，电阻率越小 位移 电容 名称 电容式位移传感 器 霍尔元件 磁感应强 度 电压 应变片 形变 电压 双金属片 温度 电路通断 感温铁氧体 温度 电路通断 变化规律 C rS ，改变 εr、S、d 4πkd UH  k IB �B d 拉伸电阻变大，压缩电阻变小 热膨胀系数不同，升高相同温度，膨胀程度不 同 常温具有铁磁性，温度高于居里温度失去铁磁 性 （2020·吉林省高三模拟）某同学想通过实验探究一个热敏电阻的特性，并用此热敏电阻制作一个报警 电路。 （1）为了探测热敏电阻的特性，设计了如图甲所示的电路，R1 为滑动变阻器，R2 为电阻箱，RT 为热敏 电阻，热敏电阻处在虚线所示的温控室中。 ① 实验时，记录温控室的温度 t0，将 S2 合向 1，闭合电键 S1 前，将滑动变阻器 R1 的滑片移到_________ _（填“a”或“b”）端，调节滑动变阻器的滑片，使电流表有合适的示数 I0，将 S2 合向 2，调节电阻箱，使 电流表的示数仍为 I0，记录此时电阻箱接入电路的示数为 R0，则温度为 t0 时，热敏电阻的阻值为______ ____。 ② 多次改变温控室的温度，重复上述实验过程，测得多组热敏电阻在不同温度 t 下对应的电阻值 R，作 出 R—t 图象，如图乙所示，由图可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而__________（填“增大”或“减 小”）。 （2）用上述热敏电阻设计一个报警电路如图丙所示，图中继电器的供电电池 E1，其电动势为 3V，内阻 不计，继电器电磁铁线圈用漆包线绕成，其电阻 R3 为 40  。当线圈中的电流大于等于 50mA 时，继电 器的衔铁将被吸合，指示灯熄灭，警铃响。当环境温度升高时，继电器的磁性将__________（填“增大” “减小”或“不变”），当环境温度达到__________℃时，指示灯熄灭，警铃报警。 （3）如果要使报警电路在更低的温度就报警，下列方案可行的是__________。 A．将继电器的供电电池 E1 更换为电动势更小一些的电池 B．将继电器的供电电池 E1 更换为电动势更大一些的电池 C．将指示灯的供电电池 E2 更换为电动势更小一些的电池 D．将指示灯的供电电池 E2 更换为电动势更大一些的电池 【答案】b R0 减小 增大 100 B 【解析】 （1）①闭合电键 S1 前，应将滑动变阻器 R1 的滑片移动 b 端，使滑动变阻器接入电路的电阻最大； 由等效法可知，温度为 t0 时，热敏电阻的阻值为 R0； ② 从图象可以看出，该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。 （2）当环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，电压不变，电流将增大，对应继电器的磁性将增大； 又题意可知，当线圈中的电流大于等于 50mA 时，继电器的衔铁将被吸合，指示灯熄火，警铃响。当电 流等于 50mA 时，热敏电阻的阻值为 R E1  R3  20 I 则由图乙可知，当热敏电阻阻值为 20  ，温度为 100℃。 （3）AB．由图乙可知，温度越低，对应热敏电阻的阻值越大，由 E1  I  R  R3  可知，当热敏电阻阻 值 R 增大，电流 I 仍然等于 50mA。E1 需要适当增大，所以要使报警电路在更低的温度就报警，应将继 电器的供电电池 E1 更换为电动势更大一些的电池，故选项 B 正确，选项 A 错误； CD．E2 是为指示灯提供电压的，所以改变报警器的报警温度与 E2 无关，故选项 C、D 错误。 故选 B。 1．如图所示，Rt 为金属热电阻，R1 为光敏电阻，R2、R3 均为定值电阻，电源电动势为 E、内阻为 r，V 为 理想电压表。现发现电压表示数增大，可能的原因是 A．金属热电阻温度升高，其他条件不变 B．光照增强，其他条件不变 C．金属热电阻温度升高，光照增强，其他条件不变 D．金属热电阻温度降低，光照减弱，其他条件不变 【答案】D 【解析】金属热电阻温度升高，电阻增大，总电流减小，路端电压增大，通过光敏电阻的电流增大， 通过 R3 的电流减小，R3 两端的电压减小，A 错误。光照增强，R1 电阻减小，总电阻减小，路端电压减 小，通过 R3 的电流减小，电压表示数减小，B 错误。金属热电阻温度升高，电阻增大，光照增强， R1 电阻减小；如果总电阻减小，则路端电压减小，通过 R3 的电流减小，电压表示数减小；如果总电阻增 大，则总电流减小，路端电压增大，通过 R1 的电流增大，通过 R3 的电流减小，电压表示数减小，C 错 误。金属热电阻温度降低，电阻减小，光照减弱，R1 电阻增大；如果总电阻减小，则总电流增大，路 端电压减小，通过 R1 的电流减小，通过 R3 的电流增大，电压表示数增大；如果总电阻增大，则路端电 压增大，通过 R3 的电流增大，电压表示数增大，D 正确。 2．（2020·安徽省高三模拟）如图所示，某同学利用光敏电阻 R（光照越强电阻越小）和继电器设计了一 个简单的自动照明系统，天黑时灯泡自动开启，天亮时灯泡自动熄灭。继电器线圈的电阻为 50Ω，当线 圈中的电流大于 10mA 时，继电器的衔铁被吸合。为继电器供电的电池电动势 E=1.5V，内阻可忽略不 计，图中的“电源”是为灯泡供电的电源。 (1)应该把灯泡接在______（填“A、B 端”或“C、D 端”）。 (2)已知滑动变阻器 R'的最大阻值为 50Ω，下面两种规格的光敏电阻应该选择______（填“甲”或“乙”）。 光敏电阻甲：白天正午时电阻最小值为 5Ω，完全没有光照时电阻最大值为 300Ω； 光敏电阻乙：白天正午时电阻最小值为 2Ω，完全没有光照时电阻最大值为 50Ω。 1 (3)若第(2)问中所选光敏电阻在下午 7 点钟时的阻值为其最大阻值的 4 ，如果要使此时灯泡刚好自动开 启，滑动变阻器 R'的接入电阻应该为______Ω；若想让灯泡开启时间提前，应将滑动变阻器 R'的接入电 阻调______（填“大”或“小”）。 【答案】A、B 端 甲 25 大 【解析】(1)当光照较强时，线圈中的电流大，所以白天线圈中的电流是大的，此时线圈中的电流应该 大于 10mA ，衔铁吸合，灯泡此时熄灭，所以应该把灯泡接在 A、B 端； (2)已知电池电动势 E  1.5V ，当线圈中的电流等于 10mA 时，回路中的总阻值为 150Ω ，所以灯泡要 想晚上开启，回路中的总阻值得大于 阻为 50Ω 150Ω ，因为滑动变阻器 R'的最大阻值为 ，所以光敏电阻接入阻值需要大于 50Ω 50Ω ，继电器线圈的电 时，灯泡才会开启，所以光敏电阻应该选甲。 1 (3)光敏电阻在下午 7 点钟时的阻值为其最大阻值的 4 ，此时光敏电阻的阻值为 75Ω，要使此时灯泡刚 好自动开启，则滑动变阻器 R'的接入电阻 R�  150  50  75Ω25Ω  想让灯泡开启时间提前，说明开启时光敏电阻的阻值比下午 7 点钟时光敏电阻的阻值小，则滑动变阻器 R'的接入电阻应调大。 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿 z 轴方向的磁场，磁感应强度 B=B0+kz（B0、k 均为 大于零的常数）。将传感器固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流 I 不变（方向向右）。当物体沿 z 轴 方向运动时，由于位置不同，霍尔元件在 y 轴方向的上、下表面产生的电势差 U 也不同。则 A．若该霍尔元件是电子导电，则上板电势比下板电势高 B．传感器灵敏度 U 与通过的电流有关 z C．传感器灵敏度 U 与上、下表面的距离有关 z D．当物体沿 z 轴正方向移动时，上、下表面的电势差 U 变小 【参考答案】AB 【详细解析】由左手定则，霍尔元件中的电子受洛伦兹力向下运动，下板电势低、上板电势高， A 正 确；霍尔元件内部形成电场，最终电子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，设霍尔元件沿 x、y、z 轴的长宽 分别为 a、b、c，有 eU BI ( B0  kz ) I  evB ，电流 I=nevbc，可得 U   ，沿 z 轴正方向移动时，上、 b nec nec 下表面的电势差 U 变大，D 错误；将 U  ( B0  kz ) I U kI  对 z 求导有 ，与通过的电流 I 有关，与上、 nec z nec 下表面的距离 b 无关，B 正确，C 错误。 【知识拓展】由霍尔电压 U H  k 1 IB BI ，结合本题中 U  ，可知霍尔系数 k  ，其中 n 为载流 nq d nec 子单位体积的数密度，q 为载流子的电荷量，即霍尔系数由材料本身决定。 1．霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电势差的效应，人们利用霍尔效应制成测量磁场 的磁传感器。这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量。如图甲所示，某同学将磁传感器 调零后探究条形磁铁附近的磁场，计算机显示磁感应强度为正，他接下来用探头同样的取向研究长直 螺线管（电流方向如图乙所示）轴向的磁场，以螺线管轴线的中心点为坐标原点，沿轴线向右为 x 轴正 方向，建立坐标系。下列图象中可能正确的是 【答案】A 【解析】由电流方向可知，螺线管的左端为 N 极，右端为 S 极，螺线管轴线上磁场向左，因为探头取 向不变，故磁感应强度为正，BD 错误；螺线管内部轴线上磁感应强度大小恒定，螺线管外部轴线上磁 感应强度向两侧递减，A 正确，C 错误。 2．（2018·甘肃张掖市高三第三次诊断考试物理试题）电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控 制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔转把”，属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁 铁和霍尔器件等，截面如图甲。永久磁铁的左右两侧分别为 N、S 极，开启电源时，在霍尔器件的上下 面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器 件能输出控制车速的霍尔电压，己知电压与车速关系如图丙，以下关于“霍尔转把”叙述正确的是 A．为提高控制的灵敏度，应该使永久磁铁的上下端分別为 N、S 极 B．按图甲顺时