新教材高中物理課后訓(xùn)練13常見(jiàn)傳感器的工作原理（含解析）魯科版選擇性

常見(jiàn)傳感器的工作原理

（建議用時(shí)：40分鐘）

［4組基礎(chǔ)鞏固練］

◎題組一傳感器的原理和分類

1.（多選）關(guān)于傳感器的作用，下列說(shuō)法正確的是（）

A.通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制

B.傳感器可以用來(lái)采集信息

C.傳感器可以將感受到的一些信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量

D.傳感器可以將所有感受到的信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量

BC［傳感器的作用主要是用來(lái)采集信息并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成便丁?測(cè)量的量；但并不

是將其感受到的所有信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。故氏C正確。］

2.關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.非電學(xué)量一敏感元件一轉(zhuǎn)換電路一電學(xué)量一轉(zhuǎn)換元件

B.電學(xué)量一敏感元件一轉(zhuǎn)換電路一轉(zhuǎn)換元件一非電學(xué)量

C.非電學(xué)量一敏感元件一轉(zhuǎn)換元件一轉(zhuǎn)換電路一電學(xué)量

D.非電學(xué)量一轉(zhuǎn)換電路一轉(zhuǎn)換元件一敏感元件一電學(xué)量

C［傳感器工作的一般流程為:

被感知，然后通過(guò)

非電學(xué)量一^敏感元件--------------轉(zhuǎn)換元件

轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)

------------------------^轉(zhuǎn)換電路

將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測(cè)量的

---------------------------------^電學(xué)量，因此A、B、D錯(cuò)誤，C正確。］

3.關(guān)于物理傳感器，化學(xué)傳感器和生物傳感器的下列說(shuō)法中，正確的是（）

A.物理傳感器利用材料的某種物理性質(zhì)工作，因而只能用于機(jī)械加工行業(yè)不能用于化工

領(lǐng)域

B.化學(xué)傳感器是利用某種化學(xué)反應(yīng)來(lái)工作的，因而只能輸出某種化學(xué)物質(zhì)而不能輸出電

學(xué)量

C.生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度條件下工作

D.生物傳感器由于含有生命物質(zhì)，因而對(duì)使用傳感器的環(huán)境條件有一定要求

D［不論哪種傳感器都可以將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出，故B錯(cuò)誤；物理傳感器在化

工領(lǐng)域也可以使用，如溫度傳感器等，故A錯(cuò)誤；生物傳感器能夠使用的前提是傳感器中的

生命物質(zhì)保持生物活性，故C錯(cuò)誤，D正確。］

◎題組二光敏電阻和熱敏電阻的特性

4.關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，隨光照的減弱而增大

B.光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器

C.熱敏電阻是用金屬伯制成的，它對(duì)溫度感知很靈敏

D.熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器

A［光敏電阻是把光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電阻的元件；熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件，故B、

D錯(cuò)誤；熱敏電阻和光敏電阻都是半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性，金屬伯與

熱敏電阻的阻值隨溫度的變化趨勢(shì)相反，故C錯(cuò)誤。］

5.如圖（a）所示的電路中，光敏電阻尼加上圖（b）所示的光照時(shí)，花兩端的電壓變化規(guī)律

是圖中的（）

尸&tR

2r

ABCD

B［光敏電阻隨光照的增強(qiáng)電阻減小，電路中電流增大，電阻用兩端電壓增大，自兩端

電壓減小，但不能減小到零。故選項(xiàng)B正確。］

6.（多選）有定值電壓、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示

電路中的4、3兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)

法中正確的是（）

歐姆表

~1

046B

A.置入熱水中與不置入熱水中相比,歐姆表示數(shù)變化較大的一定是熱敏電阻

B.置入熱水中與不置入熱水中相比,歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻

C.用黑紙包住與不用黑紙包住相比,歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻

D.用黑紙包住與不用黑紙包住相比,歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻

AC［熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變

化，故A正確，B錯(cuò)誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值

不隨光照的變化而變化，故C正確，I）錯(cuò)誤。］

7.某同學(xué)設(shè)計(jì)的散熱排風(fēng)控制電路如圖所示，M為排風(fēng)扇，?是可變電阻，必是半導(dǎo)體

熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小。控制開(kāi)關(guān)電路具有下列特性：當(dāng)/點(diǎn)電勢(shì)雙V九時(shí)，

控制開(kāi)關(guān)處于斷路狀態(tài)；當(dāng)血2九時(shí)，控制開(kāi)關(guān)接通電路，M開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。下列說(shuō)法中正確的

是（）

A.環(huán)境溫度升高時(shí)，力點(diǎn)電勢(shì)升高

B.可變電阻發(fā)阻值調(diào)大時(shí)，力點(diǎn)電勢(shì)降低

C.可變電阻斤阻值調(diào)大時(shí)，排風(fēng)扇開(kāi)始工作的臨界溫度升高

D.若用金屬熱電阻代替半導(dǎo)體熱敏電阻，電路仍能正常工作

A［當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體熱敏電阻分的阻值隨溫度升高而減小，則電路中的電流

增大，所以/點(diǎn)的電勢(shì)升高，故A正確；可變電阻〃阻值調(diào)大時(shí)，導(dǎo)致電路的電流減小，則力

點(diǎn)電勢(shì)升高，故B錯(cuò)誤；可變電阻斤阻值調(diào)大時(shí)，導(dǎo)致電路的電流減小，則力點(diǎn)電勢(shì)升高，

由于當(dāng)月點(diǎn)電勢(shì)以〈弧時(shí)，控制開(kāi)關(guān)處于斷路狀態(tài)；當(dāng)血20。時(shí)，控制開(kāi)關(guān)接通電路，M

開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，工作臨界溫度沒(méi)變，而是提前被接通，故C錯(cuò)誤；若用金屬熱電阻代替半導(dǎo)體熱

敏電阻，當(dāng)溫度升高時(shí)，其阻值增大，導(dǎo)致A點(diǎn)電勢(shì)降低，則開(kāi)關(guān)會(huì)處于斷開(kāi)狀態(tài)，所以起

不到散熱排風(fēng)的作用，故D錯(cuò)誤。］

◎題組三霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

8.霍爾元件是磁傳感器，是實(shí)際生活中的重要元件之一。如圖所示為長(zhǎng)度一定的霍爾元

件,在該元件中通有方向從￡到〃的恒定電流/,現(xiàn)在空間加一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)

強(qiáng)度大小為H其中元件中的載流子為帶負(fù)電的電荷。則下列說(shuō)法正確的是（）

A.該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量

B.左表面的電動(dòng)勢(shì)高于右表面

C.如果用該元件測(cè)赤道處的磁場(chǎng)，應(yīng)保持平面呈水平狀態(tài)

D.如果在霍爾元件中的電流大小不變，則左右表面的電勢(shì)差與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比

D［霍爾元件能夠把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，A錯(cuò)誤；由于元件中的載流子為帶負(fù)電的電

荷，則負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向由〃到￡,由左手定則可知負(fù)電荷向左表面偏轉(zhuǎn)，則右表面的電勢(shì)高,

B錯(cuò)誤；如果用該元件測(cè)赤道處的磁場(chǎng)，由于地磁場(chǎng)與水平面平行，因此如果霍爾元件的平面

保持水平，則無(wú)電壓產(chǎn)生，C錯(cuò)誤；根據(jù)94=心得，U=Bdv,由電流的微觀定義式/=〃貫/（〃

是單位體積內(nèi)的導(dǎo)電粒子數(shù)，g是單個(gè)導(dǎo)電粒子所帶的電荷量，S是導(dǎo)體的橫截面積，/是導(dǎo)

電粒子運(yùn)動(dòng)的速度)整理得聯(lián)立解得L^=—r可知用霍爾元件可以測(cè)晟地做場(chǎng)的磁

感應(yīng)強(qiáng)度，保持電流不變，則左右表面的電勢(shì)差與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，D正確。］

9.一塊N型半導(dǎo)體薄片(稱霍爾元件)，其橫截面為矩形，體積為bXcXd,如圖所示。

已知其單位體積內(nèi)的電子數(shù)為〃、電阻率為。、電子電荷量為6。將此元件放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，

磁場(chǎng)方向沿Z軸正方向，并通有沿X軸正方向的電流乙

⑴此元件的C、C兩個(gè)側(cè)面中，哪個(gè)面電勢(shì)高？

⑵試證明在磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，此元件的ac兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差與其中的電流成正

比；

(3)磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度8的儀器。其測(cè)量方法為：將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)

磁場(chǎng)中，用亳安表測(cè)量通過(guò)的電流/,用亳伏表測(cè)量ac間的電壓丘,就可測(cè)得凡若已

知其霍爾系數(shù)女=」~^=10mV/mA?To并測(cè)量Ucc=0.6mV,Z=3mA。試求該元件所在處的

ned

磁感應(yīng)強(qiáng)度8的大小。

［解析］(D因電子的運(yùn)動(dòng)方向與電流的方向相反，再由左手定則可知，電子向C面偏移,

所以1面電勢(shì)較高。

⑵假設(shè)定向移動(dòng)速度為*由/=*q=nebdvt

可得：I=nebdv

穩(wěn)定時(shí)有：Bev=

可得：Ucc與中各量均為定值，

neanea

所以側(cè)面的電勢(shì)差與其中的電流成正比。

Ucc

(3)由(2)可知6=下，代入得：6=0.02T。

K1

［答案］(1)0面較高(2)見(jiàn)解析(3)0.02T

［B組素養(yǎng)提升練］

1.如圖所示是一火警報(bào)警器的一部分電路示意圖，其中他為用NTC半導(dǎo)體熱敏材料制成

的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器，當(dāng)傳感器尼所在處出現(xiàn)火情時(shí),

顯示器的電流/、報(bào)警器兩端的電壓〃的變化情況是()

A./變大，〃變大B./變小，〃變小

C./變小，〃變大D./變大，〃變小

B［當(dāng)分處出現(xiàn)火情時(shí)，NTC熱敏材料制成的傳感器的電阻將減小，則此時(shí)電路中的總

電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知：外電路電壓將減小，〃減小；電路中的總電流增大，所

以宿上的電壓增大，顯示器兩端的電壓將減小，電流/減小，B正確。］

2.（多選）如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,吊為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，R

為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變（光照或溫度），發(fā)現(xiàn)小燈

泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是（）

A.溫度不變，光照增強(qiáng)

B.溫度升高，光照不變

C.溫度降低，光照增強(qiáng)

D.溫度升高，光照減弱

AC［由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時(shí)，小燈泡L都會(huì)變暗，結(jié)

合光敏電阻特性可知，A正確，B錯(cuò)誤；若光敏電阻阻值減小的同時(shí)，熱敏電阻的阻值增大，

小燈泡L變暗，C正確：若熱敏電阻減小，光敏電阻增大，則小燈泡變亮，D錯(cuò)誤。］

3.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用產(chǎn)品中，它是利用熱敏電阻

的阻值隨溫度的變化而變化的特性工作的。如圖甲中，電源的電動(dòng)勢(shì)八9.0V,內(nèi)電阻可忽

略不計(jì)；G為靈敏電流計(jì)，內(nèi)阻呆持不變；斤為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖

乙的於「圖線所示，閉合開(kāi)關(guān)，當(dāng)〃的溫度等于120°C時(shí)，電流表示數(shù)/=3mA,求：

甲

（1）電流計(jì)G的內(nèi)阻用；

⑵當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)4=1.8nA時(shí)，熱敏電阻斤的溫度。

［解析］（D由題圖乙知熱敏電阻用的溫度在120°C時(shí)，電阻為2kQ,閉合電路的電流

為/i=3mA

根據(jù)閉合電路歐姆定律得：

AJ.=y—：1-2X103)Q=1OOOQ。

(2)當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)72=1.8nA時(shí)

Ef93、

R=-r-R,=\,o-：-1X103Q=4000Q

12\1.OAV1mUJ

由題圖乙可知當(dāng)熱敏電阻火阻值為4000Q時(shí)的溫度為20℃o

［答案］(1)1000Q(2)20℃

4.如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為勿的振子兩端連有勁度系數(shù)均為力的輕彈

簧，電源的電動(dòng)勢(shì)為￡,不計(jì)內(nèi)阻，滑動(dòng)變阻器的總阻值為此有效長(zhǎng)度為￡,系統(tǒng)靜止時(shí)滑

動(dòng)觸頭位于滑動(dòng)變阻器正中間，這時(shí)電壓表指針恰好在刻度盤正中間。求：

(p

-