第2节温度传感器和光传感器学习目标核心提炼1.了解双金属片、热电阻和热敏电阻传感器的特性和工作原理。
两种传感器——温度2.知道光传感器的工作原理和实际应用。
传感器、光传感器3.体会温度传感器和光传感器如何将非电信息转化为电信息以及在应用中的设计思路。
一、温度传感器1.热双金属片温度传感器(1)原理：不同金属的膨胀系数不同，将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体后，温度升高时，由于两面金属膨胀程度不同，双金属片受热变形，并且向膨胀系数小的一方弯曲。
(2)应用：日光灯启动器，电机过热保护器等。
2.热电阻传感器(1)原理：金属丝的电阻随温度升高而增大。
(2)电阻与温度的关系：R＝R0(1＋θt)。
(3)应用：测温度、测流量。
3.热敏电阻传感器(1)NTC热敏电阻：温度升高，电阻减小。
常用于测温、温度控制或过热保护。
在某个特定温度附近时电阻急剧变化，适用于制成热保护开关。
(2)PTC热敏电阻：温度升高，电阻增大。
思维拓展热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小？答案不是。
正温度系数热敏电阻(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻(NTC)在温度升高时电阻值减小。
二、光传感器1.作用：光传感器是转换光信号的传感器。
2.原理：有些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化。
3.应用：自动门、光电式烟尘浓度计、光电式转速表。
思考判断(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越大。
(×)(2)制作光敏电阻的材料是半导体，半导体是靠空穴和自由电子即载流子导电的。
(√)(3)半导体中的载流子随光照的增强而减少，导电能力也就随光照的增强而减弱。
(×)预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题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特点光敏电阻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，电阻减小热敏电阻和金属热(1)热敏电阻：指用半导体材料制成，电阻值电阻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。
(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，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方向漂移，在两极上形成稳定的电压U H＝kIBd。
[精典示例][例1]如图1所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED距离不变，下列说法正确的是()图1A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变解析当滑动触头P向左移动时，通过LED的电流变大，光照增强，光敏电阻R 变小，通过灯泡的电流变大，故L消耗的功率增大。
同理，当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率减小。
答案 A含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)变化是增大还是减小。
(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2] (多选)如图2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2A.电势φa＞φbB.电势φb＞φaC.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正确，B错误；因|φa－φb|＝k IBd，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1] (多选)如图3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()图3A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大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＝Er＋R知电路中的电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，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热敏电阻的应用[要点归纳]1.金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而升高或降低。
2.热敏电阻分类①负温度系数热敏电阻(NTC)：电阻值随温度升高而减小。
②正温度系数热敏电阻(PTC)：电阻值随温度升高而增大。
特点对温度变化的响应敏感、灵敏度高应用测温、温度控制或过热保护[精典示例][例3](2018·湖南衡阳期末)(多选)如图4甲所示，电阻R1的阻值为0.5R0，灯泡L的电阻值恒为R0，R2是热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图乙所示。
已知电流表为理想电表，电源的内阻r＝R0。
则下列说法中正确的是()图4A.当温度升高时，R1两端的电压增大B.当温度降低时，电流表的示数增大C.当温度升高时，灯泡L的亮度变大D.当温度为40 ℃时，电源的输出功率最大解析温度升高时，R2的阻值减小，总电阻减小，总电流增大，R1两端电压增大，电源内电压增大，路端电压减小，灯泡L两端的电压减小，灯泡L的亮度变小，选项A正确，C错误；温度降低时，R2的阻值增大，总电阻增大，总电流减小，电流表的示数减小，选项B错误；温度为40 ℃时，R2＝R0，此时外电路的总电阻为R0，等于电源的内阻，所以电源的输出功率最大，选项D正确。
答案AD根据热敏电阻的阻值随温度变化的特点，利用串、并联电路的动态分析思路，可解此类问题，热敏电阻相当于滑动变阻器(可变电阻)。
[针对训练2]如图5所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时()图5A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱解析R2与灯泡L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻R2温度降低时，它的电阻增大，外电路电阻增大，电路中的总电流减小，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，故选项C正确，A、B、D项均错误。
答案 C1.(温度传感器的应用) (多选)如图6所示为电阻R随温度t变化的图线，下列说法中正确的是()图6A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C.图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高答案BD2.(温度传感器的应用)图7是一火警报警器的部分电路示意图。
其中R2为用负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。
当传感器R2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()图7A.I变大，U变大B.I变大，U变小C.I变小，U变大D.I变小，U变小解析当R2所在处出现火情时，温度升高，半导体热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流增大，外电路的电压将减小，所以R1上的电压增大，R3两端的电压将减小，显示器的电流减小。
故选项D正确。
答案 D3.(光传感器的应用)街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，它们是利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的()A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用解析街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断。
答案 B基础过关1.类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。
下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A.是力传感器B.是光传感器C.是温度传感器D.是声音传感器解析遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，选项B正确，A、C、D错误。
答案 B2.(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B.热敏电阻C.霍尔元件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BC3.光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。
利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。
该报警器利用的传感器是()图1A.力传感器B.声传感器C.位移传感器D.光传感器答案 D4.(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2所示，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻NTC(温度越高电阻越小)，C为电容器。
当环境温度降低时()图2A.电容器C的带电荷量增大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＝ER总知I变小，又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U1变小，U2变大，由场强公式E′＝U2d知E′变大，由Q＝CU2可知Q增大，故选项A 正确，C错误。