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2.温度传感器和光传感器一、温度传感器1.热双金属片温度传感器:(1)原理:不同金属的_________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_________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_______,电机过热保护器等。膨胀系数膨胀程度启动器2.热电阻传感器:(1)原理:金属丝的电阻随温度升高而_____。(2)电阻与温度的关系:R=_________。(3)应用:测_____、测流量。增大R0(1+θt)温度3.热敏电阻传感器:(1)NTC热敏电阻:温度升高,电阻_____。常用于测温、温度控制或过热保护。(2)PTC热敏电阻:温度升高,电阻_____。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。减小增大二、光传感器1.作用:光传感器是转换_______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_____或_____,实现光信号向电信号的转化。3.应用:_______、光电式烟尘浓度计、光电式转速表。光信号电流电压自动门【思考辨析】(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。()(4)热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。()提示:(1)×。光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化,但光照越强,电阻越小,导电能力越强。(2)√。(3)×。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,而载流子随光照的增强而增多,表现为电阻减小,导电能力增强。(4)×。正温度系数的热敏电阻在温度升高时电阻值增大。一光敏电阻的特性【典例】为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如表:世纪金榜导学号照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018(1)根据表中数据,请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻Rp(符号,阻值见图表)直流电源E(电动势3V,内阻不计)定值电阻:R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。【解题探究】(1)如何描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线?提示:根据表中数据,先描点,后用平滑的曲线连接。(2)如何能使1、2两端所加电压为2V?提示:电源电动势为3V,要使1、2两端所加电压为2V,故应加上一个分压电阻。【正确解答】(1)根据表中的数据,在坐标纸上描点连线,得到如图所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)因天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,此时光敏电阻阻值为20kΩ,两端电压为2V,电源电动势为3V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10kΩ,即选用R1;此电路的原理图如图所示。答案:见正确解答【核心归纳】1.探究光敏电阻的特性:(1)实验器材:电压直流电源、滑动变阻器、小灯泡、多用电表、光敏电阻、导线、黑纸。(2)实验步骤:①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,并将多用电表置于“×100”挡。②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。③打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。④用黑纸遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。(3)数据处理:把记录的结果填入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω2.认识光敏电阻:(1)光敏电阻的材料是一种半导体,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好。(2)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。它就像人的眼睛,可以看到光线的强弱。光线愈强,阻值愈低。一般光敏电阻的阻值在不受光照时是受光照时的100～1000倍。(3)光敏电阻灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜,因此在自动化技术中应用非常广泛。3.光传感器的应用——火灾报警器:(1)如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器,其工作原理是:带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时,光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态。(2)烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。【特别提醒】(1)热敏电阻随温度的升高,电阻有可能减小,也有可能增大。(2)并非所有半导体材料都可以当成光敏电阻或热敏电阻使用。【过关训练】1.如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻、R2为定值电阻,A、B接监控装置。则()A.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压升高B.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压降低C.当仅增大R2的阻值时,可减小A、B之间的电压D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压【解析】选B。R1是光敏电阻,有光照射时,电阻变小,当有人通过遮蔽光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小,故A项错误,B项正确;由闭合电路欧姆定律得:U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故C项错误;当减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故D项错误。【补偿训练】利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2m,则下列说法正确的是()A.传送带运动的速度是0.1m/sB.传送带运动的速度是0.4m/sC.该传送带每小时输送3600个工件D.该传送带每小时输送7200个工件【解析】选C。从图乙可以知道:每间隔1s的时间光传感器就输出一个电信号,而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离,所以传送带运动的速度是v=m/s=0.2m/s。故A、B错误;传送带每小时传送的距离为s=vt=0.2×3600m=720m,工件个数为n==3600个,C正确,D错误。0.21sL2.如图所示,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.该仪器的使用不会因白天和晚上受到影响【解析】选A。严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D错。3.(2019·乐山高二检测)如图所示的电路中,R为光敏电阻(增大照射光的强度电阻会减小)、C为电容器,灯泡L的额定电压为50V,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1。闭合电键S,在a、b两端输入正弦交变电压U=100sin10πt(V),则下列说法正确的是世纪金榜导学号()2A.灯泡会正常发光B.光敏电阻中的电流和灯泡中的电流相等C.增大照射光的强度照射光敏电阻,灯泡会变亮D.断开电键S,灯泡会熄灭【解析】选C。由题可知,原线圈两端的电压的有效值为100V,根据变压比,副线圈两端的电压为50V,由于电容器和电阻都会阻碍电流,因此灯泡两端的电压小于50V,不会正常发光,A错误;由于电容器能通交流电,因此电阻R中的电流小于灯泡中的电流,B错误;增大照射光的强度照射光敏电阻,光敏电阻的阻值减小,对电流的阻碍减小,因此灯泡中的电流增大,灯泡会变亮,C正确;断开电键S,由于电容器能通过交流电,因此灯泡不会熄灭,D错误。故选C。【规律方法】对含光电传感器电路问题的思路分析(1)判断电路的整体连接特点。(2)由光敏电阻的变化判断出整个电路总电阻的变化。(3)根据闭合电路欧姆定律判断干路中电流的变化。(4)根据电路串并联特点和欧姆定律判断出各部分电路电压和电流的变化,进而得出电压表、电流表的示数的变化和各部分功率等情况的变化。【补偿训练】(多选)如图所示,R是光敏电阻,当它受到的光照强度增大时()A.灯泡L变暗B.光敏电阻R上的电压增大C.电压表V的读数减小D.电容器C的带电荷量增大【解析】选C、D。当光照强度增大时,光敏电阻阻值减小,外电路总电阻减小,根据欧姆定律得知,总电流I增大,灯泡变亮,故A错误;电流增大,电源内阻所占电压增大,路端电压减小,所以电压表的示数减小,而灯泡两端电压增大,所以光敏电阻R上的电压减小,故B错误,C正确;灯泡两端电压,即电容器两端电压增大,根据Q=UC可知,电容器C的带电量增大,故D正确,故选C、D。二热敏电阻的特性【典例】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示,电源的电动势E=9.0V,内阻不计,G为灵敏电流表,内阻RG保持不变,R为热敏电阻,其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当温度等于20℃时,电流表示数I1=2mA;当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻的温度是世纪金榜导学号()A.60℃B.80℃C.100℃D.120℃【解析】选D。由题图乙可知,当t=20℃时,热敏电阻阻值R1=4kΩ。由闭合电路欧姆定律E=I1(R1+RG),代入数值可求得RG=500Ω;当I2=3.6mA时,设热敏电阻阻值为R2,则E=I2(R2+RG),可求得R2=2kΩ,由题图乙可知,这时热敏电阻温度t=120℃。故正确选项为D。【素养解读】核心素养素养角度素养任务科学探究问题解释利用图像探究热敏电阻与温度的关系科学思维科学推理根据闭合电路欧姆定律分析求出温度的数值【核心归纳】1.探究热敏电阻:(1)实验器材:热敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、导线等。(2)实验步骤:①按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。②把多用电表置于“欧姆”挡,并选择合适的挡位测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下此时温度计的示数。③向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。④将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。(3)数据处理:①根据记录数据,把测量到的温度值和电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。次数待测量温度/℃电阻/Ω②在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。2.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。热敏电阻主要有两种:(1)正温度系数热敏电阻(PTC):指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻,可专门用作恒定温度传感器(甲图)。(2)负温度系数热敏电阻(NTC):指随温度的上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻(乙图)。3.热敏电阻的应用:(1)热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引