高中物理第4章传感器与现代社会4_3用传感器做实验4_4信息时代离

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4.3 用传感器做实验

4.4 信息时代离不开传感器

温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量.温度传感器中用于测温的敏感元件是热敏电阻，它由铂金属制成.铂金属电阻的温度系数稳定、电阻率高、测量范围宽，在工业测温中应用广泛.

2.力传感器

将力学量转换为电学量的装置称为力传感器.力传感器的工作原理是通过内部的悬臂梁先将力学量转换成金属材料的形变，然后由敏感元件将这种形变转换成电学量.力传感器的敏感元件是金属电阻应变片，在外力作用下电阻丝的长度和截面改变引起电阻变化.

3.磁传感器——霍尔元件的应用

霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量的元件.磁传感器中的敏感元件是磁敏感元件，也称为霍尔元件.

霍尔电压：如图4-3-1所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压U H，U H＝K H IB.

图4-3-1

1.家用遥控系统使用的是红外线传感器.(√)

2.火灾报警器是利用的温度传感器.(×)

3.霍尔元件的作用是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.(√)

在一些酒店、银行安装有自动门，人到门前，门能自动打开，人过后，门又能关上，这种传感器是靠什么工作的？

【提示】自动门内部有红外线感应系统(也有靠雷达的)，当人在红外线检测区域内，传感器将电动机启动、开门、关门.

如图所示为一矩形霍尔元件，沿EF方向通的电流I，放入匀强磁场B之中.

图4-3-2

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2文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 探讨1：霍尔元件是将磁学量转换为什么物理量？

【提示】 电压.

探讨2：若此霍尔元件为半导体材料制成的，则N 、M 两点的电势哪点高？

【提示】 N 点高.

探讨3：若此霍尔元件为金属材料制成的，则N ，M 两点的电势哪点高？

【提示】 M 点高.

1.霍尔元件

如图4-3-3所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成为电压这个电学量.

图4-3-3

2.霍尔电压U H ＝k IB d

(1)其中k 为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关.

(2)一个霍尔元件的厚度d 、霍尔系数k 为定值，再保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件.

(3)霍尔效应的原理

外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压，设图中MN 方向长度为l 2，则q U H l 2＝qvB .

根据电流的微观解释，I ＝nqSv ，整理后，得U H ＝IB nqd

. 令k ＝1nq

，因为n 为材料单位体积的导电粒子个数，q 为单个导电粒子的电荷量，它们均为常数，所以U H ＝k IB d

. U H 与B 成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因.

1.霍尔元件能转换哪两个量( )

A.把温度这个热学量转换为电阻这个电学量

B.把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

C.把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量

D.把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

【解析】 霍尔电压U H ＝kIB /d ，它是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，