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内容1：传感器的认识
一、神奇的传感器
1．楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的 和声音的 。只有环境的亮度 某一数值，同时声强 某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
2．自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的 ，从而发出使自动 门开关启动的命令。这种装置就是 。
3．便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“ ”，它能感知乙醇的浓度。
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的 转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是 、 等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量， 可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类
1．传感器的种类： 、 、 等物理传感器。
2．电化学反应原理：把无机或有机化学物质的 、 等转换为电信号。
3．生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如 、 、 细胞传感器等生物传感器。
三、传感器的组成与应用模式
1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测 的部分。
2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成 的部分。它们分别完成 和 两个基本功能。
1．(多选)关于传感器的作用，下列说法中正确的有(　　)
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
2．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
3．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为改变了(　　)
A．湿度　　　　　　　　 B．温度
C．磁场 D．电容
4．传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是(　　)
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
5．利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为(　　)
A．位移传感器 B．速度传感器
C．时间传感器 D．光电门传感器
内容2：常见传感器的工作原理及应用
一、光敏电阻
1．特点：光照越强，电阻 。
2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能 ；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
3．作用：把 这个光学量转换为电阻这个电学量。
二、热敏电阻和金属热电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻 ，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。
甲　　　　　　乙
2．金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而 ，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大
制作材料 半导体 金属导体
优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大
作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
4.注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
三、力传感器的应用——电子秤
1．组成及敏感元件：由 和 组成，敏感元件是 。
2．工作原理：
3．作用：应变片将物体 这个力学量转换为 这个电学量。
1．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是(　　)
A．金属导体　　　　 B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻 D．PTC热敏电阻
2．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是(　　)
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
3．(多选)有定值电压、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　　)
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
4．(多选)如图为电阻R随温度T变化的图线。下列说法中正确的是(　　)
A．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对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
5．(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压值也越大
内容3：利用传感器制作简单的自动控制装置
一、门窗防盗报警装置
1．电路如图所示。
2．工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
3．实验器材
干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。
4. 实验步骤
（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
（2）确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
二、光控开关
1．电路如图所示。
2．工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，
光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流， 点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
3．实验器材
发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。
4．实验步骤
（1）按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源。
（2）让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
（3）遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
5．注意事项
（1）安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
（2）光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接。
（3）如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖 光敏电阻，再进行观察。
1．如图所示，图甲为热敏电阻的R t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：
甲　　　　　　　　　乙
（1）应该把恒温箱内的加热器接在 (选填“A、B端”或“C、D端”)。
（2）如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为 Ω。
2．某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻R1(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0)。
设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。
（1）按电路图连接好实验器材。
（2）将滑动变阻器滑片P滑到 (选填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于 (选填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。
（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝ (用题目中给定的符号)。
（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在 (选填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？ (选填“是”或“否”)。
3．(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能 (选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更 (选填“敏感”或“不敏感”)。
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U I关系图线。
甲　　　　　　　　　乙
丙
(a)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B
(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是 (选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(b)将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为 W，电源的内阻为 Ω。
4．如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。
甲
(1)房卡的作用相当于一个 (填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
专题1：传感器工作原理、常见敏感元件及应用
1.传感器的工作原理
传感器感受的都是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号一般都是非常微弱的，通常要经过放大后再传送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示。
2．常见敏感元件及特性
（1）光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
（2）金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大。
（3）热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（4）电容器：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。
3．传感器的应用
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
（1）“感”是指传感器的敏感元件感受信息，并转化为电学量。
（2）“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。
（3）“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
4．传感器电路问题的设计思路
处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
（1）传感器所在的信息采集部分。
（2）转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)。
（3）执行电路。
【例1】　如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U关系曲线图．
（1）为了通过测量得到如图甲所示I U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是 ；
简要说明理由： 。
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
甲
乙
（2）在图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。由热敏电阻的
I U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为 Ω。
（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子。
专题2：日常生活中常见的传感器
红外线传感器
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息。
自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76～1 000 μm的电磁波，即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影、卫星遥感遥测等高科技领域，也被广泛用于日常生活中，自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗、防火报警器等均使用了红外线敏感传感器。
自动门的工作流程如图所示。当有人接近自动门时，传感器接收到人体发出的红外线，产生电压输出信号；信号经过电路处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭。
2．压力传感器
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。图(a)中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒， 3是气室， 4是传感器的膜盒。气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起如图(b)所示，当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。
3．电脑中的传感器
电脑常用的两种温度传感器：热敏电阻传感器和集成温度传感器。以下是这两种温度传感器的工作原理。
（1）热敏电阻传感器
热敏电阻传感器按温度对电阻变化的影响，一般可分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻，以及临界温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度下发生急剧变化，适用于温度检测或控制。负温度系数热敏电阻主要为氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体，这些金属氧化物材料都具有半导体性质，当温度较低时，半导体内的电子——空穴对数目较少，因此电阻较高。当温度升高时，热敏电阻内的电子——空穴对数目增加，因此导电率增加，电阻值下降。
（2）集成温度传感器
集成温度传感器是目前电脑普遍采用的温度传感器，具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流源和ADC，集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN正向导通，使电压与温度变化呈反向线性关系，所以后续处理电路可将正向导通电压变化趋势图线表述为被测温度的变化趋势。
4．酒精浓度测试仪
机动车驾驶员酒后驾车，极易发生道路交通事故，严重危害交通安全和人身财产安全。怎样才能判定驾驶员是否酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气的酒精含量就可以判断其饮酒程度。我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器。交通警察使用这样的酒精传感器就能迅速、准确地检查出机动车驾驶员是否酒后驾车。
【例2】　青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在下面虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小
开关S，导线若干
（2）回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为 V，保护电阻R2的阻值范围为 Ω。
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
答：
。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
答：
。
（1）传感器中的敏感元件用于接收非电学量，并将其转换为电学量。
（2）传感器一般用于有害于人体或人不能轻易到达的环境。
（3）在不同的仪器中所使用的传感器一般不同，其原理也不尽相同，但都是将非电学量转化为电学量。内容1：传感器的认识
一、神奇的传感器
1．楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
2．自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动 门开关启动的命令。这种装置就是红外线传感器。
3．便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量， 可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类
1．传感器的种类：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。
2．电化学反应原理：把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。
3．生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、 细胞传感器等生物传感器。
三、传感器的组成与应用模式
1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。
1．(多选)关于传感器的作用，下列说法中正确的有(　　)
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
【解析】BC　传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能直接用来进行自动控制，A选项错误；传感器可以用来采集信息，B选项正确；传感器分不同种类，每种传感器只感受到特定的信号、并把采集到的信号转化为电学量，C选项正确，D选项错误。
2．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
【解析】CD　当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B错误，选项C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A错误，选项D正确。
3．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为改变了(　　)
A．湿度　　　　　　　　 B．温度
C．磁场 D．电容
【解析】D　根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器。手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作，它就成了室内烘干机。
4．传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是(　　)
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
【解析】B　由于电压表是理想的，因此滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误。
5．利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为(　　)
A．位移传感器 B．速度传感器
C．时间传感器 D．光电门传感器
【解析】D　光电门传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t。若挡光片的宽度为d，则瞬时速度v＝，故D正确。
内容2：常见传感器的工作原理及应用
一、光敏电阻
1．特点：光照越强，电阻越小。
2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，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，导电性变好。
3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
二、热敏电阻和金属热电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。
甲　　　　　　乙
2．金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大
制作材料 半导体 金属导体
优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大
作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
4.注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
三、力传感器的应用——电子秤
1．组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。
2．工作原理：
3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
1．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是(　　)
A．金属导体　　　　 B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻 D．PTC热敏电阻
【解析】C　金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻电阻值是随光照强度的增大而减小，PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，只有NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C正确，A、B、D错误．
2．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是(　　)
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
【解析】A　光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误。
3．(多选)有定值电压、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　　)
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
【解析】AC　热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。
4．(多选)如图为电阻R随温度T变化的图线。下列说法中正确的是(　　)
A．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对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
【解析】BD　金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错误，D正确。
5．(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压值也越大
【解析】BD　应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，选项B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，选项D正确。
内容3：利用传感器制作简单的自动控制装置
一、门窗防盗报警装置
1．电路如图所示。
2．工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
3．实验器材
干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。
4. 实验步骤
（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
（2）确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
二、光控开关
1．电路如图所示。
2．工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，
光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流， 点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
3．实验器材
发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。
4．实验步骤
（1）按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源。
（2）让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
（3）遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
5．注意事项
（1）安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
（2）光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接。
（3）如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖 光敏电阻，再进行观察。
1．如图所示，图甲为热敏电阻的R t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：
甲　　　　　　　　　乙
（1）应该把恒温箱内的加热器接在 (选填“A、B端”或“C、D端”)。
（2）如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为 Ω。
【解析】(1)当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。
(2)要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为I＝20 mA。由闭合电路欧姆定律得I＝，式中r为继电器的电阻，解得R＋R′＋r＝450 Ω。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R′＝450 Ω－R－r＝260 Ω。
【答案】　(1)A、B端　(2)260
2．某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻R1(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0)。
设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。
（1）按电路图连接好实验器材。
（2）将滑动变阻器滑片P滑到 (选填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于 (选填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。
（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝ (用题目中给定的符号)。
（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在 (选填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？ (选填“是”或“否”)。
【解析】(2)根据实验的原理可知，需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值，结合滑动变阻器的使用的注意事项可知，开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到 a端，以保证电流表的使用安全；然后将单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，设此时电路总电阻为R，断开电路。
(3)当温度为t时，热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为：R1＝a＋kt，根据闭合电路的欧姆定律可得，I＝＝
(4)由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，所以低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的。
【答案】　(2)a　c　满偏(或指针到最大电流刻度)　(3)　(4)右，否
3．(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能 (选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更 (选填“敏感”或“不敏感”)。
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U I关系图线。
甲　　　　　　　　　乙
丙
(a)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是 (选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(b)将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为 W，电源的内阻为 Ω。
【解析】　(1)图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略增大，而热敏电阻的阻值显著减小。所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感。
(2)(a)为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示；
(b)由图甲可知，通过灯泡的电流是0.3 A时，灯泡两端电压是2.5 V，则灯泡功率P＝UI＝2.5 V×0.3 A＝0.75 W；电源电动势是3 V，过点(0.3 A,2.5 V)和纵轴上3 V的点作一直线，该直线是电源的U I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r＝1.67 Ω。
【答案】　 (1)增强　敏感　(2)(a)A　电路如图所示
(b)0.75　1.67
4．如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。
甲
(1)房卡的作用相当于一个 (填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
乙
【解析】　(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的电键；
(2)将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8－7,4－5,6－9,1－3,2－10 连接起来，构成正常的电门卡电路。如图。
【答案】　 (1)电键　(2)8－7,4－5,6－9,1－3,2－10
专题1：传感器工作原理、常见敏感元件及应用
1.传感器的工作原理
传感器感受的都是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号一般都是非常微弱的，通常要经过放大后再传送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示。
2．常见敏感元件及特性
（1）光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
（2）金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大。
（3）热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
（4）电容器：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。
3．传感器的应用
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
（1）“感”是指传感器的敏感元件感受信息，并转化为电学量。
（2）“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。
（3）“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
4．传感器电路问题的设计思路
处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
（1）传感器所在的信息采集部分。
（2）转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)。
（3）执行电路。
【例1】　如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U关系曲线图．
（1）为了通过测量得到如图甲所示I U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是 ；
简要说明理由： 。
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
甲
乙
（2）在图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。由热敏电阻的I U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为 Ω。
（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子。
【解析】(1)由于I U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)。
(2)由题图知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝ mA＝34 mA。由图像查得34 mA对应的电压为5.3 V，R2两端电压U2＝(9－5.3) V＝3.7 V，所以R2＝＝108.8 Ω。
(3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等。
【答案】　(1)(a)　电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大　(2)5.2　108.8(108.6～109.0均可)　(3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等
专题2：日常生活中常见的传感器
红外线传感器
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息。
自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76～1 000 μm的电磁波，即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影、卫星遥感遥测等高科技领域，也被广泛用于日常生活中，自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗、防火报警器等均使用了红外线敏感传感器。
自动门的工作流程如图所示。当有人接近自动门时，传感器接收到人体发出的红外线，产生电压输出信号；信号经过电路处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭。
2．压力传感器
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。图(a)中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒， 3是气室， 4是传感器的膜盒。气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起如图(b)所示，当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。
3．电脑中的传感器
电脑常用的两种温度传感器：热敏电阻传感器和集成温度传感器。以下是这两种温度传感器的工作原理。
（1）热敏电阻传感器
热敏电阻传感器按温度对电阻变化的影响，一般可分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻，以及临界温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度下发生急剧变化，适用于温度检测或控制。负温度系数热敏电阻主要为氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体，这些金属氧化物材料都具有半导体性质，当温度较低时，半导体内的电子——空穴对数目较少，因此电阻较高。当温度升高时，热敏电阻内的电子——空穴对数目增加，因此导电率增加，电阻值下降。
（2）集成温度传感器
集成温度传感器是目前电脑普遍采用的温度传感器，具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流源和ADC，集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN正向导通，使电压与温度变化呈反向线性关系，所以后续处理电路可将正向导通电压变化趋势图线表述为被测温度的变化趋势。
4．酒精浓度测试仪
机动车驾驶员酒后驾车，极易发生道路交通事故，严重危害交通安全和人身财产安全。怎样才能判定驾驶员是否酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气的酒精含量就可以判断其饮酒程度。我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器。交通警察使用这样的酒精传感器就能迅速、准确地检查出机动车驾驶员是否酒后驾车。
【例2】　青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在下面虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小
开关S，导线若干
（2）回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为 V，保护电阻R2的阻值范围为 Ω。
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
答：
。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
答：
。
【解析】　(1)电路原理如图所示。
(2)①由题意知：U＝IR＝0.1 A×200 Ω＝20 V；
R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大，
即Imax＝，解得Rmin＝160 Ω；
R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小，
即Imin＝，解得Rmax＝520 Ω。
故保护电阻R2的阻值范围为160～520 Ω。
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开。
③电磁起重机(电磁打点计时器、电铃等合理答案均可)。
【答案】　(1)见解析　(2)①20　160～520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通，不吸合时，3、4之间断开　③见解析
（1）传感器中的敏感元件用于接收非电学量，并将其转换为电学量。
（2）传感器一般用于有害于人体或人不能轻易到达的环境。
（3）在不同的仪器中所使用的传感器一般不同，其原理也不尽相同，但都是将非电学量转化为电学量。

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