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(共31张PPT)
第五章　传感器
第二节　传感器的应用
核心 目标 1. 列举传感器在日常生活中的应用.
2. 列举传感器在农业生产和工业生产中的应用.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　生活中的传感器
1. 温度传感器的应用：电饭煲、__________、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器.
2. 红外线控制器的应用：__________、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.
3. 光敏传感器的应用：__________中.
4. 压力传感器的应用：__________中.
电冰箱
自动门
照相机
电子秤
要点2　传感器在工、农业生产和航天中的应用　　
1. 农业生产中的传感器：无人管理的自动灌溉系统利用了________传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了________传感器和________传感器.
2. 工业生产中的传感器：安全生产中，如将一种埋入式________传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度________传感器(如光栅传感器)对位移测量，从而实现精密加工.
3. 飞向太空的传感器：飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供________和________系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有________传感器，如测量血压、心电图、体温等.
湿度
温度
湿度
光纤
位移
遥测
遥控
生理
基础内化
1. (2022·广东东莞东华高级中学)传感器能够把非电学量转化为电学量，可以很方便地测量、传输、处理和控制．关于光敏电阻在传感器中的作用，下列说法中正确的是( )
A. 将热信号转化为电信号
B. 将光信号转化为电信号
C. 将力信号转化为电信号
D. 将磁信号转化为电信号
解析：光敏电阻的作用是为了检测光信号的变化，所以光敏电阻的作用是将光信号转化为电信号，B正确．
B
2. (多选)(2022·全国高三课时练习)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法，正确的是( )
A. 应变片都是由半导体材料制成的
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：应变片是敏感元件，应由半导体材料制成，A正确；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，B正确；传感器输出的是上、下应变片上的电压的差值，并随着外力变大，输出的电压值变大，C错误，D正确．
ABD
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　敏感元件的认识与使用
1. 光敏电阻的导电特性
光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强．
应用：光控电路、光电计数器、报警器
2. 热敏电阻和金属热电阻的特点
(1) 热敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．
(2) 电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻．常用的是负温度系数热敏电阻．
(2) 金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大．
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．
应用：电阻温度计、报警器等．
磁感应强度
电压
4. 考查分析：需记忆有关要点，是常考内容．涉及传感器问题中的电路动态分析的四点注意：
(1) 如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化．
(2) 如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化．
(3) 如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析．
(4) 结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化．
　 霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷，则下列说法中正确的是( )
A. 该元件能把电学量转化为磁学量
B. 左表面的电势高于右表面
C. 如果用该元件测赤道处的磁场，应保持
元件上表面呈水平状态
D. 如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
　
D
　某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变．图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)．当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列说法中正确的是( )
甲 乙
A. A灯变亮，B灯变暗
B. 电源的效率变大
C. 电源内阻消耗的功率变大
D. R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
B
　
考向2　电容式传感器的应用
1. 电容器的电容决定于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素．如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器．
2. 常见电容式传感器
名称 传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
名称 传感器 原理
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器 随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
3. 考查分析：电容式传感器是一种多功能传感器，可把压力、转角、位移、压强、声音等非电学量转换为电容这一电学量，分析原理时，关键要搞清是哪个非电学量转换为电容，然后结合电容的决定式来分析．
　 传感器是智能社会的基础元件．如图所示为电容式位移传感器的示意图，观测电容器两极板间电势差U及电容器带电荷量Q的变化即可分析物体水平位移x的变化情况，下列说法中正确的是( )
B
考向3　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．
4. 考查分析：更多的考查问题，是结合力学、电学问题进行考查．
金属梁
应变片
应变片
形变
电压
　 (多选)(2022·广州广大附、铁一、广外三校联考) 有一种测量体重的电子秤，其原理图如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(由理想电流表改装)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和 Ω)．下列说法中正确的是( )
A. 该秤能测量的最大体重是1 400 N
B. 该秤能测量的最大体重是1 300 N
C. 该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D. 该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
　
AC
　 (2022·江苏扬州高二开学考试)如图所示是一种测定竖直加速度的装置，A、B间的电压U恒定，R1为定值电阻，滑块左端与滑动变阻器R2的滑动头连接，下端与竖直轻弹簧连接．将该装置固定在竖直方向运动的电梯中，电梯静止时滑动头在变阻器的中间位置，理想电压表示数为1.5 V．下列说法中正确的是( )
A. 电压表示数为1.2 V时，电梯加速度方向向上
B. 电压表示数为1.8 V时，电梯一定向上加速
C. 加速度增大时，电压表示数一定增大
D. 将电压表的表盘改成表示加速度的表盘，刻度仍均匀
D
　
巩固验收
1. (2022·江苏南京第一中学)磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器．如图所示，将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向．探头可能是( )
A. 感应线圈 B. 热敏电阻
C. 霍尔元件 D. 干簧管
解析：将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向，将磁信号转变为电信号，所以探头可能是霍尔元件，故选C.
C
2. (2022·河北石家庄二中)随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图．称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移，则( )
A. 电容器储存的电能减少
B. 电容器的电容减小，带电荷量减小
C. 膜片下移过程中，电流表有a到b的电流
D. 电子秤是一个压力传感器，稳定后的电容器，两板间电压等于电源电动势
D
3. (多选)(2022·广州第四中学)如图所示是光电计数器的工作示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上的物品，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )
A. 当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B. 当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C. 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D. 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
解析：当有光照射 R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，根据U1＝E－I(R2＋r)可知，R1两端电压减小，即信号处理系统获得低电压，A错误，B正确；当无光照射 R1时，R1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，根据U1＝E－I(R2＋r)可知， R1两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压，则信号处理系统每获得一次高电压就记数一次，C错误，D正确．
BD
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第五章　传感器
第三节　用传感器制作自动控制装置
核心 目标 1. 了解门窗防盗装置、光控电路的实验电路图及工作原理，会组装门窗防盗报警装置．
2. 知道电磁继电器、三极管的基本功能，会组装光控开关．
3. 知道利用智能手机传感器测量磁感应强度的原理.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1. 实验目的
了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．
2. 实验器材
二极管VD、晶闸管VS、______________定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、_________
___、导线．
光敏电阻RG
多用电
表
3. 实验原理
由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图所示．
(1) 当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管VS的门电极处于低电平，VS关断．
(2) 当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获得正向触发电压而导通，灯L______.
(3) 改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．
亮
4. 二极管VD、晶闸管VS的特性
(1) 二极管：具有单向__________.当给二极管加正向电压时，它的阻值________；当给二极管加反向电压时，它的电阻________.
(2) 晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．
5. 实验步骤
(1) 将多用电表旋钮拨至“×1 k”挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．
(2) 将多用电表旋钮拨至“×1 k”挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
导电性
很小
很大
(3) 将多用电表旋钮拨至“×1 k”挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．
(4) 按照电路图，将各元件焊接，安装好．
(5) 检查各元件的连接，确保无误．
(6) 接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．
6. 注意事项
(1) 安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
(2) 焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不宜过长．
(3) 注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．
要点2　用智能手机磁传感器测磁感应强度
1. 智能手机中的磁传感器是把______________变成__________，从而实现磁感应强度测量的．
2. 用智能手机中的传感器测磁感应强度时，通电条形磁铁产生________，其方向符合____________________________.
3. 多数智能手机中都配有____________，并能够测量磁感应强度，满足对常见磁场的测量．
磁感应强度
电信号
磁场
安培定则(右手螺旋定则)
磁传感器
基础内化
1. 在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是( )
A. 灯亮，电动机转起来，电铃响
B. 灯亮，电动机转起来，电铃不响
C. 灯不亮，电动机不转，电铃响
D. 灯亮，电动机不转，电铃响
解析： 由图可知，这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转，故选B.
B
2. 热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图．
甲
乙
(1) 由图甲可知，热敏电阻R1的阻值随着温度的升高而________(填“增大”或“减小”)．
(2) 闭合开关S1、S2，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在______(填“a”或“b”)处．
(3) 保持开关S1、S2闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向______(填“左”或“右”)移动．
解析：(1) 由图甲可知，温度升高热敏电阻阻值减小．
(2) 左边控制电路电流变大，电磁铁磁性变强，开关接触a点，要使温度过高时报警器报警，则c应接在a处．
(3) 滑片P向左移，滑动变阻器接入电路的阻值变大，在温度更高时控制电路才能有足够大电流，使磁铁有足够大引力吸引开关，因此滑片向左移．
减小
a
左
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　电磁继电器的原理
1. 如图为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．当控制电路使线圈A中通电时，电磁铁产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下运动与E接触，将工作电路________.当线圈A中电流为0或较小时，电磁铁失去磁性(或磁性较弱)，衔铁B在弹簧拉力作用下拉起，带动动触点D与E________，自动切断工作电路．
接通
分离
电磁继电器是非常重要的控制电路通断的装置，其基本原理是电磁感应规律．实用的电磁继电器还有一些变式，在控制电路中并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路，二极管的存在可以提供自感电流的通路．
2. 考查分析：原理简单、非常重要，经常考到，且结合力学、电学．
　小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示．将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器与上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器与下触点接触，上触点分离，警铃响．图甲中继电器的供电电压U1＝3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω.当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响．图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像．
　
甲
乙
(1) 由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将________，继电器的磁性将________.(均填“增大”“减小”或“不变”)
(2) 图甲中警铃的接线柱C应与接线柱______(填“A”或“B”)相连．
(3) 请计算说明，环境温度在大于________℃时，警铃报警．
减小
增大
B
80
考向2　自动控制电路的分析与设计
1. 设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行．
(1) 根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成．这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关．
(2) 分析自控电路的合理性
电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求．例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯点亮发光．
2. 考查分析：主要考查对设计原理的理解、对器件性能例如二极管、三极管、敏感元件特性的理解，以及电路连接等．
　某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路．
图(a)
图(b)
(1) 光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)．如图(a)所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：__________.
(2) 如图(b)为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．工作时，应将__________(填“A、B”或“C、D”)接照明电路．
图(c)
见解析
C、D
(3) 请在图(c)中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接__________.
(4) 已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20.0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁．如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图(c)中定值电阻R＝____________Ω.
解析：(1) 由图像可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓．
(2) 由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁连接的是控制电路，衔铁连通的是工作电路，故工作时，应将“C、D”接照明电路．
(3) 光敏电阻、定值电阻、电源与L组成控制电路，C、D与灯泡组成工作电路，电路图如图所示．
见解析
22
巩固验收
1. (2022·广东佛山第四中学)如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计(水银导电)．常温下3触点处于断开状态，4触点处于闭合状态，则下列说法中正确的是( )
A. 当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合
4触点断开
B. 此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃
报警
C. 此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示
灯亮
D. 要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
D
解析：当温度低于警戒温度时电磁铁不通电，无磁性，3触点断开，4触点闭合，A错误；此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，电磁铁有磁性，3触点闭合，4触点断开，电铃报警，指示灯熄灭，温度低于警戒温度时，电磁铁无磁性，3触点断开，4触点闭合，指示灯亮，电铃不响，B、C错误；要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些，这样当温度升得更高时，控制电路才能接通，电磁铁才有磁性，电铃报警，D正确．
2. (2022·广州广雅中学)某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”，在路面停止线前侧埋上压敏电阻，其阻值随压力的变化如图甲所示，和压敏电阻组合的仪器如图乙所示，仪器主要由控制电路和工作电路组成，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开；控制电路中电源的电动势为9 V，内阻为2 Ω，继电器线圈电阻为8 Ω，滑动变阻器连入电路的电阻为50 Ω；当控制电路中的电流大于 0.06 A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆．
甲
乙
(1) 由图甲可判断，压敏电阻随压力减小而________(填“增大”、“减小”或“不变”)
(2) 当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表A的示数会变______(填“大”或“小”)．
(3) 车辆对压敏电阻的压力超过____________N后，车辆闯红灯时才会被拍照记录．
(4) 若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度，即违规车辆的质量比第(2)问结果小，也会被拍照记录，则滑动变阻器的滑片应向______(填“a”或“b”)端滑动．　
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b
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第五章　传感器
第一节　传感器及其工作原理
核心 目标 1. 了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．
2. 知道电磁继电器、三极管的基本功能，会组装光控开关．
3. 知道利用智能手机传感器测量磁感应强度的原理.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　传感器
1. 定义：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成______信号的器件或装置．
2. 传感器的组成：传感器一般由____________、转换元件和____________三部分组成．
(1) 敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．
(2) 转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．
(3) 转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、频率等．
电
敏感元件
转换电路
要点2　传感器的分类
工作原理 举例
物理 传感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等
化学 传感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器等
生物 传感器 利用生物化学反应识别和检测信号 酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
要点3　传感器的原理
1. 温度传感器的原理
(1) 温度传感器：将________变化转换为电学量变化的装置，它通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现对温度的测量．
(2) 热敏电阻：利用半导体材料的________随温度变化而变化的特性实现温度的测量，其电阻大小与温度高低有关，温度变化，电阻有明显变化．
2. 光电传感器的原理
(1) 光电传感器：将__________变化转化为__________变化的装置．
(2) 应用：路灯光电自动开关电路和红外楼道照明开关电路．
(3) 光敏电阻：光电传感器的敏感元件，其阻值随光照的________而减小．
温度
阻值
光学量
电学量
增强
基础内化
1. 有的楼道照明灯具有这样的功能：天黑到一定程度时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．在这种楼道照明灯的控制电路中，可能接入的传感器是( )
A. 温度传感器和光传感器
B. 光传感器和声音传感器
C. 声音传感器和热传感器
D. 热传感器和力传感器
解析：楼道照明灯工作原理：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，则可知，应接入光传感器和声音传感器，B正确．
B
2. 关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )
A. 非电学量→敏感元件→处理电路→电学量
B. 非电学量→处理电路→敏感元件→电学量
C. 电学量→敏感元件→处理电路→非电学量
D. 电学量→处理电路→敏感元件→非电学量
解析：传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故选A.
A
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　传感器的原理、分类与应用
1. 传感器的工作原理
传感器感受的通常是____________，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是__________，如电压、电流、电荷量等．这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作．原理如下所示：
非电学量
电学量
例析：话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器．如图是电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片涂有薄薄的金属层，与膜后的固定电极构成电容器的两个极板．电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作．
　
声波使振动膜发生振动，振动膜作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化．把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R 两端的电压也随之变化．这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等．
2. 物理传感器的分类
大多数传感器是以物理原理为基础制作的．这类传感器应用领域也最广泛．物理传感器的两大类：
(1) 根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器．
(2) 根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器．
3. 传感器的应用
传感器的作用就是方便进行测量、传输、处理和控制，因此得到了广泛应用．
(1) 生活中，电饭煲、电冰箱等，都用到温度传感器；自动门、家电遥控器等都用到红外传感器；照相机、电子秤分别用到光传感器、压力传感器等．
(2) 农业生产中，判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水等要用到温度传感器和湿度传感器．
(3) 工业生产中，各种传感器可以使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料．
(4) 在航空、航天技术领域，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用；在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，可测量血压、心电图、体温等．
4. 考查分析：要能理解传感器的物理原理及广泛应用，知道常见的传感器．
　
关于传感器及其作用，下列说法中正确的是( )
A. 传感器一定是把非电学量转换为电学量
B. 传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C. 传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D. 电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
解析：传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；传感器的作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量；电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器，故C正确．
　
C
　(2022·广东惠州高二上期末)如图所示为一种电容传声器的原理图，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的金属膜片，a、b构成一个电容器．电容的变化可以转化为电路中电信号的变化．闭合开关K，若声源S发出声波使a向右振动时( )
A. a、b板之间的电场强度不变
B. 电容器的电容减小
C. 电容器的带电量增加
D. 流过电流表G的电流方向为自右向左
　
C
考向2　日常生活中的传感器原理
1. 干簧管：结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时(如图)，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到________的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．干簧管是一种能够感知________的传感器．
　
开关
磁场
2. 温度传感器
(1) 热双金属片温度传感器
原理：热胀冷缩，因为双金属片热膨胀系数不同．
作用：控制电路的________，常温时，若触点接触，接通电路，受热则会使触点分离，断开电路．
应用：日光灯启动器、电机过热保护、电熨斗等．
通断
电熨斗：常温下两触点接触；温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点断开．
(2) 感温磁体(铁氧体)温度传感器
这是电饭锅中使用的温度传感器的主要元件．
特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引．温度达到约__________℃(居里温度)时，失去铁磁性，不能被磁体吸引．
103
电饭锅工作原理：
①开始煮饭时，手压开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态．
②水沸腾后，由于锅内保持100 ℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，故锅内温度大致保持100 ℃不变．
③饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103 ℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热，之后进入保温状态．
说明：如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100 ℃不变，温度低于“居里点103 ℃”，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃才能自动断电．
(3) 测温仪
可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输．
常见的测温元件如非接触式红外测温仪、热电偶等．
3. 光传感器
(1) 机械式鼠标器的光传感器是红外发射、接收管.
(2) 烟雾散射式火灾报警器中的光传感器是______________.烟雾对光的散射使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．电路检测出这种变化，就会发出警报．
4. 考查分析：这些也属于常考内容，关键是理解其物理原理．
光电三极管
　 (多选)如图所示是电子电路中常用到的一种称为“干簧管”的元件．关于干簧管，下列说法中正确的是( )
A. 干簧管接入电路中相当于电阻
B. 干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C. 干簧管接入电路中相当于开关
D. 干簧管是一种能感知磁场的传感器
解析：将两个磁性材料制成的簧片密封于玻璃管中，簧片端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中时，两个簧片被磁化而接通，以实现自动控制，所以干簧管接入电路中相当于开关，可见干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故C、D正确．
CD
　
　 (2022·江苏盐城响水中学)电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”．电饭锅的结构如图所示，关于该电饭锅，下列说法中错误的是( )
　
A
A. 在材料的“居里点”，感温铁氧体的磁性最强
B. 煮饭时按下开关，由于常温下感温铁氧体体具有较强的磁性，永磁体被吸引，手松开后开关按钮不会跳起
C. 饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会达到103 ℃，这时感温铁氧体失去铁磁性，开关按钮会跳起
D. 在一个标准大气压下用电饭锅烧水，只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到 103 ℃，开关按钮不会跳起
解析：铁氧体在温度上升到约103 ℃时，就失去磁性．则在材料的“居里点”，感温铁氧体的磁性最弱，A错误；煮饭时按下开关，由于常温下感温铁氧体具有较强的磁性，永磁体被吸引，手松开后开关按钮不会跳起，B正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会达到103 ℃，这时感温铁氧体失去铁磁性，开关按钮会跳起，C正确；在一个标准大气压下用电饭锅烧水，只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，感温铁氧体不会失去铁磁性，则开关按钮不会跳起，D正确．
　 如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是( )
A. 位移传感器 B. 声音传感器
C. 力传感器 D. 红外温度传感器
解析：额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器，D正确．
D
巩固验收
1. (2022·河南信阳高二期末)关于传感器，下列说法中正确的是( )
A. 自动门上安装的是温度传感器
B. 干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件
C. 话筒内有传感器，该传感器是根据电磁感应原理工作的
D. 交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作
解析：自动门上安装的是红外线传感器，A错误；干簧管能够感知磁场，相当于开关，B错误；话筒内的传感器是根据电磁感应原理工作的，敏感元件是膜片，转换元件是线圈，C正确；交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，D错误．
C
2. (多选)唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法中正确的是( )
A. 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B. 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C. 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不断变化
D. 膜片振动时，金属线圈中产生的感应电动势保持不变
BC
3. (多选)(2022·湖南长沙一中)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法中正确的是( )
A. 常温时上下触点是断开的
B. 双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C. 原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下移一些
D. 由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
BD
解析：常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点是接触的，A错误；双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开，B正确；原来温度上升到80 ℃时断开电源，现在要求60 ℃时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，即使调温旋钮上调一些，C错误；由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，则应使调温旋钮下移一些，D正确．
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第五章　传感器
章末复习　知识整合与能力提升
核心 目标 1. 认识简单的自动控制装置，能对一些电磁元件或部件的工作原理作出解释．
2. 会做“利用传感器设计并制作简单的自动控制装置”实验，能正确操作实验器材，分析数据、发现规律.
核心知识·整合建构
应用创新·链接高考
(对应学生用书P139)1. (2021·天津卷)霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中．长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示．半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p.当半导体材料通有沿＋x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿＋y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿－z方向．
(1) 判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向．
答案：(1) 由左手定则可判断出自由电子受到的洛伦兹力沿＋z方向．
(2) 若自由电子定向移动在沿＋x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz.
(3) 霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率分别为vnz、vpz，求Δt时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件．
答案：(3) 设Δt时间内在z方向上运动到半导体上表面的自由电子数为Nn、空穴数为Np，则
Nn＝nacvnzΔt
Np＝pacvpzΔt
霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面的电荷量就不再发生变化，则应Nn＝Np，即在任何相等时间内运动到上表面的自由电子数与空穴数相等，这样两种载流子在z方向形成的电流应大小相等、方向相反．
2. (2021·山东卷)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律．可供选择的器材有：
待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)
电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)
电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)
滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω)
微安表(量程100 μA，内阻等于2 500 Ω)
开关两个，温控装置一套，导线若干．
同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：
①按图示连接电路．
②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏．
③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏．
④记录此时的温度和电阻箱的阻值．
甲
回答下列问题：
(1) 为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用__________(填“R1”或“R2”)．
(2) 请用笔画线代替导线，将实物图(不含温控装置)连接成完整电路．
R1
(3) 某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为______________Ω(结果保留到个位)，该测量值________(填“大于”或“小于”)真实值．
(4) 多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像．由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(填“增大”或“减小”)．
乙
3 500
大于
减小
解析：(1) 由于待测热敏电阻RT在实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧，电路采用滑动变阻器分压接法，为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用阻值较小的R1.
(2) 用笔画线代替导线，按照图甲的电路将实物图连接成完整电路．
3. (2019·天津卷)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件．当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作，当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭．如图所示，有一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭，则元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的低
B. 前、后表面间的电压U与v无关
C. 前、后表面间的电压U与c成正比
D
　
4. (2021·广东卷)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律．根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材．
(1) 先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势．选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处．测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________.
(2) 再按图连接好电路进行测量．
短接
减小
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到______端(选填“a”或“b”)．
将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01.闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置．记录此时电压表和电流表的示数、T和R01.断开开关S.
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S.反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同．记录此时电阻箱的阻值R02.断开开关S.
②实验中记录的阻值R01________R02(选填“大于”、“小于”或“等于”)．此时热敏电阻阻值RT＝________________.
b
大于
R01－R02
解析：(1) 选择倍率适当的欧姆档，将两表笔短接；欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小．
(2) ①闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端．
②因两次电压表和电流表的示数相同，因为R01＝R02＋RT，即 RT＝R01－R02，可知R01大于R02.
5. (2020·全国卷)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃，时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系．所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)．
(1) 在下图所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图．
(2) 实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为__________kΩ(保留两位有效数字)．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示．
图(a)
图(b)
1.8
(3) 将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ.由图(a)求得，此时室温为____________℃(保留三位有效数字)．
(4) 利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示．图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警．若要求开始报警时环境温度为 50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为__________kΩ(保留两位有效数字)．
25.5
R1
1.2
解析：(1) 滑动变阻器由用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接，连线如图．
(3) 由图(a)可以直接读出电阻的阻值为2.2 kΩ时，对应的温度为25.5 ℃.
(4) 温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少，而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻；由图线可知，温度为50 ℃时，R1＝0.8 kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入数据解得R2＝1.2 kΩ
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