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第五章　传感器 章末素养提升
物理观念 传感器 及其工 作原理 1.定义：将____________________转换为____________或控制电路的通断的元件 2.敏感元件： 3.工作流程：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
科学思维 1.理解传感器的原理 2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置 2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用；增强民族自豪感
例1　传感器被广泛应用于生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是(　　)
A．冰箱控温系统使用了温度传感器
B．夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D．霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
例2　在一些洗手间经常装有自动干手机，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。手靠近干手机能使传感器工作，是因为(　　)
A．改变了湿度 B．改变了温度
C．改变了磁场 D．改变了电容
例3　如图所示是某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．当有人通过而遮住光时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮住光时，A、B之间电压不变
C．当仅增大R2的阻值时，可增大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
例4　(2022·扬州市高二期末)把光敏电阻(光照越强，阻值越小)接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管应用了电磁感应原理
B．增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警
C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警
D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警
例5　(2022·徐州市高二期中)电饭锅的内部结构如图所示，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”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃，下列说法正确的是(　　)
A．当温度达到“居里点”时，感温铁氧体的磁性最强
B．如果用电饭锅烧水，在水沸腾后，电热板电源开关会自动断开
C．煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时，电热板电源开关不会自动断开
D．煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，永磁体被吸引，不用压下开关按钮就可以自动煮饭
例6　(2023·江苏省如皋中学校考阶段练习)利用如图所示的加速度计可探究弹簧振子的位移随时间变化的关系。取滑块从图示的平衡位置向右运动为零时刻，此时滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置，电压传感器得到PQ两端的电势差UPQ随时间t变化的图像是(　　)
例7　某同学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，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，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R的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱____相连，指示灯的接线柱D应与接线柱______相连(均选填“A”或“B”)；
(2)当环境温度升高时，热敏电阻阻值将______，继电器的磁性将________(均选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________℃时，警铃报警；
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。
A．适当减小U1
B．适当增大U1
C．适当减小U2
D．适当增大U2
第五章　传感器 章末素养提升
物理观念 传感器及其工作原理 1.定义：将非电学量转换为电学量或控制电路的通断的元件 2.敏感元件： 3.工作流程：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
科学思维 1.理解传感器的原理 2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置 2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用；增强民族自豪感
例1　传感器被广泛应用于生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是(　　)
A．冰箱控温系统使用了温度传感器
B．夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D．霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
答案　A
解析　冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度，A正确；夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。
例2　在一些洗手间经常装有自动干手机，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。手靠近干手机能使传感器工作，是因为(　　)
A．改变了湿度 B．改变了温度
C．改变了磁场 D．改变了电容
答案　D
解析　根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器开始工作，手撤离干手机时电热器停止工作，人是一种导体，干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容，电热器便开始工作。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湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机。故选D。
例3　如图所示是某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．当有人通过而遮住光时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮住光时，A、B之间电压不变
C．当仅增大R2的阻值时，可增大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
答案　C
解析　R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光时，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、B项错误；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项正确；当仅减小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。
例4　(2022·扬州市高二期末)把光敏电阻(光照越强，阻值越小)接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是(　　)
A．干簧管应用了电磁感应原理
B．增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警
C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警
D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警
答案　B
解析　干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会被吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开。则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，故A错误；线圈中电流不变，总电阻不变，增大电阻箱R的阻值，光敏电阻阻值更小时才会报警，即报警器在光照更强时才会报警，故B正确；线圈中电流不变，增加电源B的电动势，报警时，电路中总电阻变大，光敏电阻变大，报警器在光照更弱时就会报警，故C错误；增加电源A的电动势，不影响线圈中电流，报警器在原光照强度时会报警，故D错误。
例5　(2022·徐州市高二期中)电饭锅的内部结构如图所示，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”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃，下列说法正确的是(　　)
A．当温度达到“居里点”时，感温铁氧体的磁性最强
B．如果用电饭锅烧水，在水沸腾后，电热板电源开关会自动断开
C．煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时，电热板电源开关不会自动断开
D．煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，永磁体被吸引，不用压下开关按钮就可以自动煮饭
答案　C
解析　温度上升到“居里点”时，感温铁氧体就失去了铁磁性，故A错误；如果用电饭锅烧水，在水沸腾后温度为100 ℃，无法达到“居里点”，电热板电源开关不会自动断开，故B错误；煮饭时水刚沸腾，锅内还有一定的水时温度为100 ℃，无法达到“居里点”，电热板电源开关不会自动断开，故C正确；煮饭前是常温，感温铁氧体具有较强的磁性，有弹簧在，永磁体不会被吸引，不可以自动煮饭，故D错误。
例6　(2023·江苏省如皋中学校考阶段练习)利用如图所示的加速度计可探究弹簧振子的位移随时间变化的关系。取滑块从图示的平衡位置向右运动为零时刻，此时滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置，电压传感器得到PQ两端的电势差UPQ随时间t变化的图像是(　　)
答案　B
解析　设电阻丝总长度为L，电源电动势E，内阻r，当滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置时，UPQ＝0；当滑片向右滑动位移为x时，则UPQ＝··x，振子做简谐振动，则x＝Asin ωt，可得UPQ＝·Asin ωt，故选B。
例7　某同学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，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，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R的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱______相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连(均选填“A”或“B”)；
(2)当环境温度升高时，热敏电阻阻值将______，继电器的磁性将________(均选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________℃时，警铃报警；
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。
A．适当减小U1 B．适当增大U1
C．适当减小U2 D．适当增大U2
答案　(1)B　A　(2)减小　增大　80　(3)A
解析　(1)根据题意知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(2)由题图乙知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，由闭合电路欧姆定律知电路中电流增大，则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50 mA时，继电器的衔铁刚好被吸合，此时控制电路中总电阻最大值为R总＝＝ Ω＝60 Ω，此时热敏电阻阻值为R＝R总－R0＝(60－30) Ω＝30 Ω，由题图乙知，此时环境温度为80 ℃，所以环境温度在达到80 ℃时，警铃报警。
(3)要使报警电路在更高的温度报警，则线圈中的电流等于50 mA时，热敏电阻R的阻值变小，由(2)知，热敏电阻R＝－R0，则可通过适当减小U1达到这个目的，故选A。

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