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第五章 传感器——高二物理人教版（2019）期末复习知识大盘点
第一部分：单元学习目标整合
本章概述
本章讲述传感器的相关知识。传感器的应用越来越普及，在我们的身边使用着各种各样的传感器。如:电视机的遥控器、卡拉OK中的话筒、电饭锅、电熨斗、电冰箱中都使用着各种传感器。教材介绍的传感器是一些工作原理和使用方法比较简单的常见传感器，主要目的是体会物理知识在技术中的应用。
重点 ①传感器的基本工作原理及其应用
难点 ①麦克斯韦电磁场理论
第二部分：经典例题复盘
例1.目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于传感器的应用，下列说法中正确的是( )
A.自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器
B.走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都应用了声音传感器
C.发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号
D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
答案：A
解析：自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器，A正确；天黑走廊里出现声音时，走廊里的照明灯才亮，说明它的控制电路中既有声音传感器，又有光传感器，而红外报警装置是应用了红外线传感器，B错误；发光二极管是将电信号转化为光信号，不是光传感器，C错误；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，D错误.
例2.智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节.某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路，已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小.闭合开关，下列说法正确的是( )
A.仅光照变强，小灯泡变暗 B.仅光照变弱，小灯泡变暗
C.仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮 D.仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
答案：BC
解析：仅光照变强，则光敏电阻的阻值变小，电路总电阻变小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流增大，则小灯泡的功率变大，小灯泡变亮，故A错误；仅光照变弱，则光敏电阻的阻值变大，电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流减小，则小灯泡的功率变小，小灯泡变暗，故B正确；仅将滑片向a端滑动，滑动变阻器接入电路的有效阻值变小，则电路总电阻变小，电流增大，小灯泡的功率变大，小灯泡变亮，故C正确；仅将滑片向b端滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则电路总电阻变大，电流减小，小灯泡的功率变小，小灯泡变暗，故D错误.
例3.压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小.某兴趣小组利用压敏电阻设计了判断电梯运行状态的装置，其电路如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体A，电梯静止时电压表示数为，在电梯由静止开始运行的过程中，电压表的示数变化情况如图乙所示.下列判断正确的是( )
A.电梯可能匀加速下降
B.电梯可能匀加速上升
C.电梯可能下降且加速度在变大
D.电梯可能上升且加速度在变小
答案：C
解析：根据闭合电路欧姆定律得，结合题图乙可知，电路中的电流一直减小，由可知，压敏电阻的阻值一直增大，则A对压敏电阻的压力减小，A处于失重状态，则电梯向上减速或向下加速并且加速度越来越大，故选C.
例4.如图所示是电饭锅的结构示意图.电饭锅中的感温铁氧体在常温下具有铁磁性，能被永磁体吸引，当温度上升到约103 ℃（称为感温铁氧体的“居里点”）时，就会失去铁磁性，不能被永磁体吸引.在电饭锅工作过程中，下列说法错误的是( )
A.煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸同时接通电路
B.当锅底水分刚好被大米全部吸收时，电饭锅立即自动断电
C.当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，电饭锅自动断电
D.若用电饭锅烧水至沸腾时，感温铁氧体与永磁体仍吸在一起
答案：B
解析：煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，同时接通电路，A正确；在1个标准大气压下水的沸点是100 ℃，即水在沸腾后的温度为100 ℃，则当锅底水分刚好被大米全部吸收时温度还是100 ℃，没有达到感温铁氧体的“居里点”，感温铁氧体不会失去铁磁性，则感温铁氧体与永磁体仍吸在一起，电饭锅不会立即自动断电，B错误，D正确；当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，感温铁氧体失去铁磁性，则弹簧将感温铁氧体与永磁体弹开，电饭锅立即自动断电，C正确.
例5.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，与下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器与下触点接触，与上触点分离，警铃响.图甲中继电器的供电电压，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻为30 Ω.当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁被吸合，警铃响.图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像.
（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）由已知条件可得，环境温度大于或等于______℃时，警铃报警.
答案：（1）减小；增大
（2）B
（3）80
解析：（1）根据题图乙可知，温度升高时，热敏电阻阻值减小.根据闭合电路欧姆定律可知，热敏电阻阻值减小，电路中电流增大，继电器的磁性就会增大.
（2）因当环境温度超过某一值时，继电器与下触点接触，与上触点分离，警铃响，所以警铃的接线柱C应与接线柱B相连.
（3）当线圈中的电流时，继电器的衔铁被吸合，警铃报警，控制电路的总电阻，热敏电阻，由题图乙可知，此时，所以当温度t大于或等于80 ℃时，警铃报警.
第三部分：重难知识易混易错
一、传感器的工作原理
1.传感器的组成和工作流程
（1）传感器的组成
①敏感元件：相当于人的感觉器官，是指能直接感受或响应外界被测量（非电学量）的部分，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量成一定关系的非电学量信号转换成电信号的部分。
③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量（微弱的电信号）转换成易于测量的电学量（放大和传送电信号）。
（2）传感器的工作流程
2.传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。
二、电容式传感器
（1）原理：电容器的电容取决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，这种传感器称为电容式传感器。
（2）常见的电容式传感器
三、热敏电阻与金属热电阻的区别
四、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的特性对比
五、利用霍尔效应的四种器件
易错题：
一、不清楚传感器的工作原理
1.如图所示，为定值电阻，为负温度系数的热敏电阻（阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡。当温度降低时( )
A.两端的电压增大 B.理想电流表的示数增大
C.小灯泡变亮 D.电源的输出功率一定变大
答案：C
解析：当温度降低时，电阻变大，则电路总电阻变大，电流减小，理想电流表示数减小，两端电压变小，灯泡两端电压变大，灯泡变亮，故选项C正确，AB错误；由于外电路电阻与内阻的关系不能确定，所以不能确定电源的输出功率如何变化，故选项D错误。
二、识别电路导致的错误
2.图是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点应棒在触头间之间还是之间__________。热敏电阻两端应接在哪两个触头之间_______。
答案：之间；之间
解析：应该分别接在触头之间，同时，应该分别读在触头之间，其工作原理是：加热装置开始加热，当水温升高时，热敏电阻的阻值减小，电磁铁中的电流增大，吸引力增大，衔铁被吸下,之间断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻的阻值增大，电磁铁中的电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，之间连接，加热装置开始加热，从而实现对水温的控制。
第四部分：核心素养对接高考
①物理观念：能了解常见传感器的工作原理，知道非电学量转换成电学量的技术意义；能解释传感器在生产生活中的应用。具有与传感器相关的运动与相互作用观念。
②科学思维：能尝试将实际问题中的对象与过程转换成物理模型；能分析传感器中非电学量转换成电学量的原理；能用证据说明光敏元件、热敏元件和霍尔元件的作用；能对一些传感器提出改进措施。
③科学探究：能完成“利用传感器制作简单的自动控制装置”的物理实验。能针对真实情境提出与实验有关的物理问题，能对一些传感器设计提出质疑；能阐述实验原理，设计实验方案和实验步骤，能动手制作简单的自动控制装置；能用证据说明自制自动控制装置的优势与问题。
④科学态度与责任：能体会传感技术的应用给人类社会带来的挑战；有较强的将所学内容应用于日常生活实际的热情；认同物理的技术应用应考虑道德与规范的要求，能认识传感技术应用与人类社会发展的关系。
对接高考
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）在答题卡上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2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。
（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2.2kΩ。由图（a）求得，此时室温为_______℃（保留3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2位有效数字）。
答案：（1）如图所示。 （2）1.8 （3）25.5 （4）R1 1.2
解析：（1）由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如答图所示。（2）由欧姆定律得（或）。（3）由题图（a）可直接读出热敏电阻的阻值为时，室温为25.5 ℃。（4）由题意可知随温度的升高两端的输出电压应增大，又由串联电路的特点可知，的阻值应减小或的阻值应增大，而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此应为热敏电阻；当环境温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为，则由串联电路的特点有，解得。

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