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第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理及应用
学习目标　1.了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。2.了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。3.了解不同传感器的特征及工作原理，知道传感器将非电学量转化为电学量的物理过程。4.了解传感器在生产、生活中的广泛应用。
知识点一　认识传感器
在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利。如马路上的路灯夜晚发光白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭……这其中的“机关”是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.传感器
（1）定义：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　　　　　　　　（通常是　　　　、电流等电学量）输出，或转换为电路的　　　　的器件或装置。
（2）功能：把　　　　量转换为　　　　，可以方便地进行测量、传输、处理和　　　　。
2.传感器的种类、组成与应用模式
（1）分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为　　　　传感器、　　　　传感器和　　　　传感器。
（2）组成：传感器主要由　　　　　　、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，完成检测功能。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：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换功能。
（3）应用模式：
【思考】 干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：
（1）会发生什么现象，为什么？
（2）干簧管的作用是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 （多选）关于传感器的作用，下列说法正确的是（　　）
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
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 （2024·福建厦门高二期中）关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A.金属材料不可以制成传感器
B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点二　常见传感器的工作原理及应用
1.光敏电阻
（1）特点：光照越强，电阻　　　　。
（2）原理：无光照时，载流子极少，导电性能　　　　；随着光照的增强，载流子　　　　，导电性　　　　。
（3）作用：把　　　　　　　这个光学量转换为　　　　这个电学量。
2.金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作　　　　传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3.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非常　　　　　　，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。
4.电阻应变片
（1）电阻应变片的工作原理
①金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变，导体的长度、横截面积变化从而引起电阻变化。
②半导体材料的压阻效应：单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化。
（2）力传感器——电子秤
①组成：由金属梁和电阻应变片组成。
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。
例2 （多选）有定值电阻、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，观察电阻表的示数，下列说法中正确的是（　　）
A.置入热水中与不置入热水中相比，电阻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，电阻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，电阻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，电阻表示数相同的一定是定值电阻
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总结提升　光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热 敏 电 阻 负温度系数 的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系数 的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
例3 （多选）（2024·浙江温州高二期中）为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是（　　）
A.外界光照强度增加时，电流表示数减小
B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加
C.该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮
D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练2 （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，输出的电压差值也越大
知识点三　霍尔元件　电容式传感器
　　　　　　　　　　　　　　
1.霍尔元件及工作原理
（1）霍尔元件
如图所示，在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。
（2）工作原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，从而形成电场；横向电场对载流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，设导体板左、右两侧的距离为l，导体板的厚度为d，则q＝qvB。
根据电流的微观解释I＝nqSv得，UH＝。令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。
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
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，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 随着电介质板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
例4 霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动化技术等领域。如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，元件中的载流子带负电，下列说法正确的是（　　）
A.该元件能把电学量转化为磁学量
B.该元件C面的电势高于D面的
C.如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持C、D面水平
D.如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5 传感器是把非电学量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学量（如电压、电流、电阻等）的一种元件或装置。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是（　　）
A.图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减少，可判断出h变小
B.图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增加，可判断出θ变小
C.图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大
D.图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
随堂对点自测
1.（认识传感器）（教材P96T3改编）下列有关传感器的说法正确的是（　　）
A.手机的指纹解锁功能和电梯超出负载时的报警均利用了压敏传感器
B.厨房安装的燃气报警器利用了光敏传感器
C.汽车点火装置内的“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏传感器
D.非接触式测温仪利用了热敏传感器
2.（光敏电阻）（多选）关于光敏电阻，下列说法正确的是（　　）
A.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
B.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能差
C.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D.硫化镉是一种半导体材料，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好
3.（金属热电阻和热敏电阻）（多选）电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
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
知识点一
导学　提示　在这些装置中分别安装了不同的传感器。
知识梳理
1.(1)可用信号　电压　通断　(2)非电学　电学量　控制
2.(1)物理　化学　生物　(2)敏感元件
[思考] 提示　(1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
例1 BC　[传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，但并不是将所有感受到的信号都转换为电学量，所以C正确，D错误。]
训练1 D　[传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故C错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号的，D正确。]
知识点二
1.(1)越小　(2)差　增多　变好　(3)光照强弱　电阻　2.温度　3.明显　4.(2)②电阻　电压　③形变　电阻
例2 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。]
例3 BD　[外界光照强度增加时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由I总＝可知电路中总电流增大，电流表示数增大，故A错误；电路中总电流增大，由U内＝I总r可知电源内压增大，由E＝U内＋U外可知外压减小，所以灯泡A中的电流IA减小，由I总＝IA＋IR0可知外界光照强度增加时，通过R0的电流增加，故B正确；外界光照强度增加时，灯泡A中的电流IA减小，A灯变暗，由于通过R0的电流增加，所以R0两端的电压增大，又外压减小，因此B灯两端的电压减小，所以B灯变暗；又电路中总电流增大，电源消耗功率P内＝I2r增大，所以该电路不可用于实际光控路灯中，故C错误，D正确。]
训练2 BD　[常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项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，D正确。]
知识点三
例4 D　[霍尔元件是能够把磁学量转换为电学量的传感器，A错误；根据左手定则可知，带负电的电荷向C面偏转，C面带负电，D面带正电，所以D面的电势高，B错误；在测定地球赤道处的地磁场的磁感应强度时，应将元件的C、D面保持竖直，让磁场垂直通过元件的工作面，C错误；运动电荷最终在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、d，则有q＝qvB，电流的微观表达式为I＝nqSv＝nqbdv，所以U＝，因n、q、d均为定值，如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比，D正确。]
例5 D　[题图甲中若h变小，则两极板正对面积变小，由电容的决定式C＝知，C变小，由于两极板所带电荷量不变，则由电容的定义式C＝分析可知电压变大，故A错误；若题图乙中θ变小，则两极板正对面积增大，电容增大，两极板所带电荷量不变，则电压减小，故B错误；题图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则电容器在放电，所带电荷量减小，电容减小，电介质向外移动，则x变小，故C错误；题图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则电容器在充电，所带电荷量增加，电容增大，两极板间距离减小，则F变大，故D正确。]
随堂对点自测
1.C　[手机的指纹解锁功能利用了指纹传感器，电梯超出负载时的报警利用了压敏传感器，A错误；燃气报警器的核心元件为气体传感器，传感器电阻随燃气浓度而变化，B错误；“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏(酒精)传感器，C正确；非接触式测温仪利用了红外线传感器，D错误。]
2.ABD　[硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能差，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好，由这种材料制成的光敏电阻随着光照增强电阻变小，即能够把光照强弱这个光学量转化为电阻这个电学量，A、B、D正确，C错误。]
3.BD　[金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，且灵敏度高，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差，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。]第五章　第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理及应用
(分值：100分)
选择题1～10题，每小题9分，共90分。
基础对点练
题组一　传感器的理解
1.(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　)
传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制
电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
2.(多选)下列说法正确的是(　　)
传感器担负着信息采集的任务
干簧管是一种能够感知磁场的传感器
电视遥控接收器的主要元件不是传感器
传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具
3.(2024·江苏扬州高二期末)如图为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交流电的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器(　　)
将电流变化信号转化为位移变化信号输出
将位移变化信号转化为电流变化信号输出
将位移变化信号转化为电阻变化信号输出
当物体向左移动时，线圈的自感系数变小
4.(多选)(2024·陕西西安高二期末)传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术。下列有关传感器的判断大致正确的是(　　)
传感器是将非电学量(如压力、温度、位移等)转化成电学量(如电压、电流等)的装置
温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻不变这一特性制成的
空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到压力传感器
自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器
题组二　常见传感器及其应用
5.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是(　　)
传送带运动的速度是0.1 m/s
传送带运动的速度是0.2 m/s
该传送带每小时输送3 600个工件
该传送带每小时输送7 200个工件
6.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声音的作用下振动时，电容器的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声音信号就变成了电信号。则当振动膜片向左振动时(　　)
电容器的电容增大
电容器带电荷量减少
电容器两极板间的电场强度增大
电阻R中的电流方向自右向左
7.如图所示为一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)
I变大、U变大 I变小、U变小
I变小、U变大 I变大、U变小
8.(多选)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是(　　)
白天有光照时，光传感器自动闭合
夜晚无光照时，光传感器自动闭合
有人走动发出声音时，声传感器自动闭合
无人走动没有声音时，声传感器自动闭合
综合提升练
9.(多选)(2024·湖南长沙高二期中)传感器在生活中应用很广泛。例如在汽车的安全气囊、手机移动设备中使用的电容式加速度传感器，其原理如图所示。质量块左侧连接电介质、右侧连接轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是(　　)
静止时与向右匀速直线运动时电容器的电容相同
当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态
突然向左启动时，电路中有逆时针方向的电流
向右做加速度增大的加速运动时，电容器的电容减小
10.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示。将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　　)
从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
培优加强练
11.(10分)(2024·江苏徐州高二期中)图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V，电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量均可忽略不计。求：
(1)(3分)空载时，电流表的读数；
(2)(3分)可以称量物体的最大值；
(3)(4分)试写出电流表示数I与压力F的变化关系式。
1.AC　[根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确，B错误；电磁感应是一种现象，既不是器件，也不是装置，不能称为传感器，D错误。]
2.ABD　[传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软磁性材料组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确。]
3.B　[电感式位移传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，故B正确，A、C错误；当物体向左移动时，软铁芯插入线圈的深度增大，则线圈的自感系数增大，故D错误。]
4.AD　[传感器是将非电学量(如压力、温度、位移等)转化成电学量(如电压、电流等)的装置，故A正确；温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻也发生变化这一特性制成的，故B错误；空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到温度传感器，故C错误；自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器，故D正确。]
5.BC　[由题图乙可知，每隔1 s记录一个工件，因此传送带运动的速度是0.2 m/s，每小时该传送带输送3 600个工件，故选项B、C正确。]
6.B　[振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大，由C＝可知电容器的电容减小，A错误；由C＝可知，在U不变的情况下，电容减小，则电荷量减小，电容器要放电，电阻R中电流方向自左向右，B正确，D错误；依据E＝可知，电容器两极板间的电场强度减小，C错误。]
7.B　[当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，路端电压减小，报警器两端的电压U变小，则并联部分的电压减小，通过R3的电流I变小，所以显示器的电流I变小，故B正确。]
8.BC　[白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。]
9.AC　[当传感器静止与向右匀速直线运动时，弹簧对质量块的弹力均为0，所以电介质的位置相同，所以电容器的电容相同，故A正确；当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极的电压不变，则电容器的电荷量不变，因此电路中没有电流，此时传感器不处于平衡状态，故B错误；当传感器向右做加速度增大的加速运动时，弹簧的拉力增大，电介质相对极板向左运动，由电容的决定式C＝可知电容器的电容变大，故D错误；当传感器突然向左启动时，电介质相对极板向右运动，由C＝可知电容器的电容变小，由Q＝CU可知，电容器电荷量会减小，所以会有逆时针电流，故C正确。]
10.D　[分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出，在t1～t2时间内，电流增大，表明题图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小，即压敏电阻受到的压力逐渐增大，所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动；在t2～t3时间内，电流在较大数值上保持恒定，说明电阻保持一个较小值，即受到的压力保持恒定，说明小车在向右做匀加速直线运动，故选项D正确。]
11.(1)0.02 A　(2)1 450 N　(3)I＝(0≤F≤1 450 N)
解析　(1)空载时F＝0
根据图像可知此时电阻为R＝300 Ω
可得电流表的读数为I＝＝ A＝0.02 A。
(2)当电流表读数最大时，压力传感器的阻值最小，根据欧姆定律可得Rmin＝＝ Ω＝10 Ω
由R－F图像可得R＝300－0.2F
联立可得Fmax＝1 450 N。
(3)由(2)可知R－F的关系式为R＝300－0.2F
根据欧姆定律可得R＝＝
联立可得电流表示数I与压力F的关系式为
I＝(0≤F≤1 450 N)。(共55张PPT)
第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理及应用
第五章　传感器
1.了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。
2.了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。
3.了解不同传感器的特征及工作原理，知道传感器将非电学量转化为电学量的物理过程。4.了解传感器在生产、生活中的广泛应用。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　常见传感器的工作原理及应用
知识点一　认识传感器
知识点三　霍尔元件　电容式传感器
知识点一　认识传感器
在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利。如马路上的路灯夜晚发光白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭……这其中的“机关”是什么？
提示　在这些装置中分别安装了不同的传感器。
1.传感器
(1)定义：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_________(通常是_____、电流等电学量)输出，或转换为电路的______的器件或装置。
(2)功能：把___________量转换为_______，可以方便地进行测量、传输、处理和_____。
可用信号
电压
通断
非电学
非电学
控制
2.传感器的种类、组成与应用模式
(1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为______传感器、_____传感器和_____传感器。
(2)组成：传感器主要由__________、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，完成检测功能。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：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换功能。
物理
化学
生物
敏感元件
(3)应用模式：
【思考】 干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：
(1)会发生什么现象，为什么？
(2)干簧管的作用是什么？
提示　(1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
例1 (多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　)
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　传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，但并不是将所有感受到的信号都转换为电学量，所以C正确，D错误。
BC
D
训练1 (2024·福建厦门高二期中)关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A.金属材料不可以制成传感器
B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
解析　传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故C错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号的，D正确。
知识点二　常见传感器的工作原理及应用
1.光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻_______。
(2)原理：无光照时，载流子极少，导电性能_____；随着光照的增强，载流子_____，导电性_____。
(3)作用：把__________这个光学量转换为_____这个电学量。
越小
差
增多
变好
光照强弱
电阻
2.金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作______传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
温度
3.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非常______，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。
明显
4.电阻应变片
(1)电阻应变片的工作原理
①金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变，导体的长度、横截面积变化从而引起电阻变化。
②半导体材料的压阻效应：单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化。
(2)力传感器——电子秤
①组成：由金属梁和电阻应变片组成。
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。
电阻
电压
形变
电阻
例2 (多选)有定值电阻、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，观察电阻表的示数，下列说法中正确的是(　　)
AC
A.置入热水中与不置入热水中相比，电阻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，电阻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，电阻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，电阻表示数相同的一定是定值电阻
解析　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。
总结提升　光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析
特性 原因
光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小
金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大
热 敏 电 阻 负温度系数 的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小
正温度系数 的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大
例3 (多选)(2024·浙江温州高二期中)为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是(　　)
BD
A.外界光照强度增加时，电流表示数减小
B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加
C.该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮
D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大
训练2 (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，输出的电压差值也越大
解析　常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项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，D正确。
BD
知识点三　霍尔元件　电容式传感器
1.霍尔元件及工作原理
(1)霍尔元件
如图所示，在一个很小的矩形半导体(如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。
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
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时，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 随着电介质板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
D
例4 霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动化技术等领域。如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，元件中的载流子带负电，下列说法正确的是(　　)
A.该元件能把电学量转化为磁学量
B.该元件C面的电势高于D面的
C.如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持C、D面水平
D.如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
例5 传感器是把非电学量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学量(如电压、电流、电阻等)的一种元件或装置。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　　)
A.图甲中两极板所带电荷量不变，若电压
减少，可判断出h变小
B.图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增加，可判断出θ变小
C.图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大
D.图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
D
随堂对点自测
2
C
1.(认识传感器)(教材P96T3改编)下列有关传感器的说法正确的是(　　)
A.手机的指纹解锁功能和电梯超出负载时的报警均利用了压敏传感器
B.厨房安装的燃气报警器利用了光敏传感器
C.汽车点火装置内的“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏传感器
D.非接触式测温仪利用了热敏传感器
解析　手机的指纹解锁功能利用了指纹传感器，电梯超出负载时的报警利用了压敏传感器，A错误；燃气报警器的核心元件为气体传感器，传感器电阻随燃气浓度而变化，B错误；“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏(酒精)传感器，C正确；非接触式测温仪利用了红外线传感器，D错误。
ABD
2.(光敏电阻)(多选)关于光敏电阻，下列说法正确的是(　 　)
A.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
B.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能差
C.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D.硫化镉是一种半导体材料，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好
解析　硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能差，随着光照增强，载流子增多，导电性能变好，由这种材料制成的光敏电阻随着光照增强电阻变小，即能够把光照强弱这个光学量转化为电阻这个电学量，A、B、D正确，C错误。
BD
3.(金属热电阻和热敏电阻)(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　　)
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　金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，且灵敏度高，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差，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。
课后巩固训练
3
AC
题组一　传感器的理解
1.(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　)
A.传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
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进行测量、传输、处理和控制
D.电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
解析　根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确，B错误；电磁感应是一种现象，既不是器件，也不是装置，不能称为传感器，D错误。
基础对点练
ABD
2.(多选)下列说法正确的是(　 　)
A.传感器担负着信息采集的任务
B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.电视遥控接收器的主要元件不是传感器
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具
解析　传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软磁性材料组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确。
B
3.(2024·江苏扬州高二期末)如图为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交流电的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器(　　)
A.将电流变化信号转化为位移变化信号输出
B.将位移变化信号转化为电流变化信号输出
C.将位移变化信号转化为电阻变化信号输出
D.当物体向左移动时，线圈的自感系数变小
解析　电感式位移传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，故B正确，A、C错误；当物体向左移动时，软铁芯插入线圈的深度增大，则线圈的自感系数增大，故D错误。
AD
4.(多选)(2024·陕西西安高二期末)传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术。下列有关传感器的判断大致正确的是(　　)
A.传感器是将非电学量(如压力、温度、位移等)转化成电学量(如电压、电流等)的装置
B.温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻不变这一特性制成的
C.空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到压力传感器
D.自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器
解析　传感器是将非电学量(如压力、温度、位移等)转化成电学量(如电压、电流等)的装置，故A正确；温度传感器中使用到的热敏电阻，是利用半导体材料在温度发生变化时电阻也发生变化这一特性制成的，故B错误；空调机、电冰箱、微波炉和消毒柜等家用电器都要用到温度传感器，故C错误；自动门、家电遥控系统、生命探测器都使用了红外线传感器，故D正确。
BC
题组二　常见传感器及其应用
5.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是(　　)
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
解析　由题图乙可知，每隔1 s记录一个工件，因此传送带运动的速度是0.2 m/s，每小时该传送带输送3 600个工件，故选项B、C正确。
B
6.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声音的作用下振动时，电容器的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声音信号就变成了电信号。则当振动膜片向左振动时(　　)
A.电容器的电容增大
B.电容器带电荷量减少
C.电容器两极板间的电场强度增大
D.电阻R中的电流方向自右向左
B
7.如图所示为一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)
A.I变大、U变大
B.I变小、U变小
C.I变小、U变大
D.I变大、U变小
解析　当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，路端电压减小，报警器两端的电压U变小，则并联部分的电压减小，通过R3的电流I变小，所以显示器的电流I变小，故B正确。
BC
8.(多选)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是(　　)
A.白天有光照时，光传感器自动闭合
B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合
D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合
解析　白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。
AC
综合提升练
9.(多选)(2024·湖南长沙高二期中)传感器在生活中应用很广泛。例如在汽车的安全气囊、手机移动设备中使用的电容式加速度传感器，其原理如图所示。质量块左侧连接电介质、右侧连接轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是(　　)
A.静止时与向右匀速直线运动时电容器的电容相同
B.当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态
C.突然向左启动时，电路中有逆时针方向的电流
D.向右做加速度增大的加速运动时，电容器的电容减小
D
10.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示。将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　　)
A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B.从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C.从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D.从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
解析　分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出，在t1～t2时间内，电流增大，表明题图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小，即压敏电阻受到的压力逐渐增大，所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动；在t2～t3时间内，电流在较大数值上保持恒定，说明电阻保持一个较小值，即受到的压力保持恒定，说明小车在向右做匀加速直线运动，故选项D正确。
培优加强练
11.(2024·江苏徐州高二期中)图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V，电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量均可忽略不计。求：
(1)空载时，电流表的读数；
(2)可以称量物体的最大值；
(3)试写出电流表示数I与压力F的变化关系式。
解析　(1)空载时F＝0
根据图像可知此时电阻为R＝300 Ω
(2)当电流表读数最大时，压力传感器的阻值最小，
由R－F图像可得R＝300－0.2F
联立可得Fmax＝1 450 N。
(3)由(2)可知R－F的关系式为R＝300－0.2F

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