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(共64张PPT)
第1节　认识传感器
第五章　传感器
第2节　常见传感器的工作原理
1.知道什么是传感器，并了解传感器的种类。
2.知道传感器的组成及应用模式，理解将非电学量转化为电学量的物理意义。
3.理解常见传感器敏感元件的特性及应用。
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
知识点一　认识传感器
知识点三　电容式传感器及其应用
知识点一　认识传感器
“芝麻开门”的故事反映了人们对某种神奇力量的憧憬，随着科学技术的发展，“芝麻开门”已不再是神话，只要朝自动门走过去，大门就会自动打开；再比如洗完手后将手靠近干手机，热风会自动吹出，手离开干手机，它又会自动关闭；当你走近过道的声控灯时，它会自动亮起，离开后它又会自动熄灭……想一想，这些“神奇”的力量来自何处呢？
提示　传感器
1.传感器：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的________的器件或装置。
2.智能机器：在智能机器中，________相当于人的眼、耳、鼻、舌或手等感觉器官，从外界获取一些必要的信息并提供给机器。
电信号
传感器
3.传感器的结构
通常传感器由______元件和______元件组成，有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分，如图所示。
敏感
转换
(1)敏感元件：包括力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等，它们能直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息，并将这些信息变换成易于测量的物理量。
弹性膜片 应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转变成膜片的______
光敏电阻 通常是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的，随着光照的______，导电性变好。因此，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
干簧管 干簧管是一种能够感知______的敏感元件，由密封在玻璃管内的两个软磁体簧片构成，两个簧片在磁场的作用下会磁化，靠近的两端成为异名磁极，相互吸引。当磁场力大于簧片的弹力时，两簧片紧密接触。所以，串联在电路中的干簧管就成了一个由磁场控制的开关
形变
增强
磁场
(2)转换元件：又称传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成________。
(3)信号调节转换电路：由于转换元件输出的信号一般都很弱，容易混有干扰信号，因此需要有信号调节转换电路对其进行放大、消除干扰，使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。
电学量
4.传感器的分类
按感知外界信息及变换效应的不同，可分为以下三类。
物理传感器 利用了力、热、光、电磁和声等______效应
化学传感器 利用了__________的原理检测物质的种类和浓度
生物传感器 是利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作的传感器
物理
化学反应
AC
例1 (多选)关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A.传感器通常是将非电学量转换为电学量
B.烟雾散射式火灾报警器利用的是温度传感器
C.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器可以控制电路的通断
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
解析　传感器通常是将非电学量转换为电学量，故A正确；烟雾散射式火灾报警器利用的是光传感器，故B错误；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器可以控制电路的通断，故C正确；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，故D错误。
传感器问题的分析思路
(1)明确传感器的类型，了解传感器的工作原理。
(2)确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
(3)根据电学量的变化确定相关物理量的变化。　　　　
C
训练1 在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　)
A.物理传感器 B.化学传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
解析　酶标法的原理应该是利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。
D
训练2 当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息(　　)
A.温度 B.运动 C.人 D.红外线
解析　自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门，故D正确。
训练3 (多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个簧片能被磁化。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
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.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
CD
解析　当干簧管周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，所以接入电路中相当于开关，作为电控元件以实现自动控制的，故C、D正确。
知识点二　常见传感器的工作原理
1.温度传感器：是一种将______变化转换成电学量变化的装置。它使用的感温敏感元件种类很多，常见的有热敏电阻、热电阻、热双金属片和热电偶等。
(1)热敏电阻温度传感器：热敏电阻由半导体材料制成，其电阻率随温度的变化非常______。如图(a)所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线，这类热敏电阻的阻值随温度升高而减小，称为负温度系数热敏电阻，用NTC表示；另一类热敏电阻的阻值随温度升高而增大，称为正温度系数热敏电阻，用PTC表示。
温度
明显
(2)热电阻温度传感器：用________制作的感温电阻称为热电阻，如图(b)所示为某热电阻的温度特性曲线，它的电阻与温度的关系是R＝R0(1＋θt)，其中θ为温度系数，R0是t＝0 ℃时导体的电阻。热电阻传感器，不仅广泛用于测温，还可以用来测量流体的流量。
金属丝
(3)热双金属片温度传感器：将两种__________相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后，当温度升高时，由于两边金属片膨胀程度不同，双金属片就会发生形变，可用它来控制电路的通断。许多冰箱压缩机就是用双金属热保护器进行保护的，如图(c)所示。
膨胀系数
2.光传感器：有些金属或半导体材料，在电路中受到______时，可以产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化。用这种材料做敏感元件，便可制成光传感器。光传感器在日常生活和工农业生产、交通运输等行业中应用广泛，比如自动门、非触摸式自动水龙头、火灾报警、环境监测装置等，其中用来测量机械转速的光电式转速表的工作原理如图所示，旋转物把光线反射到光敏二极管上完成转速测量。
光照
3.力传感器：是一种把力学量转换为电学量的装置。常用的力传感器是由铝合金梁和应变片组成的应变式力传感器，其工作原理如图所示，在梁的自由端施加向下的压力时，梁发生弯曲，上表面拉伸，上应变片的电阻变大；下表面压缩，下应变片的电阻变小。使应变片中通过的电流保持恒定，这时上、下应变片的电压产生差值，压力越大，输出的电压差值越大；如果力的方向向上，则上、下应变片的电阻变化正好相反，电压差值为负。
应变式力传感器的原理
【思考】
1.光敏电阻的特点是什么？
提示　光照越强，电阻越小。
2.热敏电阻有哪几种？分别有什么特点？
提示　热敏电阻分为负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻，其特点分别是随温度的升高其电阻减小和降低。
3.金属热电阻有什么特点？
提示　金属热电阻随温度的升高电阻增大。
例2 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
(1)电流表G的内阻Rg；
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
解析　(1)由题图乙知热敏电阻R的温度等于120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA
根据闭合电路的欧姆定律得
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时，热敏电阻的温度为20 ℃。
答案　(1)1 000 Ω　(2)20 ℃
(1)分析电路问题，关注电源的电动势和内阻及外电路的变化规律，纯电阻电路可利用闭合电路欧姆定律。
(2)用图像法解决问题要关注横纵坐标的意义，根据闭合电路欧姆定律列表达式。
(3)利用数形结合，结合斜率，截距及特殊点解决相关问题。　　　　
D
训练4 为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。已知直流电源电动势E为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
A.R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B.通过表中数据分析可得，照度与光敏电阻阻值成反比
C.照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
D.若将20 kΩ的定值电阻接入电路，则当照度降至0.4 lx时启动照明系统
A
训练5 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器(　　)
A.压力传感器 B.红外线传感器
C.温度传感器 D.生物传感器
解析　洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是将不同量的水所产生的压力转换成电学量，运用的可能是压力传感器，故A正确，B、C、D错误。
知识点三　电容式传感器及其应用
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
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
A
例3 如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转。在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)
A.向右偏到某一刻度后回到零刻度
B.向左偏到某一刻度后回到零刻度
C.向右偏到某一刻度后不动
D.向左偏到某一刻度后不动
解析　压力F作用使膜片从图中的虚线推到实线位置的过程中，极板间距d变小，由电容器电容大小影响因素，知电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中通过由正接线柱流入的电流，灵敏电流表指针将右偏。膜片保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，故A正确。
电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离、正对面积、电介质及引起它们改变的因素(如力、位移、压强、声音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量。　　　　
D
训练6 图甲、图乙分别是电容式麦克风和动圈式麦克风的原理图。图甲中，涂有金属层的振动膜片和固定电极为电容器的两金属极板，振动膜片接地，两板间有一点P，在声压的作用下，振动膜片会振动。图乙中，动圈式麦克风主要由永久磁铁、导电线圈和振动膜片组成，永久磁铁固定在适当的位置，线圈与一个膜片连接，声波传播时可使膜片左右移动，从而引起线圈运动产生感应电流。下列说法正确的是(　　)
A.两种麦克风的工作原理相同
B.图乙中导电线圈向左移动时，感应
电流从b流向a
C.图甲中振动膜片向左移动时，金属极板上的电荷量不变
D.图甲中振动膜片向左移动时，P点的电势降低
AD
训练7 (多选)为测量不导电液体的液面高度，两个兴趣小组制作的两种液位报警器，图甲、图乙是利用热敏电阻来检测警戒液位，图丙是用平行板电容器制作的液位监测仪，下列有关说法正确的是(　　)
A.图丙中，数字电容表的示数增大时，液面高度上升
B.在液位报警器中，热敏电阻把液位这个力学量转化为电阻这个电学量
C.热敏电阻通上电流后会对液体进行快速加热
D.当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，指示灯亮
随堂对点自测
2
C
1.(认识传感器)在中国空间站中，多种传感器担负着对舱内气压监测、温度监控、交会对接的距离监测、太阳帆板自动迎对日光等任务。下列有关传感器的说法中不正确的是(　　)
A.热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件
B.对气压的监测可以利用压力传感器
C.光敏传感器通过将电信号转化为光信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪
D.红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测
解析　热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件，A正确；对气压的监测可以利用压力传感器，B正确；光敏传感器通过将光信号转化为电信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪，C错误；红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测，D正确。
B
2.(电容式传感器)如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(　　)
A.汽车保持静止时，电容器不带电
B.汽车静止时与直线运动时，电容器的电容相同
C.汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针
方向的电流
D.汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
B
3.(常见传感器的工作原理)如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势E不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是(　　)
A.通过显示器的电流减小
B.R0两端的电压增大
C.传感器两端的电压增大
D.电路的总功率减小
课后巩固训练
3
A
题组一　认识传感器
1.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是(　　)
A.红外线报警装置
B.走廊照明灯的声控开关
C.自动洗衣机中的压力传感装置
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
对点题组练
解析　只有A项是将光信号转化为电信号，其余三项分别是将声信号转化为电信号、压力信号转化为电信号、温度信号转化为电信号，故A正确。
B
2.传感器种类繁多，已广泛应用在生产生活中。下列关于传感器的说法正确的是(　　)
A.酒精检测仪应用了葡萄糖生物传感器
B.电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度
C.电脑所用的光电鼠标主要采用声传感器
D.电子秤所使用的测力装置主要使用了磁传感器
解析　酒精检测仪应用了酒精生物传感器，故A错误；电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度，故B正确；电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，故C错误；电子秤所使用的测力装置主要使用了压力传感器，故D错误。
B
题组二　常见传感器的工作原理
3.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，线圈处于永磁铁的磁场中，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变
D.膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
解析　当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转化为电信号，是根据电磁感应原理工作的，A错误，B正确；膜片随着声波做周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，C错误；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，D错误。
C
4.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。
B
5.如图是一火警报警电路的示意图，R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。当传感器R3所在处出现火情时，电流表显示的电流I、报警器两端的电压U的变化情况(　　)
A.I变大，U变小 B.I变小，U变小
C.I变小，U变大 D.I变大，U变大
解析　当传感器R3所在处出现火情时，R3的电阻减小，根据串反并同规律，可知报警器两端的电压变小，电流表显示的电流也变小，故B正确。
BD
6.(多选)电子眼在城市道路上随处可见，电子眼在交通管理中的运用，大大减小了交管部门的工作强度。电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越高，压力稳定时，电压稳定，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中会产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照留存。则红灯亮时(　　)
A.车轮停在感应线上时，电阻R中有恒定电流
通过
B.车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后
放电
C.增大电阻R的阻值，可以使电容器稳定时的带电荷量减小
D.汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照
解析　车轮停在感应线上时，压电薄膜受到的压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故B正确；电容器稳定时的电压等于压电薄膜两端产生的电压，与R无关，故C错误；汽车前轮刚过感应线，又回到线内，则前轮两次压线，形成两个脉冲电流，符合拍照条件，故D正确。
AC
7.(多选)如图甲所示为一种电感式微小位移传感器原理图，①是待测位移的物体，③是空心线圈，软铁芯②插在线圈③中并且可以随着物体在线圈中左右平移。在线圈中加上如图乙所示的电压，电流表的示数如图丙所示，则下列判断正确的是(　　)
综合提升练
A.0～t1时间内物体处于静止状态
B.t1～t2时间内物体可能向右运动
C.t1～t2时间内物体一定向左运动
D.t1～t2时间内物体可能先向左运动后向右运动
解析　由题图乙、丙可知，电压均匀变化，且0～t1时间内电流均匀变化，可知线圈中产生的自感电动势恒定，线圈自感系数不变，此时物体处于静止状态，A正确；t1～t2时间内线圈中的电流变化率减小，说明线圈中自感电流逐渐增大，线圈的自感系数增大，则物块向左运动，C正确，B、D错误。
D
8.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有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绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，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　在t1～t2时间内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3时间内，I不变，大于0～t1时间内的电流，故压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。
D
9.如图甲是某生产流水线上的产品输送及计
数装置示意图，其中S为激光源，R1为光
敏电阻(有光照射时，阻值较小；无光照
射时，阻值较大)，R2为定值保护电阻，
a、b间接“示波器”(示波器的接入对电
路无影响)。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V，保护电阻R2的阻值为400 Ω。则(　　)
A.有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
B.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
D.每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
BD
10.(多选)(2024·广东肇庆期末)如图所示是一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波遇障碍物经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重面板没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，此时输出电压为U0＝kM0g(g是重力加速度，k是比例常数)。当某同学站上测重面板时，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则(　　)
11.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(重力加速度g＝10 m/s2)。
(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向；
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
答案　(1)4.0 m/s2　与汽车运动方向相同
(2)以方向与汽车运动方向相反、大小为10 m/s2的加速度运动
解析　(1)滑块受力如图所示，依题意：后面弹簧对滑块向前的推力F1＝14 N，前面弹簧对滑块向后的推力F2＝6.0 N，设滑块所受合力产生的加速度为a1，根据牛顿第二定律有
F1－F2＝ma1
(2)传感器a的读数恰为零，即后面弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，后面弹簧伸长多少，前面弹簧就缩短多少，所以前面弹簧的弹力大小变为F2′＝20 N。设滑块所受合力产生的加速度为a2，由牛顿第二定律得
F2′＝ma2
12.一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图如图所示，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮，车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为n，累积脉冲数为N。试回答下列问题。
培优加强练
(1)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据
有哪些？
(2)推导小车速度v的表达式；
(3)推导小车行程s的表达式。
解析　(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转
动圈数的乘积，行程等于车轮的周长与累积时间内车轮转动圈数的乘积，所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。第五章　第1节　认识传感器　第2节　常见传感器的工作原理
(分值：100分)
选择题1～10题，每小题7分，共70分。
对点题组练
题组一　认识传感器
1.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是(　　)
红外线报警装置
走廊照明灯的声控开关
自动洗衣机中的压力传感装置
电饭煲中控制加热和保温的温控器
2.传感器种类繁多，已广泛应用在生产生活中。下列关于传感器的说法正确的是(　　)
酒精检测仪应用了葡萄糖生物传感器
电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度
电脑所用的光电鼠标主要采用声传感器
电子秤所使用的测力装置主要使用了磁传感器
题组二　常见传感器的工作原理
3.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，线圈处于永磁铁的磁场中，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(　　)
该传感器是根据电流的磁效应工作的
该传感器是根据电磁感应原理工作的
膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
4.下列有关传感器的说法正确的是(　　)
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
厨房安装的燃气报警器利用了光敏传感器
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
非接触式测温仪利用了热敏传感器
5.如图是一火警报警电路的示意图，R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。当传感器R3所在处出现火情时，电流表显示的电流I、报警器两端的电压U的变化情况(　　)
I变大，U变小 I变小，U变小
I变小，U变大 I变大，U变大
6.(多选)电子眼在城市道路上随处可见，电子眼在交通管理中的运用，大大减小了交管部门的工作强度。电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越高，压力稳定时，电压稳定，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中会产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照留存。则红灯亮时(　　)
车轮停在感应线上时，电阻R中有恒定电流通过
车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
增大电阻R的阻值，可以使电容器稳定时的带电荷量减小
汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照
综合提升练
7.(多选)如图甲所示为一种电感式微小位移传感器原理图，①是待测位移的物体，③是空心线圈，软铁芯②插在线圈③中并且可以随着物体在线圈中左右平移。在线圈中加上如图乙所示的电压，电流表的示数如图丙所示，则下列判断正确的是(　　)
　
0～t1时间内物体处于静止状态
t1～t2时间内物体可能向右运动
t1～t2时间内物体一定向左运动
t1～t2时间内物体可能先向左运动后向右运动
8.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有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绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，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
9.如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为激光源，R1为光敏电阻(有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大)，R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响)。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V，保护电阻R2的阻值为400 Ω。则(　　)
有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
10.(多选)(2024·广东肇庆期末)如图所示是一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波遇障碍物经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重面板没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，此时输出电压为U0＝kM0g(g是重力加速度，k是比例常数)。当某同学站上测重面板时，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则(　　)
该同学的身高为v(t0－t)
该同学的身高为v(t0－t)
该同学的质量为
该同学的质量为(U－U0)
11.(15分)用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(重力加速度g＝10 m/s2)。
(1)(7分)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向；
(2)(8分)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
培优加强练
12.(15分)一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图如图所示，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮，车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为n，累积脉冲数为N。试回答下列问题。
(1)(5分)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些
(2)(5分)推导小车速度v的表达式；
(3)(5分)推导小车行程s的表达式。
第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理
1.A　[只有A项是将光信号转化为电信号，其余三项分别是将声信号转化为电信号、压力信号转化为电信号、温度信号转化为电信号，故A正确。]
2.B　[酒精检测仪应用了酒精生物传感器，故A错误；电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度，故B正确；电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，故C错误；电子秤所使用的测力装置主要使用了压力传感器，故D错误。]
3.B　[当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转化为电信号，是根据电磁感应原理工作的，A错误，B正确；膜片随着声波做周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，C错误；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，D错误。]
4.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。]
5.B　[当传感器R3所在处出现火情时，R3的电阻减小，根据串反并同规律，可知报警器两端的电压变小，电流表显示的电流也变小，故B正确。]
6.BD　[车轮停在感应线上时，压电薄膜受到的压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由图乙可知，当车轮经过感应线时，电流先增大后减小，然后再反向增大后减小，因电压是在受压时产生的，故说明电容器先充电后放电，故B正确；电容器稳定时的电压等于压电薄膜两端产生的电压，与R无关，故C错误；汽车前轮刚过感应线，又回到线内，则前轮两次压线，形成两个脉冲电流，符合拍照条件，故D正确。]
7.AC　[由题图乙、丙可知，电压均匀变化，且0～t1时间内电流均匀变化，可知线圈中产生的自感电动势恒定，线圈自感系数不变，此时物体处于静止状态，A正确；t1～t2时间内线圈中的电流变化率减小，说明线圈中自感电流逐渐增大，线圈的自感系数增大，则物块向左运动，C正确，B、D错误。]
8.D　[在t1～t2时间内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3时间内，I不变，大于0～t1时间内的电流，故压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。]
9.D　[由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小，根据I＝可知，电路中的电流变大，根据U＝IR可知，R2两端的电压变大，根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电压变小，由题图乙知R1两端的电压U1＝2 V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝ A＝0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝ Ω＝200 Ω，故A错误；无光照射时，由题图乙可得U1′＝4 V，则U2′＝U－U1′＝6 V－4 V＝2 V，所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2′＝2∶1，故B错误；I′＝＝ A＝0.005 A，此时电阻光敏电阻的阻值R1′＝＝ Ω＝800 Ω，所以有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比R1∶R1′＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，每经过0.6 s，就有一个产品通过计数装置，每1 h通过S与R1之间的产品个数n＝个＝6 000个，故D正确。]
10.BD　[由题意，当测重面板没有站人时，有2x＝vt0，站人时，有2(x－h)＝vt，解得人的身高h＝v(t0－t)，故A错误，B正确；无人站立时U0＝kM0g，有人时U＝k(M0g＋mg)，解得m＝(U－U0)，故C错误，D正确。]
11.(1)4.0 m/s2　与汽车运动方向相同
(2)以方向与汽车运动方向相反、大小为10 m/s2的加速度运动
解析　(1)滑块受力如图所示，依题意：后面弹簧对滑块向前的推力F1＝14 N，前面弹簧对滑块向后的推力F2＝6.0 N，设滑块所受合力产生的加速度为a1，根据牛顿第二定律有
F1－F2＝ma1
得a1＝＝ m/s2＝4.0 m/s2
a1与F1同方向，即向前(与汽车运动方向相同)。
(2)传感器a的读数恰为零，即后面弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，后面弹簧伸长多少，前面弹簧就缩短多少，所以前面弹簧的弹力大小变为F2′＝20 N。设滑块所受合力产生的加速度为a2，由牛顿第二定律得
F2′＝ma2
得a2＝＝10 m/s2，方向向后与(汽车运动方向相反)。
12.(1)车轮半径R和齿轮齿数P　(2)v＝　(3)s＝
解析　(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积，行程等于车轮的周长与累积时间内车轮转动圈数的乘积，所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。
(2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为，则有小车速度的表达式
v＝。
(3)小车行程的表达式s＝。第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理
学习目标　1.知道什么是传感器，并了解传感器的种类。2.知道传感器的组成及应用模式，理解将非电学量转化为电学量的物理意义。3.理解常见传感器敏感元件的特性及应用。
知识点一　认识传感器
“芝麻开门”的故事反映了人们对某种神奇力量的憧憬，随着科学技术的发展，“芝麻开门”已不再是神话，只要朝自动门走过去，大门就会自动打开；再比如洗完手后将手靠近干手机，热风会自动吹出，手离开干手机，它又会自动关闭；当你走近过道的声控灯时，它会自动亮起，离开后它又会自动熄灭……想一想，这些“神奇”的力量来自何处呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.传感器：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的________的器件或装置。
2.智能机器：在智能机器中，________相当于人的眼、耳、鼻、舌或手等感觉器官，从外界获取一些必要的信息并提供给机器。
3.传感器的结构
通常传感器由________元件和________元件组成，有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分，如图所示。
(1)敏感元件：包括力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等，它们能直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息，并将这些信息变换成易于测量的物理量。
弹性膜片 应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转变成膜片的________
光敏电阻 通常是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的，随着光照的________，导电性变好。因此，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
干簧管 干簧管是一种能够感知________的敏感元件，由密封在玻璃管内的两个软磁体簧片构成，两个簧片在磁场的作用下会磁化，靠近的两端成为异名磁极，相互吸引。当磁场力大于簧片的弹力时，两簧片紧密接触。所以，串联在电路中的干簧管就成了一个由磁场控制的开关
(2)转换元件：又称传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成________。
(3)信号调节转换电路：由于转换元件输出的信号一般都很弱，容易混有干扰信号，因此需要有信号调节转换电路对其进行放大、消除干扰，使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。
4.传感器的分类
按感知外界信息及变换效应的不同，可分为以下三类。
物理传感器 利用了力、热、光、电磁和声等________效应
化学传感器 利用了____________的原理检测物质的种类和浓度
生物传感器 是利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作的传感器
例1 (多选)关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A.传感器通常是将非电学量转换为电学量
B.烟雾散射式火灾报警器利用的是温度传感器
C.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器可以控制电路的通断
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
传感器问题的分析思路
(1)明确传感器的类型，了解传感器的工作原理。
(2)确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。
(3)根据电学量的变化确定相关物理量的变化。　　　　
训练1 在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　)
A.物理传感器 B.化学传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
训练2 当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息(　　)
A.温度 B.运动
C.人 D.红外线
训练3 (多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个簧片能被磁化。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
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.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
知识点二　常见传感器的工作原理
1.温度传感器：是一种将________变化转换成电学量变化的装置。它使用的感温敏感元件种类很多，常见的有热敏电阻、热电阻、热双金属片和热电偶等。
(1)热敏电阻温度传感器：热敏电阻由半导体材料制成，其电阻率随温度的变化非常________。如图(a)所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线，这类热敏电阻的阻值随温度升高而减小，称为负温度系数热敏电阻，用NTC表示；另一类热敏电阻的阻值随温度升高而增大，称为正温度系数热敏电阻，用PTC表示。
(2)热电阻温度传感器：用________制作的感温电阻称为热电阻，如图(b)所示为某热电阻的温度特性曲线，它的电阻与温度的关系是R＝R0(1＋θt)，其中θ为温度系数，R0是t＝0 ℃时导体的电阻。热电阻传感器，不仅广泛用于测温，还可以用来测量流体的流量。
(3)热双金属片温度传感器：将两种____________相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后，当温度升高时，由于两边金属片膨胀程度不同，双金属片就会发生形变，可用它来控制电路的通断。许多冰箱压缩机就是用双金属热保护器进行保护的，如图(c)所示。
2.光传感器：有些金属或半导体材料，在电路中受到________时，可以产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化。用这种材料做敏感元件，便可制成光传感器。光传感器在日常生活和工农业生产、交通运输等行业中应用广泛，比如自动门、非触摸式自动水龙头、火灾报警、环境监测装置等，其中用来测量机械转速的光电式转速表的工作原理如图所示，旋转物把光线反射到光敏二极管上完成转速测量。
3.力传感器：是一种把力学量转换为电学量的装置。常用的力传感器是由铝合金梁和应变片组成的应变式力传感器，其工作原理如图所示，在梁的自由端施加向下的压力时，梁发生弯曲，上表面拉伸，上应变片的电阻变大；下表面压缩，下应变片的电阻变小。使应变片中通过的电流保持恒定，这时上、下应变片的电压产生差值，压力越大，输出的电压差值越大；如果力的方向向上，则上、下应变片的电阻变化正好相反，电压差值为负。
应变式力传感器的原理
【思考】
1.光敏电阻的特点是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.热敏电阻有哪几种？分别有什么特点？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.金属热电阻有什么特点？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
(1)电流表G的内阻Rg；
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(1)分析电路问题，关注电源的电动势和内阻及外电路的变化规律，纯电阻电路可利用闭合电路欧姆定律。
(2)用图像法解决问题要关注横纵坐标的意义，根据闭合电路欧姆定律列表达式。
(3)利用数形结合，结合斜率，截距及特殊点解决相关问题。　　　　
训练4 为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统。光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。已知直流电源电动势E为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
A.R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B.通过表中数据分析可得，照度与光敏电阻阻值成反比
C.照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
D.若将20 kΩ的定值电阻接入电路，则当照度降至0.4 lx时启动照明系统
训练5 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器(　　)
A.压力传感器 B.红外线传感器
C.温度传感器 D.生物传感器
知识点三　电容式传感器及其应用
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
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3 如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转。在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)
A.向右偏到某一刻度后回到零刻度
B.向左偏到某一刻度后回到零刻度
C.向右偏到某一刻度后不动
D.向左偏到某一刻度后不动
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离、正对面积、电介质及引起它们改变的因素(如力、位移、压强、声音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量。　　　　
训练6 图甲、图乙分别是电容式麦克风和动圈式麦克风的原理图。图甲中，涂有金属层的振动膜片和固定电极为电容器的两金属极板，振动膜片接地，两板间有一点P，在声压的作用下，振动膜片会振动。图乙中，动圈式麦克风主要由永久磁铁、导电线圈和振动膜片组成，永久磁铁固定在适当的位置，线圈与一个膜片连接，声波传播时可使膜片左右移动，从而引起线圈运动产生感应电流。下列说法正确的是(　　)
A.两种麦克风的工作原理相同
B.图乙中导电线圈向左移动时，感应电流从b流向a
C.图甲中振动膜片向左移动时，金属极板上的电荷量不变
D.图甲中振动膜片向左移动时，P点的电势降低
训练7 (多选)为测量不导电液体的液面高度，两个兴趣小组制作的两种液位报警器，图甲、图乙是利用热敏电阻来检测警戒液位，图丙是用平行板电容器制作的液位监测仪，下列有关说法正确的是(　　)
A.图丙中，数字电容表的示数增大时，液面高度上升
B.在液位报警器中，热敏电阻把液位这个力学量转化为电阻这个电学量
C.热敏电阻通上电流后会对液体进行快速加热
D.当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，指示灯亮
随堂对点自测
1.(认识传感器)在中国空间站中，多种传感器担负着对舱内气压监测、温度监控、交会对接的距离监测、太阳帆板自动迎对日光等任务。下列有关传感器的说法中不正确的是(　　)
A.热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件
B.对气压的监测可以利用压力传感器
C.光敏传感器通过将电信号转化为光信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪
D.红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测
2.(电容式传感器)如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(　　)
A.汽车保持静止时，电容器不带电
B.汽车静止时与直线运动时，电容器的电容相同
C.汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流
D.汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
3.(常见传感器的工作原理)如图是安装在潜水器上的深度表的电路简图，显示器由电流表(电阻不计)改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电动势E不变，内阻为r，定值电阻阻值为R0，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况是(　　)
A.通过显示器的电流减小
B.R0两端的电压增大
C.传感器两端的电压增大
D.电路的总功率减小
第1节　认识传感器
第2节　常见传感器的工作原理
知识点一
导学　提示　传感器
知识梳理
1.电信号　2.传感器　3.敏感　转换　(1)形变　增强　磁场　(2)电学量　4.物理　化学反应
例1 AC　[传感器通常是将非电学量转换为电学量，故A正确；烟雾散射式火灾报警器利用的是光传感器，故B错误；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器可以控制电路的通断，故C正确；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，故D错误。]
训练1 C　[酶标法的原理应该是利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。]
训练2 D　[自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门，故D正确。]
训练3 CD　[当干簧管周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，所以接入电路中相当于开关，作为电控元件以实现自动控制的，故C、D正确。]
知识点二
1.温度　(1)明显　(2)金属丝　(3)膨胀系数　2.光照
[思考]
1.提示　光照越强，电阻越小。
2.提示　热敏电阻分为负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻，其特点分别是随温度的升高其电阻减小和降低。
3.提示　金属热电阻随温度的升高电阻增大。
例2 (1)1 000 Ω　(2)20 ℃
解析　(1)由题图乙知热敏电阻R的温度等于120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA
根据闭合电路的欧姆定律得
Rg＝－R＝ Ω＝1 000 Ω。
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时
R＝－Rg＝ Ω＝4 000 Ω
由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时，热敏电阻的温度为20 ℃。
训练4 D　[根据题上的控制电路原理，照度越小，R1两端的电压应越大，达到2 V时，和R1并联的控制开关启动照明系统。结合光敏电阻在不同照度下的阻值表可得，R1为光敏电阻，所以R2为定值电阻，故A、C错误；通过表中数据分析可得，照度与光敏电阻阻值的乘积不为定值，所以照度与光敏电阻阻值不成反比，故B错误；将20 kΩ的定值电阻R2接入电路时，当照度降至0.4 lx，此时光敏电阻R1的阻值为40 kΩ，电源电动势为3 V，根据串联电路分压关系可得，光敏电阻R1两端的电压U＝×3 V＝2 V，因此和R1并联的控制开关两端的电压也为2 V，达到启动电压，启动照明系统，故D正确。]
训练5 A　[洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是将不同量的水所产生的压力转换成电学量，运用的可能是压力传感器，故A正确，B、C、D错误。]
知识点三
例3 A　[压力F作用使膜片从图中的虚线推到实线位置的过程中，极板间距d变小，由电容器电容大小影响因素，知电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中通过由正接线柱流入的电流，灵敏电流表指针将右偏。膜片保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，故A正确。]
训练6 D　[电容式麦克风的工作原理是振动膜片振动，改变了电容器的电容，从而使电路中的电流发生变化，声信号就转变成了电信号；动圈式麦克风是由于声音形成的声波导致振动膜片前后振动，带动导电线圈前后移动，切割永久磁铁形成的磁场，产生感应电流，即形成电流信号，则两种麦克风工作原理不同，A错误；导电线圈中原磁场方向向右，当导电线圈向左移动时，穿过导电线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流在线圈中的磁场方向向右，由安培定则可知感应电流从a流向b，B错误；图甲中振动膜片向左移动时，由C＝得，两极板间距离d增大时，电容器的电容C减小，金属极板上的电荷量Q＝CU减小，C错误；由E＝知，U不变，d增大，则极板间电场强度减小，P点与固定电极之间的电势差变小，P点的电势降低，D正确。]
训练7 AD　[根据平行板电容器的电容决定式C＝，由于液体不导电，所以液体相当于极板间的电介质，当数字电容表示数增大时，可知液面高度上升，使得相对介电常数εr变大，平行板电容器电容变大，A正确；热敏电阻是把温度这个热学量转化为电阻这个电学量，B错误；若给热敏电阻通一定电流，热敏电阻会产生热，当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，液体的温度基本不变，因此利用热敏电阻对液体不能进行快速加热，C错误；如题图乙所示，当液体减少，液面低于热敏电阻时，热敏电阻温度升高，阻值较小，电流较大，指示灯亮，就显示出报警信号，D正确。]
随堂对点自测
1.C　[热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件，A正确；对气压的监测可以利用压力传感器，B正确；光敏传感器通过将光信号转化为电信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪，C错误；红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测，D正确。]
2.B　[汽车保持静止时，Q＝CU，电容器带电，故A错误；汽车静止时与匀速直线运动时，弹簧长度相同，电容器的电容相同，故B正确；当汽车向右加速运动时，电容器电介质相对于电容器极板向左运动，由C＝可知电容变大，因两极板间的电压不变，则电容器的电荷量变大，电路中有顺时针方向的电流，故C错误；汽车向右做匀加速运动过程中，加速度不变，弹簧伸长量不变，电容器充电完成后，不再有电流，故D错误。]
3.B　[在潜水器下潜过程中，压力传感器受到的压力越来越大，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，由闭合电路欧姆定律I＝可知电路中的总电流增大，即通过显示器的电流增大，故A错误；R0两端的电压U＝IR0，电路中的电流增大，则U增大，故B正确；传感器两端的电压U传＝E－I(R0＋r)，由于I增大，E、R0、r都不变，则传感器两端的电压减小，故C错误；由P＝EI可知，电路的总功率增大，故D错误。]

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