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第5章　传感器及其应用
第2节　科学制作:简单的自动控制装置
第3节　大显身手的传感
基础过关练
题组一　红外线传感器
1.电梯是高层住宅用户必不可少的日常工具,但有些小朋友不懂事,总做出一些危险行为。某小朋友在电梯门口放了一障碍物,发现电梯门不停地开关,这是电梯门上安装了传感器的结果,他以此为乐,殊不知这种行为有一定的危险性。下列说法中正确的是 (　　)
A.电梯门上安装了温度传感器
B.电梯门上安装了光传感器
C.电梯门上的传感器将温度信号转变为电信号
D.电梯门上的传感器将电信号转化为光信号
2.关于红外线热像仪,下列说法正确的是 (　　)
A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线具有荧光效应
B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.一切物体都能发射红外线,而且物体在不同温度下发射红外线的频率和强度不同
题组二　压力传感器
3.下列器件中应用力传感器的是 (　　)
A.鼠标　　　　　　　　 B.火灾报警器
C.测温仪　　　　　　　　 D.电子秤
4.下列情况不可能是全自动洗衣机水位控制装置损坏引起的是 (　　)
A.洗衣机不加水 B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水 D.洗衣机不洗衣
5.电子眼又称电子警察,它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质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,电压越大,压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两脉冲电流,如图乙所示。当十字路口红灯亮时,电子警察系统启动,若回路中产生两脉冲电流,电子眼拍照,认定为“闯红灯”。则当红灯亮时 (　　)
A.车轮停在感应线上时,电阻R上的电流为零
B.车轮经过感应线的过程中,电容器C的电荷量一直增大
C.车轮经过感应线的过程中,电容器C两极板间的电场强度保持不变
D.汽车前轮越过感应线后,又倒回到线内,不会被电子眼拍照
题组三　电容传感器
6.随着生活质量的提高,自动干手机已进入普通家庭。洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传感器便驱动电热器加热,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
7.(多选题)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示。Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。在膜片M向右运动的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.电容变大
B.电容变小
C.导线AB中有向左的电流
D.导线AB中有向右的电流
题组四　传感器与机器人
8.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。则该机器人的“眼睛”为 (　　)
A.力传感器　　　　　　　　 B.光传感器
C.温度传感器　　　　　　　　 D.声音传感器
9.关于传感器的应用,下列说法正确的是 (　　)
A.干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的
B.机器人的“皮肤”能感知环境温度的变化,利用了温度传感器
C.红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
D.火灾报警器是通过感知温度触发报警的
题组五　简单的自动控制装置
10.如图所示是某保密室的防盗报警电路,当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是　 (　　)
A.电磁继电器与发电机工作原理相同
B.电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C.电磁铁工作时,上端为S极
D.当有人闯入保密室时,b灯亮
11.在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图甲所示,箱内电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图像如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当Uab≥0时,电压鉴别器使S断开,停止加热。求恒温箱的恒定温度。
甲
乙
能力提升练
题组一　压力传感器
1.某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 (　　)
A.U1B.R2为压力传感器
C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低
D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高
题组二　电容传感器
2.电容器是一种常用的电学元件,在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中的应用说法正确的是 (　　)
甲:电容式触摸屏
乙:电容式压力传感器
丙:电容式油位传感器
丁:电容式加速度传感器
A.甲图中,手指作为电容器的一个极板,如果改用绝缘笔仍能在电容式触摸屏上正常操作
B.乙图中,力F增大过程中,电流计中的电流从a流向b
C.丙图中,油箱液位上升时,电容变小
D.丁图中,当传感器由静止突然向左加速,电容器处于充电状态
题组三　温度传感器
3.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。
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=　　　　。
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
题组四　简单的自动控制装置
4.利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,黑夜打开。某同学利用如下器材制作了一个简易的路灯自动控制装置。
A.励磁线圈电源E1
B.路灯电源E2
C.路灯灯泡L
D.定值电阻R0
E.光敏电阻R1
F.电磁开关
G.导线、开关等
(1)电磁开关的内部结构如图甲所示。1、2两接线柱接励磁线圈(电磁铁上绕的线圈),3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接,相当于路灯的开关。当流过励磁线圈的电流大于某个值时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开,路灯熄灭。该同学首先用多用电表的欧姆挡测量励磁线圈的电阻,将选择开关置于“×1”倍率,调零后测量时的示数如图乙所示,则励磁线圈的电阻约为　　　 Ω。
(2)图丙为光敏电阻的阻值随照度的变化关系图像(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,单位为 lx)。从图中可以看出,光敏电阻的阻值随照度的增大而　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(3)如图丁所示,请你用笔画线代替导线,将该同学设计的自动控制电路补充完整。
(4)已知励磁线圈电源E1=6.0 V(内阻不计),定值电阻R0=60 Ω。若设计要求当流过励磁线圈的电流为0.05 A时点亮路灯,则此时的照度约为　　　 lx。
答案与分层梯度式解析
第5章　传感器及其应用
第2节　科学制作:简单的自动控制装置
第3节　大显身手的传感器
基础过关练
1.B　在电梯门口放了一障碍物,电梯门不停地开关,说明电梯门上安装了光传感器,这个传感器能够将光信号转变为电信号,故B正确,A、C、D错误。故选B。
方法总结　分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析:要明确传感器所感受的物理量,如力、热、光、磁、声等。
(2)敏感元件分析:明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号,以及输入信号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析:认真分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用电子元件工作特点基础上,分析电路输出信号与输入信号间的变化规律。
(4)执行机构工作分析:传感器的应用,不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程,还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
2.D　红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同来工作的,故D正确。
3.D　鼠标中的传感器是光传感器;火灾报警器中的传感器是光传感器;测温仪用的是温度传感器;电子秤中的敏感元件是应变片,是力传感器,选项D正确。
4.C　全自动洗衣机水位控制装置正常时,才能正常加水,且加到合适的水位后自动停止,若损坏可能导致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
5.A　车轮停在感应线上时,压力不变,则电压不变,电容器不进行充放电,电阻R上没有电流,故A正确;由题图乙可知,当车轮经过时电流先增大后减小,然后再反向增大后减小,因电压是压电薄膜在受压时产生的,说明电容器先充电后放电,两板间的电场强度发生变化,故B、C错误;若汽车前轮越过感应线后,又倒回线内,则前轮两次压线,仍形成两个脉冲电流,符合拍照条件,电子眼拍照,故D错误。
6.D　人是导体,可以与其他导体构成电容器,手靠近干手机时,改变了设置在干手机内的电容式传感器的电容,干手机开始工作,用湿度和温度来控制电热器工作,理论上是可行的,但作为干手机,这种传感器的设置有很大缺陷,因为干手机周围的环境(如湿度和温度)一年四季都在变化,与手的靠近无关,假如湿度、温度发生变化,干手机就会马上工作,这显然不合理,故选D。
7.AC　膜片向右运动的过程中,M、N间距减小,电容变大,A正确,B错误;M、N间的电压不变,由Q=CU知Q变大,继续充电,则导线AB中有向左的电流,C正确,D错误。
8.B　机器人碰到障碍物前会绕开,说明机器人的“眼睛”是光传感器,故选B。
9.B　干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断的,A错误;机器人的“皮肤”能感知环境温度的变化,利用了温度传感器,故B正确;红外测温仪是通过接收人体向外发射的红外线,从而测量人体温度的,故C错误;火灾报警器是利用烟雾对光的散射原理工作的,故D错误。选B。
10.D　电磁继电器是利用电流的磁效应工作的,发电机是利用电磁感应原理制成的,选项A错误;电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关,选项B错误;根据安培定则可知,电磁铁工作时,上端为N极,选项C错误;当有人闯入保密室时会使开关S闭合,电磁铁有磁性,吸引衔铁向下移动,b灯所在电路接通,b灯亮,选项D正确。
11.答案　35 ℃
解析　设电路路端电压为U,根据题图甲知,当Uab=0时,有=,代入数据解得RT=20 kΩ,由题图乙可知,当RT=20 kΩ时,温度为35 ℃,则恒温箱的恒定温度为35 ℃。
能力提升练
1.C　当水位降低时,水对压力传感器的压力减小,压力传感器的阻值增大,压力传感器两端的电压增大,定值电阻两端的电压减小,水位过低时A、B两端的电压大于U1,可知R1为压力传感器,R2为定值电阻,故B错误;水位越高,R1的阻值越小,R1两端电压越小,故U1>U2,故A错误;定值电阻的阻值越大,R1两端的电压等于U1时R1的阻值越大,可知开启低水位预警时的水位越低,故D错误;同理可知,定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低,C正确。故选C。
2.D　甲图中,绝缘笔不能成为电容器的一个极板,所以改用绝缘笔不能在电容式触摸屏上正常操作,故A错误;乙图中,力F增大过程中,膜片弯曲程度变大,电容器两极板间距减小,电容变大,电容器充电,流过电流计的电流方向从b到a,故B错误;丙图中,油箱液位上升时,εr增大,由C=知,电容变大,故C错误;丁图中,当传感器由静止突然向左加速,电介质插入电容器两极板间的长度增大,电容变大,电容器处于充电状态,故D正确。故选D。
3.答案　(1)短接　减小　(2)①b　②大于　R01-R02
解析　(1)多用电表使用前,需进行欧姆调零,调零时需将红、黑表笔短接;多用电表表盘最右侧为电阻零刻度线,故当指针向右侧偏转越大时,代表所测电阻越小。
(2)①对于滑动变阻器的限流式接法,为保护电路,闭合开关前要使其接入电路的阻值最大,故应将滑动变阻器R1的滑片滑到b端。
②两次操作中电压表和电流表的示数分别相等,根据欧姆定律可知,导线接C端时有U=IR01;导线接D端时有U=I(R02+RT),则有R01=R02+RT,故R01大于R02,RT=R01-R02。
4.答案　(1)20　(2)减小　(3)图见解析　(4)0.4
解析　(1)由多用电表欧姆挡的读数规则可知,励磁线圈的电阻约为r=20 Ω。
(2)从图丙中可以看出,光敏电阻的阻值随照度的增大而逐渐减小。
(3)根据电磁开关的内部构造和图丙可得,自动控制电路如图所示。
(4)当控制电路中的电流为0.05 A时,控制电路的总电阻应为R== Ω=120 Ω
因定值电阻R0=60 Ω,励磁线圈的电阻r=20 Ω,故此时光敏电阻的阻值应为R1=R-R0-r=40 Ω
由图丙可知此时的照度约为0.4 lx。
7(共10张PPT)
第2节　科学制作:简单的自动控制装置　
第3节　大显身手的传感器
知识 清单破
知识点 1
知识点 1
简单的自动控制
1.光报警装置:如图甲所示,利用光敏电阻作为控制元件从而通过光线来实现自动控制。当光
照强度发生变化时,电阻R的阻值发生变化,电路中的电流变化,当R的阻值变化到一定值时,蜂
鸣器报警。
　　甲　　　　　　　　　　乙
2.温度报警装置:如图乙所示,利用热敏电阻作为控制元件从而通过温度来实现自动控制。当
温度发生变化时,电阻RT的阻值发生变化,电路中的电流变化,当RT的阻值变化到一定值时,蜂
鸣器报警。
1.敏感元件:控制自动感应门开关的是一种红外线传感器。
2.工作过程:人体发出的红外线,经红外感应器入射窗的滤光片后,聚焦到感应器的热电元件
上。热电元件感知温度上升后,会因为热电效应释放电荷,使电路中的电阻、电流、电压等
电学量发生变化。
知识点 1
知识点 2
自动感应门
1.敏感元件:全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。
2.工作过程:当筒内水位到达设定高度时,凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c
接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。
知识点 1
知识点 3
洗衣机水位控制
1.敏感元件:有一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。
2.工作过程:当用户的手指放在绝缘表面时,皮肤便组成了电容阵列极板的另一面,指纹的脊
和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同。通
过读取这些电容的差异,就能获取指纹信息。
知识点 1
知识点 4
指纹识别器
1.组成:机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。传感器系统可分为外
部传感器和内部传感器。
2.传感器用途
(1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。视觉传感器是机器人的
“眼睛”,它可测量物体的距离,识别物体的形状、颜色等。超声波传感器、语音识别装置
等是机器人的“耳朵”;温度传感器相当于机器人的“皮肤”,机器人通过它感知环境温度
的变化;压力传感器、温度传感器、位移传感器等使机器人有了“手感”。
(2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
知识点 1
知识点 5
机器人
1.家用遥控系统使用的是红外线传感器。 (　 )
2.电吉他利用了光电传感器。 (　 )
由电吉他发声原理可知,它是将声音变化转换为电流的变化,利用了声音传感器。
3.火灾报警器利用了温度传感器。 (　 )
火灾报警器利用的是光传感器。
4.如果用电饭锅烧水,水到100 ℃会自动断电。 (　 )
如果用电饭锅烧水,在水沸腾时水温保持在100 ℃,故不能自动断电,只有水烧干后,温度升到1
03 ℃才能自动断电。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
√



疑难 情境破
疑难
常见电容式传感器的原理
讲解分析
传感器 原理
测定角度θ的电容式传感器 动片与定片之间的角度θ发
生变化,会引起极板正对面积
S的变化,这就使电容C发生
了变化。知道C的变化情况,
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
的两个电极,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,引起极板正对
面积发生变化,电容C发生变
化。知道C的变化情况,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,
从而引起电容C的变化。知
道C的变化情况,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的变化情况,就可
以知道x的变化情况

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