(共36张PPT)
第五章 传感器
学 习 目 标 物理与STSE
1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术的意义．
2．了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理．
3．了解传感器的常用元件的特征
物理观念 熟悉传感器的原理、分类及应用.
项目 物理型传感器 化学型传感器 生物型传感器
敏感元件 被测物理量变化时，敏感元件的电学量
（如电阻、电压、电容等）会发生明显变化 敏感元件能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量
工作原理 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关的信息 利用化学反应识别和检测信息 利用生物体组织的各种生物、化学与物理效应识别和检测信息
实例 如电容传感器、电感传感器、光电传感
器、压电传感器等 如气敏传感
器、湿敏传感器等 如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等
分类 ①负温度系数热敏电阻（NTC）：电阻值随温度升高而减小；
②正温度系数热敏电阻（PTC）：电阻值随温度升高而增大
特点 对温度变化的响应敏感、灵敏度高
应用 测温、温度控制或过热保护
原理 利用了不同金属材料的热膨胀系数不同
结构 将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体
应用 ①控制电路的通断；②用在温度控制装置中；③保护电机
原理 利用了金属的电阻随温度的变化而变化.R＝R0（1＋θt），其中θ为温度系数，R0为t＝0 ℃时导体的电阻
特点 ①性能稳定；②可在较大的温度范围内工作
应用 ①测温；②测流体的流量
元件 特点
光敏
电阻 半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小INCLUDEPICTURE"分级训练.tif" INCLUDEPICTURE "F:\\物理选择性必修第二册（粤教）\\分级训练.tif" \* MERGEFORMATINET
A级 合格达标
1.下列器件是应用力传感器的是（ ）
A.鼠标器 B.火灾报警器
C.测温仪 D.电子秤
解析：鼠标器利用了光电传感器，A错误；火灾报警器分两种，利用光传感器或者温度传感器，B错误；测温仪利用温度传感器，C错误；电子秤利用力传感器，D正确.
答案：D
2.如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是（ ）
A.电吉他是光电传感器
B.电吉他是温度传感器
C.电吉他是声音传感器
D.弦改用尼龙材料原理不变
答案：C
3.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换为电信号的过程，下列属于这类传感器的是（ ）
A.红外报警装置
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
解析：红外报警装置将红外线转换成电信号，A正确；声控开关是声波转换成电信号，B错误；压力传感装置是压力转换成电信号，C错误；温控器是温度转换成电信号，D错误.
答案：A
4.（多选）下列说法正确的是 （ ）
A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁
B.氧化铁在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C.用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D.用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位
答案：ABD
5.随着生活质量的提高，自动干手机已进入了家庭.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
解析：人是导体，可以和其他导体构成电容器，手靠近干手机改变了干手机电容.
答案：D
B级 等级提升
6.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计构造原理的示意图如图所示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连.滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（ ）
A.方向向左，大小为 B.方向向右，大小为
C.方向向左，大小为 D.方向向右，大小为
解析：据题意知左侧弹簧被压缩了s，右侧弹簧被拉长了s，所以物体受到的合力为F＝2ks，又F＝ma，得a＝，方向水平向右，D正确.
答案：D
7.如图所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况.从图中可知道该钩码的重力约为 N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为 ，处于失重状态的为 .
解析：当拉力大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向匀速运动，此时力传感器读数是钩码的重力，约10 N；当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D段；当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C段.
答案：10 A、D B、C
8.（多选）霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B＝B0＋kz（B0、k均为常数）.将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图），当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同.则（ ）
A.B越大，上、下表面的电势差U越大
B.k越大，传感器灵敏度越高
C.图中霍尔元件的上板电势可能比下板电势高
D.电流越大，上、下表面的电势差U越小
解析：电流强度不变就是电荷定向运动的速度v保持不变，最后导体内部的带电粒子受到的电场力与洛伦兹力相等，即Bqv＝Eq，最终上下两极间的电势差U＝Ed＝Bdv，因此B越大，上、下表面的电势差U越大，A正确；电流大，表示电荷运动的速度越大，U也越大，D错误；而传感器灵敏度＝kdv，因此k越大，传感器灵敏度越高，B正确；当导电的电荷为正电荷时，根据左手定则，可知下极板电势高，当导电的电荷为负电荷时，可知下极板电势低，C正确.
答案：ABC
9.（多选）有一种测量人体重的电子秤，其原理如图虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表）.设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02 F（F和R的单位分别是N和Ω）.下列说法正确的是（ ）
A.该秤能测量的最大体重是1 400 N
B.该秤能测量的最大体重是1 300 N
C.该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D.该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻盘0.400 A处
解析：因为理想电流表的量程为3 A，所以电路中允许的最大电流为3 A，因此根据闭合电路欧姆定律，压力传感器的最小电阻应满足R＋2＝，R最小为2 Ω，代入R＝30－0.02 F，求出最大F＝1 400 N，A正确，B错误；当F＝0时，R＝30 Ω，这时电路中的电流I＝ A＝0.375 A、C正确，D错误.
答案：AC
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