【课堂新坐标】2013-2014学年高中物理选修3-2（人教）教师备课：第六章 传感器
文档属性
| 名称 | 【课堂新坐标】2013-2014学年高中物理选修3-2（人教）教师备课：第六章 传感器 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-08-06 18:08:31 | ||
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文档简介
1传感器及其工作原理
●课标要求
1．知道非电学量转换成电学量的技术意义．
2．通过实验，知道常见传感器的工作原理．
●课标解读
1．通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，感受传感技术在信息时代的作用与意义.
2．介绍光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件三种敏感元件，通过实验知道它们的性能，了解其工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性.
3．知道非电学量转换成电学量的技术意义，进一步拓展学生的思维，进一步探讨科技发展给人类带来的利与弊．
●教学地位
本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是物理的基本知识，是以后学习的基础，而且本节内容与日常生活、高科技发展有紧密的联系，学习时应引起足够的重视.
●新课导入建议
随着“神舟”八号飞船的顺利升空，并进行了与“天宫”一号的完美对接，我国首次交会对接任务圆满完成，意味着继美、俄之后，我国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家，为我国今后开展更大规模的空间探索奠定扎实的技术基础．同时“神舟”八号飞船上的两个特殊乘客也引起了媒体的热议．据航天员系统副总设计师王宪民介绍，不载人的“神舟”八号上载有两个形体假人随之上天．模拟航天员绑在飞船内，已开始按程序发出拟人生理信号．你知道模拟航天员是怎样工作的吗？通过本节课的学习，我们就能了解一些相关的知识．
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解传感器的工作原理及分类
?
步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，完善课堂小结让学生有一个总的感知和认识，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术意义．
2.通过实验，知道常见敏感元件的工作原理．
3.能够结合已学的知识，分析传感器在实际中的应用事例.
1.传感器及其工作原理．(重点)
2.对敏感元件工作原理的理解．(难点)
传感器和光敏电阻
1.基本知识
(1)传感器
①定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件．
②非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．
(2)光敏电阻
①特点：光照越强，电阻越小．
②原因：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．
③作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
2．思考判断
(1)传感器一定是把非电学量转换为电路的通断．(×)
(2)干簧管是作为电控元件以实现自动控制的．(√)
(3)光敏电阻本身就是一种传感器．(×)
3．探究交流
干簧管是由什么组成的？它是一种能感知什么的传感器？
【提示】 由玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片构成．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，起开关作用．干簧管是一种能感知磁场的传感器.
热敏电阻和金属热电阻
1.基本知识
热敏电阻
金属热电阻
特点
电阻率随温度升高而减小
电阻率随温度升高而增大
制作材料
半导体
金属
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测量范围大
作用
将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
2.思考判断
(1)热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏．(×)
(2)半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化．(√)
(3)金属热电阻的温度升高时电阻升高．(√)
3．探究交流
热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？
【提示】 不一定，有的随温度的升高而增大(PTC元件)，有的随温度的升高而减小(NTC元件).
霍尔元件
1.基本知识
(1)构造：很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N.
(2)霍尔电压：如图6－1－1，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝k.
图6－1－1
(3)作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．
2．思考判断
(1)霍尔电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力平衡．(√)
(2)在UH＝k中，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关．(√)
(3)霍尔元件可以感知磁感应强度．(√)
3．探究交流
图6－1－2
如图6－1－2所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N、M两侧面电势的高低．
【提示】 对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N，N侧面聚集负电荷，电势较低，M侧面带正电荷，电势较高，即φM>φN.
传感器的工作原理及分类
【问题导思】
1．传感器是如何将非电学量转化为电学量的？
2．光电传感器、温度传感器是如何转换信号的？
3．电容式传感器的原理是什么？
1．传感器的工作原理
非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
(1)敏感元件：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：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．
(3)转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等．
2．传感器的分类
(1)光电传感器——光敏电阻
光敏电阻一般为半导体材料做成，当光敏电阻受到光照时，导电性能明显增强．
光敏电阻把光照的强弱转换为电阻大小．
(2)温度传感器：热敏电阻和金属热电阻．
①热敏电阻：指用半导体材料制成，其电阻值随温度变化发生明显变化的电阻，如图6－1－3所示2为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线．
图6－1－3
②金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻称为金属热电阻．如图所示1为某金属热电阻的R－T特性曲线．
热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相对而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好．
(3)电容式传感器
①原理：电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移s、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．
②常见电容式传感器，如图6－1－4所示．
图6－1－4
按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小．
图6－1－5
(2013·扬州中学高二检测)如图6－1－5所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，下列描述正确的是( )
A．R1两端的电压增大
B. 电流表的示数增大
C. 小灯泡的亮度变强
D. 小灯泡的亮度变弱
【审题指导】 温度降低→R2电阻变大→
回路总电阻变大
【解析】 R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．
【答案】 C
热敏电阻、光敏电阻问题常与直流电路相联系．串、并联电路的特点、动态分析成为这一类问题考查的热点内容．
1．如图6－1－6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
图6－1－6
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大
【解析】 当照射光强度增大时，光敏电阻R3的阻值变小，R3与L串联后再与R2并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，R1两端电压变大，A正确；R2两端电压减小，通过R2的电流减小，B正确；总电流变大，通过R2的减小，所以通过小灯泡L的电流变大，灯泡变亮，功率增大，C正确；因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，D错误．
【答案】 ABC
霍尔效应的原理
【问题导思】
1．霍尔电压是怎样形成的？如何计算霍尔电压？
2．如何判断霍尔电势的高低？
外部磁场的洛伦兹力使运动的载流子在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电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；Un＝.Un的变化与B成正比是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因．
如图6－1－7所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时电势差U、电流I和B的关系为U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数．
图6－1－7
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电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，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．
设电流I是电子定向运动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：
(1)达到稳定的状态时，导体板上侧面A的电势______下侧面A′的电势(填“高于”、“低于”或“等于”)．
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________．
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为________．
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k＝，其中n代表导体板单位体积中电子的个数．
【审题指导】 理解霍尔现象，熟练应用左手定则判定电荷偏转方向是解答本题的关键．
【解析】 (1)首先分析电流通过导体板时的微观物理过程．由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向从左到右，电子运动的方向从右到左，根据左手定则可判断电子受到的洛伦兹力的方向向上，电子向A板聚集，A′板出现多余的正电荷，所以A板电势低于A′板电势，应填“低于”．
(2)电子所受洛伦兹力的大小为F＝evB.
(3)横向电场可认为是匀强电场，电场强度E＝，电子所受电场力的大小为F＝eE＝e.
(4)电子受到横向静电力与洛伦兹力的作用，当两力平衡时有
e＝evB，可得U＝hvB.
通过导体的电流的微观表达式为I＝nevdh.
由题目给出的霍尔效应公式U＝k有：
hvB＝k.
所以k＝.
【答案】 (1)低于 (2)evB (3) (4)见解析
不能把电子向左定向移动形成向右的电流等效成正电荷向右移动来判定A′和A的电势高低，要按实际电荷的电性、移动方向、磁场方向判定电荷偏转方向，比较电势高低．
2.
图6－1－8
如图6－1－8是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值．如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况，以下说法中正确的是( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
【解析】 由霍尔元件的工作原理知：U＝k，U与B成正比，将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，磁性增强，所以UH将变大；地球两极的磁场方向垂直指向地面，因此，霍尔元件的工作面应保持水平；地球赤道上的磁场方向沿南北水平方向，因此，霍尔元件的工作面应保持竖直．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，垂直霍尔元件的磁场方向的垂直分量将变化，因此UH也将发生变化．
【答案】 ABD
综合解题方略——电容式传感
器的分析方法
图6－1－9
传感器是一种采集信息的重要器件，如图6－1－9是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是 ( )
①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；
②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；
③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；
④若电流表有示数，说明压力F发生变化；
⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化．
A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤
【审题指导】 根据C＝和C＝
压力F作用下→d变化→C变化→Q变化→回路中产生电流
【规范解答】 在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C＝知，电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A项正确．
【答案】 A
电容式传感器可以将非电学量(如：介质的变化、距离的变化、正对面积的变化)转化为电信号，根据这一原理，利用电容式传感器也可以测定距离、面积等物理量，如果板间距离的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容式传感器测压力．电容式传感器实际上是一个多功能传感器，可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点．
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．所有传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的
【解析】 金属材料和半导体材料都可以制成传感器，传感器是通过把易感受的非电学量转换为易处理和控制的电压、电流或电路的通断来传递信号的．干簧管是一种能感知磁场的传感器．
【答案】 B
2．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位( )
A．力传感器 B．光传感器
C．温度传感器 D．生物传感器
【解析】 太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，选项B正确，选项A、C、D错误．
【答案】 B
图6－1－10
3．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6－1－10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，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
【解析】 热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化．
【答案】 AC
图6－1－11
4．(2013·杭州二中高二检测)如图6－1－11所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系( )
A．UM>UN
B．UM＝UN
C．UM
【解析】 霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，所以UM>UN.
【答案】 A
5．如图6－1－12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图中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)( )
图6－1－12
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】 有压力F作用时，极板间距d变小，由C＝，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，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．
【答案】 A
【备选习题】(教师用书独具)
1．下述仪器或装置用到传感器的有 ( )
A．自动报警器 B．电子秤
C．电视遥控器 D．红外线探测仪
【解析】 自动报警器是温度传感器或光传感器；电子秤是力传感器；电视遥控器和红外线探测仪是光传感器．
【答案】 ABCD
2．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中接入了哪些传感器( )
A．温度传感器 B．光传感器
C．声音传感器 D．热传感器
【解析】 楼道照明灯根据接收到的光信号和声音信号控制是否开启，所以其控制电路中接入了光传感器和声音传感器．
【答案】 BC
图教6－1－1
3．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图教6－1－1所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大
D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关
【解析】 这个题目主要考查电磁感应知识，与课本中本节课介绍的霍尔元件工作原理相似，等效为金属杆切割类的问题．根据U＝Bbv，v为污水的流速，b为等效切割的长度，一定要注意这个等效关系，否则就会得出错误的结论．根据右手定则可以判断出，无论污水中正离子较多还是污水中负离子较多，总是后表面比前表面电势高，电压表的示数与污水中离子浓度无关，由U＝Bbv和Q＝bcv可知Q＝cU/B，污水流量Q与U成正比，与a、b无关．
【答案】 D
4．如图教6－1－2所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则( )
图教6－1－2
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低
③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
【解析】 R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①项错误，②项正确．由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③项正确．当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④项错误．故应选C.
【答案】 C
5. 如图教6－1－3所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照时电阻会变小)，下列说法中正确的是( )
图教6－1－3
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
【解析】 光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．
【答案】 AD
1．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的作用
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的作用
D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
【解析】 干簧管能感知磁场，是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时，就会吸引，所以将其作开关来使用，当磁场靠近的时候，就会实现闭合或断开.
【答案】 CD
2．(2013·涡阳高二检测)霍尔元件能转换哪个物理量( )
A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C．把力这个力学量转换成电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
【解析】 根据霍尔元件工作原理，截流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，UH＝k，所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确．
【答案】 B
图6－1－13
3．如图6－1－13所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏转角度为θ；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏角为θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ
B．θ′<θ
C．θ′>θ
D．不能确定
【解析】 光敏电阻的阻值随光照的减少而增大，所以用手掌挡住部分光线后光敏电阻的阻值变大，多用电表的指针偏角变小．
【答案】 B
4．(2013·武汉二中高二检测)如图6－1－14所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，则( )
图6－1－14
A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
【解析】 当光照射R3时，R3阻值变小，R4分压变大，则a点电势将会升高，所以a点电势高于b点电势．
【答案】 A
5．(2013·怀化高二检测)如图6－1－15所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为( )
图6－1－15
A．h增大 B．h减小
C．h不变 D．无法确定
【解析】 由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化，与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．
【答案】 A
6．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用，在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是( )
A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
【解析】 热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确．交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误．
【答案】 D
7．如图6－1－16所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)( )
图6－1－16
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化非常明显
D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化不明显
【解析】 金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差．而热敏电阻(用半导体材料制成)灵敏度高，所以选C.
【答案】 C
8．(2013·长沙一中高二检测)如图6－1－17所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，Rt为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
图6－1－17
A．温度不变，光照增强
B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强
D．温度升高，光照减弱
【解析】 由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误．若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确．若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮，D错误．
【答案】 AC
9．如图6－1－18所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )
图6－1－18
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
【解析】 严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．
【答案】 AD
10．(2013·杭州高二检测)如图6－1－19所示的实验电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与D相距很近，下列说法正确的是( )
图6－1－19
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变
【解析】 滑动触头向左移动时，电阻减小，通过二极管的电流增大，发出的光增强，故光敏电阻R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，故灯泡消耗的功率增大，选项A对，B错．同理，滑动触头向右滑动时，灯泡L消耗的功率减小，故选项C、D错．
【答案】 A
11．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小，实验时让某消防员从一平台上跌落，自由下落2 m后双脚触地，接着他用双脚弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5 m，最后停止，用这种方法获得消防队员受地面冲击力随时间变化图线如图6－1－20所示．根据图线所提供的信息，以下判断中正确的是( )
图6－1－20
A．t1时该消防员的速度最大
B．t2时该消防员的速度最大
C．t3时该消防员的动能最小
D．t4时该消防员的动能最小
【解析】 由题目所述可知，消防员先自由落体，然后和地面发生碰撞，在和地面碰撞过程中，他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5 m，最后静止，力F是地面对消防队员的冲击力，在t1～t2时间段，力F逐渐增大，消防队员的速度在增大，而在t2～t4时间段，力F＞mg，消防队员做减速运动，至t4时，消防员停在地面上，所以t2时刻消防队员的速度最大，t4时刻消防队员的动能最小，选项B、D正确．
【答案】 BD
12．按图6－1－21所示接好电路，合上S1、S2，发现小灯泡不亮，原因是________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡________，原因是________；停止吹风，会发现________；把热敏电阻放入冷水中会发现________．
图6－1－21
【解析】 根据热敏电阻的性质进行分析，由于热敏电阻在常温时阻值较大，左侧电路中电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小时，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，使右侧电路接通，小灯泡亮了；停止吹风后，小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高，当把热敏电阻放入冷水后，热敏电阻温度降低很快，阻值变大，故小灯泡熄灭．
【答案】 见解析2传感器的应用
●课标要求
1．通过实验，知道常见传感器的工作原理．
2．列举传感器在生活和生产中的应用．
●课标解读
1．了解传感器应用的一般模式．
2．了解力传感器在电子秤上的应用．
3．了解温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用．
4．了解光敏元件的工作特性及其在火灾报警器中的应用．
5．感受传感器技术给人类生活带来的便利，拓展学生的设计思路．
●教学地位
本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它与现实生活联系较紧密，是以后进一步学习自动控制、信息采集等知识的基础，学习本节时应引起足够的重视.
●新课导入建议
2011年第十二届“未来伙伴杯”中国智能机器人大赛于2011年11月19日至20日落户国家历史文化名城——江苏省常熟市．各种机器人各显神通，赢得了在场观众的阵阵喝彩．你是否思考过这些机器人是如何实现现场互动以及完成各项复杂任务的呢？通过本节课的学习，你对传感器会有更进一步的理解．
●教学流程设计
课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)?步骤1：导入新课，本节教学地位分析?步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)?步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)
?
步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)?步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)?步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评?步骤4：教师通过例题讲解总结传感器问题的分析方法
?
步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况?步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解传感器在日常生活和生产中的应用．
2.了解传感器应用的一般模式．
3.会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高分析问题、解决问题的能力.
1.各种传感器的工作原理及应用．(重点)
2.对各种传感器的特性的理解．(难点)
传感器工作的一般模式
基础知识
传感器电路执行机构计算机系统显示器
(指针式电表
数字屏)
传感器的应用实例
1.基本知识
(1)力传感器的应用——电子秤
①组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．
②工作原理
金属梁自由
端受力F―→梁发生弯曲―→应变片的
电阻变化―→
两应变片上电压
的差值变化
③作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．
(2)温度传感器的应用实例
敏感元件
工作原理
电熨斗
双金属片
温度变化时，由于双金属片的上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断
电饭锅
感温铁
氧体
①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103_°C时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”
②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_°C时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开
(3)光传感器的应用——火灾报警器(如图6－2－1甲)
①组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．
②工作原理(如图6－2－1乙)：平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
图6－2－1
2．思考判断
(1)应变式力传感器可以用来测量重力．也可用来测牵引力．(√)
(2)常温下，电熨斗上、下触点应当是分离的，温度过高时，触点接触．(×)
(3)电饭锅内温度达到100 ℃时，触点分离，切断电源，停止加热．(×)
3．探究交流
如图6－2－2所示为一冷库中的自动控温设备，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理．
图6－2－2
【提示】 冷库中温度较低时，导电液体积较小，此时两电极未与导电液接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作.
传感器问题分析
【问题导思】
1．分析传感器问题的一般思路是什么？
2．分析传感器问题时要注意哪些方面？
1．分析思路
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：
(1)信息采集．
(2)信息加工、放大、传输．
(3)利用所获得的信息执行某种操作．
2．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)输出信号分析
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．
图6－2－3
传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)转换成电学量的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人体重的电子秤，其测量部分的原理图如图6－2－3中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力的大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．
压力F/N
0
250
500
750
1 000
1 250
1 500
…
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
…
设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请回答：
(1)把R写成关于F的函数关系：________；
(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处；
(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是________kg.
【解析】 (1)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可得R＝300－F.
(2)踏板空载时，传感器R的电阻为300 Ω，电路中电流I＝E/R＝4.8/300 A＝1.6×10－2A，即该秤零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的1.6×10－2A处．
(3)当电流表刻度盘的示数为20 mA时，传感器R的电阻R＝E/I＝4.8/0.02 Ω＝240 Ω，由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可知，传感器所受压力F＝500 N，由F＝mg得，这个人的质量是50 kg.
【答案】 (1)R＝300－F
(2)1.6×10－2
(3)50
1.
图6－2－4
如图6－2－4所示．两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是( )
A．正在增加，＝
B．正在减弱，＝
C．正在减弱，＝
D．正在增加，＝
【解析】 S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q＝mg，得＝，故D正确．
【答案】 D
常见传感器的应用实例
【问题导思】
1．你能举出一些生活、生产等方面应用传感器的例子吗？
2．怎样利用传感器实现信息采集和自动控制？
1．生活中的传感器
(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．
(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．
(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．
2．农业生产中的传感器
(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．
(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．
3．工业生产中的传感器
(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．
(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．
如图6－2－5是电饭煲的电路图，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 °C)时，会自动断开，且不能自动闭合．S2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70 °C时，会自动闭合；温度高于80 °C时，会自动断开．红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．
图6－2－5
(1)分析电饭煲的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；
(3)如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
【审题指导】
【解析】 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80 °C时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧开后，温度升高至103 °C时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70 °C时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80 °C时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝
保温时电饭煲消耗的电功率P2＝
两式中R并＝＝ Ω＝ Ω
从而有＝＝＝.
(3)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80 °C时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70 °C，S2自动闭合……温度只能在70 °C～80 °C之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．
【答案】 (1)见解析 (2)12∶1 (3)不能煮熟饭
1．明确所用敏感元件的特性．
2．注意串、并联电路的分析与计算．
图6－2－6
2．家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图6－2－6所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是 ( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变
【解析】 从图线上可以看出，如果通电前PTC元件的温度t
【答案】 AD
综合解题方略——有关热敏电
阻的综合问题
如图6－2－7所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻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线如图乙所示，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，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )
甲 乙
图6－2－7
A．10 ℃ B．20 ℃
C．35 ℃ D．45 ℃
【审题指导】 由题可知，Uab＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得Uab＝0时Rt的阻值，然后由乙图读出对应的温度．
【规范解答】 通过审题可知Uab＝0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路分析可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻Rt的阻值决定了Uab的正负．设电源负极的电势为零，则φa＝U，φb＝U，其中U为电源的路端电压，令φa＝φb，即Uab＝0，则可得＝，代入数据得Rt＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故本题选项C正确．
【答案】 C
本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．
1．关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是( )
A．应变片是由导体材料制成
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】 应变片多用半导体材料制成，故选项A错，B对．传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对．故正确答案为B、D.
【答案】 BD
2．(2013·龙岩高二检测)下列有关传感器的说法中错误的是( )
A．汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B．“嫦娥二号”卫星星载的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D．火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
【解析】 生命探测仪是利用生物传感器，立体相机是利用光学传感器，电子秤是利用压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了烟雾传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C对，D错．
【答案】 D
3．关于电饭锅的说法正确的是( )
A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B．铁氧体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
【解析】 电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体，它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．其特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103 ℃，失去铁磁性．水沸腾后．由于锅内保持100 ℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103 ℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，它不能自动复位，切断电源，从而停止加热．
【答案】 BD
4．如图6－2－8是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )
图6－2－8
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
【解析】 常温工作时，上下触点是接通的；当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源；原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开，应使调温旋钮上调一些；熨烫棉麻衣物时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
【答案】 ABD
5．(2013·江苏高考)在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图6－2－9所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时( )
图6－2－9
A．RM变大，且R越大，U增大越明显
B．RM变大，且R越小，U增大越明显
C．RM变小，且R越大，U增大越明显
D．RM变小，且R越小，U增大越明显
【解析】 当RM变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝，得干路中的电流变小，S两端的电压U＝I总RS变小，故选项A、B错误；当RM变小时，回路的总电阻R总＝＋RS变小，根据I总＝，得干路中的电流变大，S两端的电压U＝I总Rs变大，而且R越大，RM变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，故选项C正确，选项D错误．
【答案】 C
【备选习题】(教师用书独具)
1．(2013·芜湖高二检测)驾驶员酒后驾车已成为安全行驶的重大隐患，为
图教6－2－1
此全国上下掀起了一场严查酒后驾驶的安全检查行动．芜湖市酒后驾驶集中整治行动于2009年8月15日全面开始，交通警察在执行任务过程中，要使用一种酒精测试仪检测驾驶员是否属于酒后驾驶，其内部结构如图教6－2－1所示，其中酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，不同酒精浓度对应着传感器的不同电阻，这样显示仪器上的示数就与浓度有对应关系，如果酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是( )
A．U越大，表示c越大，c与U成正比
B．U越大，表示c越大，但c与U不成正比
C．U越大，表示c越小，c与U成正比
D．U越大，表示c越小，但c与U不成正比
【解析】 设酒精气体传感器的电阻为Rc，则有E＝I(r＋R0＋R＋Rc)，电压表示数U＝IR0，可得：U＝·R0，又＝kc，故有U＝，故c越大，Rc越小，U越大，但c与U不成正比，只有B正确．
【答案】 B
2．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
【解析】 空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．
【答案】 C
3．家用电烙铁在长时间使用过程中，当暂不使用时，如果断开电源电烙铁会很快变凉，而再次使用时，温度不能及时达到要求；如果长时间闭合电源，又浪费电能．为改变这种不足，现将电烙铁改成如图教6－2－2所示电路，其中R0是适当的定值电阻，R是电烙铁．则( )
图教6－2－2
A．若暂不使用，应断开S
B．若暂不使用，应闭合S
C．若再次使用，应闭合S
D．若再次使用，应断开S
【解析】 电压恒定不变，保温时应该增加电阻，从而减小功率；故应断开S；同理再次使用时，减小电阻，应闭合S，增大功率．
【答案】 AC
4．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图教6－2－3中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3(被称为“PTC”的特殊材料)作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线分析：
图教6－2－3
(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？
(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T________
【解析】 解答此题的关键是要看懂图中涉及的物理量的含义：图线①说明合金的电阻基本上不随温度的变化而变化；图线②说明在较低的温度下，“PTC”材料的电阻基本不变，但在某一温度范围内电阻会突变．
(1)由图可知，冷态的“PTC”材料的电熨斗电阻比一般电熨斗电阻小，所以发热功率P＝U2/R较一般电熨斗大，所以在相同的时间内“PTC”升温快．
(2)由图可知，温度自动稳定在T6
【答案】 (1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温快
(2)6 7
(3)见解析
5．如图教6－2－4所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图，薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R1、R2、R3、R4，如图乙．图甲是它的侧面图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：
图教6－2－4
(1)开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？
(2)当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？
【解析】 (1)本题是求电路A、B两点的电压与4个电阻的关系，由于电压表的电阻可以看做无穷大，因此本电路是R1与R2串联，R3与R4串联，然后它们再并联．设上面部分电流为I上，下面部分电流为I下，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻R1上的电压等于R3上的电压，电阻R2上的电压等于电阻R4上的电压，即I上R1＝I下R3①，
联立①②式得到＝.①
I上R2＝I下R4.②
(2)当在O点施加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽，即R1、R4增大，R2、R3减小，这时A、B两点电势不再相等．
【答案】 (1)＝
(2)R1 R4增大 R2 R3减小
1．关于传感器的作用，下列说法正确的有( )
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】 传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C对．
【答案】 BC
图6－2－10
2．如图6－2－10所示，在电路中接一段钨丝(从旧白炽灯中取出)，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是 ( )
A．该传感器利用了钨丝的化学性质
B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
【解析】 由题目中的实验现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用该特性可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，B、C对，A、D错．
【答案】 BC
图6－2－11
3．(2013·潍坊二中高二检测)传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器……，演示位移传感器的工作原理如图6－2－11所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 ( )
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
【解析】 由于电压表是理想的，因此滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误．
【答案】 B
4．(2013·西安一中高二检测)如图6－2－12所示是测定位移s的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化( )
图6－2－12
A．电介质进入极板的长度
B．两极板间距
C．两极板正对面积
D．电介质的种类
【解析】 由原理图可知，要测定的位移s发生变化，则电介质进入极板的长度发生变化，从而引起电容的变化，而两极板间距、正对面积及电介质种类均未变化，所以正确答案为A.
【答案】 A
图6－2－13
5．如图6－2－13为一种自动跳闸的闸刀开关示意图，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1 T的匀强磁场中，CO间距离10 cm.当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为( )
A．电流方向C→O B．电流方向O→C
C．电流大小为1 A D．电流大小为0.5 A
【解析】 要使闸刀断开，闸刀应受一向左的磁场力，由左手定则知电流方向应由O→C，由F＝BIL，代入数据得F＝0.2 N，则I＝2A.
【答案】 B
6．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏光阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图6－2－14所示．其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )
图6－2－14
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R2时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
【解析】 R1是光敏电阻，当有光照射时，R1的阻值变小，R2上的电压变大，信号处理系统获得高电压．由题意知，当激光头发射脉冲光信号，光脉冲等于零时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字，实现自动计数功能，故A、D正确．
【答案】 AD
图6－2－15
7．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图6－2－15所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发现电压表示数增大，下列说法正确的是( )
A．电梯一定加速上升
B．电梯一定减速下降
C．电梯加速度一定向上
D．电梯加速度一定向下
【解析】 电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速．
【答案】 C
8．某电容式话筒的原理示意图如图6－2－16所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中( )
图6－2－16
A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
【解析】 薄片P和Q为两金属极板，构成平行板电容器，由C＝可知，在P、Q间距增大过程中即d增大，电容C减小，A错误．电容器始终与电源连接．两极板电压不变．据电容的定义式C＝知电荷量减少，B错误．Q板上的正电荷流向M点经N点到电源正极，故φM＞φN，C错误，D正确．
【答案】 D
9．(2013·潮州高二检测)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图6－2－17甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示．则在此过程中 ( )
甲 乙
图6－2－17
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
【解析】 电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．
【答案】 BD
10．将如图6－2－18所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测．闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央．当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转．已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏．则：( )
图6－2－18
A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动
B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动
C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动
D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动
【解析】 因为当火车向左加速运动时，有向左的加速度，弹簧处于伸长状态，滑片P靠近变阻器C端，电压表的指针向右偏．所以，当滑片P靠近变阻器B端时，电压表的指针将向左偏，此时，弹簧将处于压缩状态，火车具有向右的加速度，火车可能在向右做加速运动，也可能在向左做减速运动，选项A正确，C、D错误；同理可知B错误．
【答案】 A
11．如图6－2－19所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？
图6－2－19
【解析】 P、Q应该分别接到触头a、b之间．同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度降低，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制.
【答案】 P、Q应该分别接在触头a、b之间 M、N应分别接e、f
12．如图6－2－20所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V．求：
图6－2－20
(1)传感器的电阻和额定电流；
(2)为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？
【解析】 (1)R传＝＝ Ω＝10 Ω
所以I传＝＝ A＝0.3 A.
(2)最大电流I＝I传＝0.3 A
电源电压最大值Um＝U传＋U0
U传为传感器的额定电压，
U0为R0m＝10 Ω时R0两端的电压，
即U0＝I传·R0m＝0.3×10 V＝3 V
所以Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V.
【答案】 (1)10 Ω 0.3 A (2)6 V3实验：传感器的应用
一、实验原理
1．光控开关
(1)电路如图6－3－1所示．
图6－3－1
(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．
(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明时自动熄灭，天暗时自动开启的目的．
2．温度报警器
(1)电路如图6－3－2所示．
图6－3－2
(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．
二、实验器材
1．光控开关实验
斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V 0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸．
2．温度报警器实验
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水).
一、光控开关实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．
3．接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．
4．用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．
5．逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．
二、温度报警器实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．
3．接通电源，调节电阻R，使蜂鸣器常温下不发声．
4．用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．
5．将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．
三、注意事项
1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．
3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．
4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些．
光控电路分析
如图6－3－3所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．
图6－3－3
【解析】 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．
【答案】 见解析
温控电路分析
现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图6－3－4所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．
图6－3－4
【解析】 热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示
当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热．
【答案】 见解析
图6－3－5
1．如图6－3－5所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光
【解析】 A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．
【答案】 BC
2．如图6－3－6所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻．A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是( )
图6－3－6
A．天黑时，Y处于高电平
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮
【解析】 天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确．
【答案】 BC
3．如图6－3－7所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
图6－3－7
A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警
【解析】 当温度低于78°时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78°时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．
【答案】 D
图6－3－8
4．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图6－3－8所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当K按下接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．这时释放K后，延时开关S约在1分钟后断开，电灯熄灭．根据上述信息和电原理图，我们可推断：
按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约________分钟，这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．
【解析】 开关K按下前，二极管、灯泡、电阻R、电源组成串联电路，所以二极管是发光的．按钮开关K按下再释放后，由于延时开关的作用．所以灯L发光时间为1分钟，此时二极管被短路，所以二极管是熄灭的．
【答案】 发光的 1 熄灭的 ?
5．如图6－3－9所示是红外线遥控接收器，甲图为外形，乙图为电路，电路中G为红外线接收头OUT，LED为发光二极管，R为电阻，阻值约为510 Ω，HTD为压电陶瓷喇叭，当接收头未接收到红外线时，接收器不发声．当用遥控器对准接收头(30 m以内)发射红外线时：
甲 乙
图6－3－9
(1)会产生什么现象？
(2)接收头的作用原理是什么？
【解析】 (1)陶瓷喇叭发出“嘟嘟”的响声，同时发光二极管被点亮闪烁．
(2)接收头G是接收红外线的．当未接收到红外线时，接收头输出端为高电平，喇叭不响，二极管不会发光；当接收头接收到红外线时，接收头输入端为高电平，输出端为低电平，喇叭会响，同时二极管会发光．此实验演示了红外线能够实现远距离遥控．
【答案】 见解析
图6－3－10
6．图6－3－10为某同学设计的一个光控开关电路，LED为发光二极管，RG为光敏电阻，“”是斯密特触发器，该同学晚上进行调试，发现调节R1的大小时，可以让发光二极管有时发光，有时不发光．于是该同学把“灯”调亮后就休息了，结果到了第二天，天很亮了，“灯”并没有熄灭，试分析导致上述情况的原因．
【解析】 由题图可知，发光二极管导通发亮时，说明输出端Y为低电平，输入端A为高电平，由于晚上RG的光照条件差，RG电阻较大，要想A端为高电平，R1必须调的很大，等到了白天，RG的光照强度变大，其阻值变小，A端电势进一步升高，所以Y端仍为低电平，所以发光二极管不会熄灭．把RG与R1调换，问题就会得到解决
【答案】 见解析
7．如图6－3－11是一个报警器装置的逻辑电路图，RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端．
图6－3－11
(1)为什么在高温时电铃会响起？
(2)为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些？
【解析】 (1)热敏电阻的温度上升，RT变小，A的电压低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．
(2)若R的值大，由于它的分压作用，使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使PX之间电压降到低电压输入，而当A的电压降低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．
【答案】 (1)见解析 (2)R的值应大一些
传感器)
传感器的工作原理及常用敏感元件
1.传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下面框图所示．
非电学量―→敏感元件―→转换器件―→
转换电路―→电学量
2．常见敏感元件及其特性
(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．
(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．
(3)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，UH＝k.
如图6－1甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图．
(1)为了通过测量得到如图甲所示I-U关系的完整曲线，在图乙(a)和图(b)两个电路中应选择的是图________________________________________________________________________；
简要说明理由：________________________________________________________________________.
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)
甲
(a) (b)
乙
图6－1
图6－2
(2)在图6－2所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω.
(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．
【解析】 (1)由于I－U关于图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(0)．
(2)由图丙知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－×103) mA＝34 mA.由图象查得34 mA对应的电压为5.2 V，R2两端电压U2＝(9－5.2) V＝3.8 V，所以R2＝＝111.8 Ω.(3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等。
【答案】 (1)(a) 电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大
(2)5.2 111.8(111.6～112.0均可) (3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等
1．如图6－3所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合
图6－3
开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是________，发生这一现象的主要原因是________．
A．小灯泡的电阻发生了变化
B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D．电源的电压随温度发生了变化
【解析】 温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱．
【答案】 变暗 C
传感器在实际问题中的应用
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：
传感器种类
敏感元件
与之相联系的物理知识
光电传感器
光敏电阻
直流电路动态分析
温度传感器
热敏电阻
直流电路问题
力传感器
压敏电阻
力学、运动学与直流电路
电容传感器
电容器
力、运动与含电容电路
图6－4
加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如图6－4为应变式加速度计的示意图．当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出.
已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时，输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式．
【解析】 设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为
U0＝·x＝x①
再设系统向左加速时滑片右移Δx，则敏感元件的动力学方程为
2kΔx＝ma②
此时敏感元件的输出电压为U＝·(x＋Δx)③
综合①②③三式可得：a＝
若U>U0，系统的加速度方向水平向左；
若U
2．传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种．某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的．常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路．下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是( )
【解析】 B、C、D电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开．A电路中，当温度升高到某一设定值时，电路会断开；电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以A选项正确．
【答案】 A
综合检测(三)
第六章 传感器
(分值：100分 时间：60分钟)
一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分，共计42分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内．)
1．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中，正确的是( )
A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B．电子体温计中主要是采用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器
D．电子秤中主要是采用了力电传感器
【解析】 电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以A、C项错误．
【答案】 BD
2．(2013·如皋高二检测)下列说法正确的是( )
A．热敏电阻是把热量这个热学量转为电阻这个电学量
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．电熨斗中的双金属片是温度传感器
D．霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件
【解析】 热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，A错误，B、C、D正确．
【答案】 BCD
3．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
【解析】 题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对．
【答案】 B
4．如图1是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( )
图1
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
【解析】 感温磁体在常温下磁性较强，当温度超过“居里温度”时会突然失去磁性，A项正确，B项错误；只要锅底的温度超过103 ℃，感温磁体就失去磁性，开关按钮会跳起，但常压下烧水，不会超过103 ℃.所以水开后开关按钮不会自动跳起，要想自动跳起，只有水被烧干后，C项、D项正确．
【答案】 ACD
5．(2013·郑州一中高二检测)某仪器内部电路如图2所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上)．当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态．若将该仪器固定在一辆汽车上，则下列说法正确的是( )
图2
A．当汽车加速前进时，甲灯亮
B．当汽车加速前进时，乙灯亮
C．当汽车刹车时，乙灯亮
D．当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮
【解析】 向右加速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当刹车时，M向右移动，与c接触，甲灯亮．故选项B正确．
【答案】 B
图3
6．如图3所示是利用电容器测量角度的传感器示意图．当动片和定片之间的角度θ发生变化时，电容C便发生变化，测出C的变化情况，就可知道θ的变化情况．下图的四个图象中，能正确反映C和θ间函数关系的是( )
【解析】 因为电容和两块极板之间正对面积的大小是成正比的．而θ的增大使得动片和定片的面积减小，所以使得C减小，又θ增大导致面积减小是按照线性规律的，所以选A.
【答案】 A
7．用图4甲所示电路测量电流表的内阻．闭合电键S，当变阻器的滑片滑至c处时，电流表和电压表的读数分别为40 mA、9 V，已知图甲中热敏电阻的I-U关系图线如图乙所示，则电流表的内阻为多少？( )
图4
A．0.14 Ω B．85 Ω
C．140 Ω D．225 Ω
【解析】 当电流表读数为40 mA时，说明热敏电阻的电流为40 mA，由图知热敏电阻两端电压UR＝5.6 V，则电流表两端电压U＝9 V－5.6 V＝3.4 V，由欧姆定律得RmA＝＝＝85 Ω.
【答案】 B
二、非选择题(本题共4小题，共58分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位．)
图5
8．(13分)一热敏电阻在温度为80 ℃时阻值很大，当温度达到100 ℃时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在80 ℃到100 ℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图5所示，图中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．
【解析】 开始水温较低时，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热；当水温达到100 ℃左右时，R1阻值变得很小，R2被短路，将停止加热；当温度降低到80 ℃时，R1阻值又变得很大，R2又开始加热．这样就可达到保温的效果．
【答案】 见解析
9．(13分)图6(甲)为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，AB间电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图6(乙)所示．
图6
(1)求出线圈L的直流电阻RL；
(2)指出图(甲)中断开开关后通过电灯的电流方向；
(3)在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？
【解析】 (1)由图读出，开始时流过电感线圈L的电流I0＝1.5 A
由欧姆定律I0＝，解得RL＝－R＝2 Ω.
(2)电流方向向左．
(3)由图读出，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L的电流
I＝0.30 A
线圈L此时是一个电源，
由全电路欧姆定律E＝I(RL＋R＋R1)，得E＝3.0 V.
【答案】 (1)2 Ω (2)电流方向向左 (3)3.0 V
图7
10．(16分)将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图7所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a＝2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为6.0 N，下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N．(取g＝10 m/s2)
(1)若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半，试判断箱的运动情况．
(2)要使上顶板压力传感器的示数为零，沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？
【解析】 (1)当箱子以a＝2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，金属块进行受力分析可得：
mg＋FN－F＝ma，可解得a1＝0，箱子处于静止或匀速直线运动状态．
(2)当上顶板压力传感器的示数为零时，FN′＝0，
由牛顿第二定律得mg－F＝ma2
解得a2＝－10 m/s2，负号表示a方向向上．
若箱和金属块的加速度a>10 m/s2时，进一步压缩弹簧，此时传感器示数也为0，因此，只要a≥10 m/s2，均能使上顶板压力传感器的示数为零．所以箱子可能做a≥10 m/s2竖直向上的匀加速直线运动或自由落体运动．
【答案】 (1)箱子处于静止或匀速直线运动
(2)箱子可能做a≥10 m/s2竖直向上的匀加速直线运动或自由落体运动
图8
11．(16分)在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量，如图8所示为电子秤的原理图．托盘和弹簧的电阻与质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零．设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电压表，当托盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时称量物体的质量．
【解析】 设托盘上放上质量为m的物体时，弹簧的压缩量为x，
由题设知：
mg＝kx，则x＝①
由全电路欧姆定律知：
I＝②
U＝I·R′＝IR③
联立①②③求解得
m＝U
【答案】 U
选修3－2
模块综合检测
模块综合检测
(分值：100分 时间：90分钟)
一、选择题(本大题共12个小题，每小题5分，共计60分，每小题至少一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内．)
图1
1．(2012·云浮高二检测)一个闭合线圈垂直置于匀强磁场中，若磁感应强度如图1所示，则线圈中的感应电流随时间变化的图线是下图中的( )
【解析】 由法拉第电磁感应定律得E＝，当＝k时，E＝kS.在0～时间内，＝k为一常量，故感应电动势为一常量，相应的感应电流也为一常量；在～T时间内，＝k也为一常量，相应的感应电流也为一常量，前后两个半周期内电动势和感应电流仅仅是方向的不同，而数值相同．比较图中的四个图线，只有A图线是符合要求的．
【答案】 A
图2
2．如图2所示，某人在自行车道上从东往西沿直线以速度v骑行，该处地磁场的水平分量大小为B1，方向由南向北，竖直分量大小为B2，方向竖直向下：自行车车把为直把、金属材质，两把手间距为L，只考虑自行车在地磁场中的电磁感应，下列结论正确的是( )
A．图示位置中辐条A点电势比B点电势低
B．图示位置中辐条A点电势比B点电势高
C．自行车左车把的电势比右车把的电势高B2Lv
D．自行车在十字路口左拐改为南北骑向，则自行车车把两端电动势要降低
【解析】 自行车车把切割磁感线，由右手定则知，自行车左车把的电势比右车把的电势高B2Lv；辐条旋转切割磁感线，由右手定则知，图示位置中辐条A点电势比B点电势低；自行车在十字路口左拐改为南北骑向，地磁场竖直分量始终垂直于自行车车把，则其两端电动势不变．正确答案为A、C两项．
【答案】 AC
3．如图3所示是一火警报警器的部分电路示意图．其中R2为用半导体热敏材料(温度上升时导电能力增强)制成的传感器，a、b之间接报警器；当传感器R2所在处出现火情时，显示器(图中电流表)的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
图3
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
【解析】 当R2所在处出现火情时，由于温度升高，所以R2减小，电路中总电阻减小，总电流增大，故路端电压变小，即a、b之间的电压变小；R3上电压U3＝E－I(R1＋r)，故R3上电压减小，由欧姆定律知I变小．选项D正确．
【答案】 D
4．(2013·太原五中高二检测)两金属棒和三根电阻丝如图4连接，虚线框内存在均匀变化的匀强磁场，三根电阻丝的电阻大小之比R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，金属棒电阻不计．当S1、S2闭合，S3断开时，闭合的回路中感应电流为I，当S2、S3闭合，S1断开时，闭合的回路中感应电流为5I；当S1、S3闭合，S2断开时，闭合的回路中感应电流是( )
图4
A．0 B．3I
C．6I D．7I
【解析】 本题为感应电动势、电流求解问题，S1、S2闭合时有E1＝3IR；S2、S3闭合时有E2＝25IR；则S1、S3闭合时有E1＋E2＝4IxR，所以Ix＝7I.
【答案】 D
5．如图5所示，匀强磁场的方向垂直于电路所在平面，导体棒ab与电路接触良好．当导体棒ab在外力F作用下从左向右做匀加速直线运动时，若不计摩擦和导线的电阻，整个过程，灯泡L未被烧毁，电容器C未被击穿，则该过程中( )
图5
A．感应电动势将变大
B．灯泡L的亮度变大
C．电容器C的上极板带负电
D．电容器两极板间的电场强度将减小
【解析】 因?