(共70张PPT)
第六章 传感器
第3节 实验：传感器的应用
01课前新知预习
02课堂师生共研
03课后提升考能
谢谢观看！
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ZHENGHEDIANBO
整合点拨
KR
电源
电炉丝
热敏电阻E
R3
R
继电器
S
滑动变阻器
测量次数
t/℃C
R/kQ
20
10.0
25
8.5
23456789
35
45
4.0
65
3.3
75
85
2.3
95
2.0
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积累·解题技能
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拓展·课外视野
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1. (多选)下列说法正确的是( )
A．应变式力传感器可以测重力，也可以用来测牵引力
B．电子秤的核心元件是应变片，它多用金属材料制成，是一种敏感元件
C．应变片能把力学量——物体形变转换为电学量——电压
D．电子秤一般应用了应变式力传感器
解析：电子秤的核心元件是应变片，由半导体材料组成，故B错误，A、C、D符合电子秤的原理和应用。
答案：ACD
2. 如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
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A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．无论A为高电平或低电平，LED均不发光
D．无论A为高电平或低电平，LED均发光
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正确。
答案：B
3. (多选)下列哪些场合或技术涉及传感器的应用( )
A．宾馆的自动门 B．工厂、电站的静电除尘
C．家用电饭锅的跳闸与保温 D．光控开关
解析：静电除尘利用的是电荷有吸引轻小物体的特性；宾馆的自动门、家用电饭锅、光控开关均用到了传感器，故应选A、C、D。
答案：ACD
4. 计算机键盘是由两片金 ( http: / / www.21cnjy.com )属片组成的小电容器，该电容器的电容可用公式C＝ε计算，式中ε＝9×10－12，S为金属片的正对面积，d表示两金属片的间距。当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时的金属片的间距为0.6 mm。如果电容变化0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下( )
A．0.15 mm B．0.25 mm
C．0.35 mm D．0.45 mm
解析：计算机键盘是一个电容 ( http: / / www.21cnjy.com )传感器，由题意知它是靠改变两极板间距从而改变电容，得到相应的电信号。又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d0，按下键后间距为d时电子线路恰能检测出必要的信号，则根据C＝
ε，ΔC＝εS(－)，得d＝＝ m＝0.45×10－3 m＝0.45 mm，所以键至少需被按下的距离为0.6 mm－0.45 mm＝0.15 mm。
答案：A
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5. [2014·江苏高考](多选)如图 ( http: / / www.21cnjy.com )所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UH＝k，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则( )
A．霍尔元件前表面的电势低于后表面
B．若电源的正负极对调，电压表将反偏
C．IH与I成正比
D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比
解析：导电物质为电子，由左手定则得 ( http: / / www.21cnjy.com )电子受到洛伦兹力向后表面偏转，后表面电势低，选项A错误；若将电源的正负极对调，磁场和电子的运动方向同时反向，洛伦兹力的方向不变，电压表仍能正常偏转，选项B错误；电路是稳定电路，线圈中的电流和通过霍尔元件的电流的比例不变，选项C正确；UH＝k，而B与I成正比，故UH正比于IH·I，而RL的功率正比于I，IH·I与I的比例不变，故UH正比于RL的功率，选项D正确。
答案：CD
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6. 吉他以其独特的魅力吸引了众多 ( http: / / www.21cnjy.com )音乐爱好者，电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面都安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，也是一种传感器。电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美的音乐声。如图是拾音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦(电吉他不能使用尼龙弦)之间，当弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流。关于感应电流，以下说法正确的是( )
A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的
B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化、方向不变
C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变、方向变化
D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
解析：因为琴弦是来回振动的， ( http: / / www.21cnjy.com )由右手定则可以判定其感应电流的方向会变化，琴弦的振动速度大小也在不断改变，所以感应电流大小也是变化的，故D正确，A、B、C错误。
答案：D
7. 如图1是某同学设计的电容式 ( http: / / www.21cnjy.com )速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图2所示，那么图3、图4中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是( )
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A．①和③ B．①和④
C．②和③ D．②和④
解析：平行板电容器间电压恒定，极板间场强
E＝＝＝＝，
故E∝Q，即E∝，故②可能正确。
极板间电荷量Q＝U·C＝U·＝，
与已知Q随时间的变化关系对比可知d与t成线性关系，即待测物体的运动为匀速运动，故③可能正确。
答案：C
8. 压敏电阻的阻值随所受压力的增大 ( http: / / www.21cnjy.com )而减小。某实验小组在升降机水平地板上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物。0～t1时间内升降机停在某一楼层处，t1时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化情况如图乙所示。则下列判断正确的是( )
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A．t1～t2时间内绝缘重物处于超重状态
B．t3～t4时间内绝缘重物处于失重状态
C．升降机开始时可能停在10楼，从t1时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在1楼
D．升降机开始时可能停在1楼，从t1时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在10楼
解析：t1～t2时间内的电流比t1时 ( http: / / www.21cnjy.com )刻之前的电流小，说明压敏电阻的阻值变大，所受压力减小，小于重物的重力，故重物的加速度应该是向下的，重物处于失重状态，A错误。t3～t4时间内的电流比t1时刻之前的电流大，说明压敏电阻的阻值变小，所受压力增大，大于重物的重力，故重物的加速度应该是向上的，重物处于超重状态，B错误。在0～t1，t2～t3重物的加速度是零，t1～t2重物的加速度是向下的，t3～t4重物的加速度是向上的，综合以上特点，C正确，D错误。
答案：C
9. [2014·大同高二检测]传 ( http: / / www.21cnjy.com )感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)。例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：
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(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)点；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(选填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度 ( http: / / www.21cnjy.com )时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是_______________________________________________________。
解析：本题的关键是对实验装置和实验过程的分析。
(1)由图乙可知，整个装置主要由最 ( http: / / www.21cnjy.com )左边由热敏电阻控制的电磁铁，中间的杠杆式开关及由单刀双掷开关和直流电源组成的报警器工作电路三部分组成，在温度过高时，热敏电阻的阻值减小，导致左侧电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，把中间的杠杆式开关吸向左边的a触点，故为了使温度过高时报警器铃响，事先应将开关c接在a处。(2)若使手动报警的温度提高些，就是要求热敏电阻在电阻更小时报警器才能工作，滑动变阻器实际接入电路的阻值应该大些，故应将滑动变阻器的滑片P点向左移动。(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都处于工作状态，主要原因只能是中间杠杆不能被电磁铁吸过去的缘故，通过对引起杠杆转动的顺、逆时针力矩分析，原因可能是电磁铁的磁性不足，弹簧的劲度系数太大等。
答案：(1)a (2)左 (3)弹簧劲度系数太大
10. 如图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．
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(1)在如图所示电路中， ( http: / / www.21cnjy.com )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。
(2)举出一个可以应用热敏电阻的例子。
解析：(1)流过电阻R1的电流为
I1＝＝ A＝0.036 A＝36 mA，
所以流过热敏电阻的电流为
I＝I总－I1＝(70－36) mA＝34 mA，
从热敏电阻的伏安特性曲线可看出，
当I＝34 mA时，对应的电压为U′＝5.2 V。
因此R2两端的电压为
U2＝U－U′＝(9－5.2) V＝3.8 V
所以R2＝U2/I2＝U2/I＝ Ω≈111.8 Ω
(2)恒温箱、自动孵化器，热敏温度计等
答案：(1)5.2 111.8
(2)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等
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11．[2014·重庆高考 ( http: / / www.21cnjy.com )]某电子天平原理如图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间的磁感应强度大小均为B，磁极宽度均为L，忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C、D与外电路连接。当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。已知线圈匝数为n，线圈电阻为R，重力加速度为g。问：
(1)线圈向下运动过程中，线圈中感应电流是从C端还是从D端流出？
(2)供电电流I是从C端还是从D端流入？求重物质量与电流的关系。
(3)若线圈消耗的最大功率为P，该电子天平能称量的最大质量是多少？
解析：(1)感应电流从C端流出
(2)外加电流从D端流入
设线圈受到的安培力为FA
由FA＝mg和FA＝2nBIL
得m＝I
(3)设称量最大质量为m0
由m＝I和P＝IR
得m0＝。
答案：(1)从C端流出 (2)m＝I (3)
12．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。
光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变 ( http: / / www.21cnjy.com )化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。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，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
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(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号 ( http: / / www.21cnjy.com )
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；
开关S，导线若干。
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______ V，保护电阻R2的阻值范围为______ Ω。
②在有些应用电磁开关的场合，为了安 ( http: / / www.21cnjy.com )全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
答：_______________________________________________。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
答：________________________________________________。
解析：(1)电路原理图如图所示。
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(1)U＝ImaxR＝100×10－3×200 V＝20 V。
保护电阻R2上的最大电流为100 mA，此时其两端电压为16 V，则对应的电阻
R2＝ Ω＝160 Ω。
电路中最小电流为50 mA，
线圈两端电压U1＝IminR＝50×10－3×200 V＝10 V，
则R2上的电压为36 V－10 V＝26 V，
R2＝ Ω＝520 Ω。
故R2的阻值范围为160～520 Ω。
答案：(1)见解析
(2)①20 160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开
③电磁起重机(共105张PPT)
第六章 传感器
第1节 传感器及其工作原理
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火灾据测器
氧化锰热敏电阻
金属热电阻
电阻率随温度的升电阻率随温度的升高而
特点
高而减小
增大
制作材料
半导体
金属
化学稳定性好,测温范
优点
灵敏度好
围大
作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
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整合点拨
Q
N
M
P
B
霍尔元件对我们来说是一个比较难理解和掌握的元件,
我们要紧紧
k
x这个关糸式去把握磁感应强度
个磁学量与电学量的联系
M
N
B
规律方法
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
)的关系,将这些非电学量转
器的电容这个电学量
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第六章 传感器
第2节 传感器的应用
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应用实例敏感元件
工作原理
温度变化时,因双金属片上层金属
电熨斗
双金与下层金属的膨胀系数不同,双金
属片
属片发生弯曲从而控制电路的通断
(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℃
时,失去铁磁性,这一温度称为该
材料的“居里温度”或“居里点”
感温铁(2)自动断电原理:用手按下开关
电饭锅
氧体按钮通电加热,开始煮饭,当锅内
加热温度达到103℃时,铁氧体失
去磁性,与永久磁铁失去吸引力,
被弹簧弹开,从而推动杠杆使触点
开关断开
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整合点拨
非电学敏感转换转换|,电学输
物理量元件(器件(电路量(出
调温旋钮
弹性铜片
绝缘支架
222
电
双金属片
电热丝
源
B
C
D
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1. (多选)下列关于启动器的说法中正确的是( )
A．启动器起到的是辅助开关的作用，日光灯未启动前，导通电路；日光灯亮后，断开电路
B．启动器是由动片和静片组成
C．启动器是由负温度系数金属材料制成，电键闭合电路接通；随温度升高，电路断开
D．以上说法都不对
解析：启动器起到的是辅助开关的作 ( http: / / www.21cnjy.com )用，接通电路，日光灯未通，启动器击穿气体导电，电阻大，热量多，双金属片膨胀，电路导通；金属片接触，电阻减小，双金属片冷却分离，日光灯导通，故A正确；启动器由动片和静片组成，故B正确。
答案：AB
2. 下列装置中利用了光电传感器的是( )
A．电熨斗 B．电饭锅
C．电子秤 D．火灾报警器
解析：电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控 ( http: / / www.21cnjy.com )制温度，A、B错；电子秤是利用力传感器来测力的，C错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射，使光照射到光电三极管上，光电三极管的电阻减小引起电流变化而发生警报，因此火灾报警器是光电传感器，故D正确。
答案：D
3. 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是电视机中的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：红外报警装置将光信号转化成电信号，故A正确。
答案：A
4. 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 ( http: / / www.21cnjy.com )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
5. 2007年诺贝尔物理学奖授予 ( http: / / www.21cnjy.com )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。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：热敏电阻的原理是通过已知某 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻的电阻值与温度值的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度值，从而应用于温度测控装置中，A说法正确；光敏电阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，B说法正确；电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，C说法正确；电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，D说法错误，故正确答案为D。
答案：D
6. 街道旁的路灯、江海里的航标灯都要 ( http: / / www.21cnjy.com )求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三特性都利用了
解析：由于此自动控制利用的是光线强弱的变化，利用半导体的光敏性，故选B。
答案：B
7. 传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，当室内温度达到设定的温度后，空调机会自动停止工作，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
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8. 如图所示是家用电冰箱的压缩启 ( http: / / www.21cnjy.com )动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器。电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小。则以下判断正确的是( )
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗 ( http: / / www.21cnjy.com )电少 ②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少 ③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的 ④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
解析：启动时，由于PTC元件温度低电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )小，故耗电多，②正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确。
答案：B
9. 自己设计一个以热敏 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警，所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关。
解析：实验电路图如图所示：
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当温度升高时，热敏电阻的阻值减小， ( http: / / www.21cnjy.com )通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用。通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的。
答案：见解析
10. 如图甲所示为一测 ( http: / / www.21cnjy.com )量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路。
( http: / / www.21cnjy.com )
解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，通过光敏电阻的电流增大。
根据题意设计的自动光控电路如图所示 ( http: / / www.21cnjy.com )。控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开，当无光照射时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。
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答案：见解析图
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11. 用如图所示的装置可以测量 ( http: / / www.21cnjy.com )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(取g＝10 m/s2)。
(1)若传感器a的示数为14 N，传感器b的示数为6 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。
解析：(1)左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0 N。
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
F1－F2＝ma1，
所以a1＝＝ m/s2＝4 m/s2，a1与F1同方向，即向前(向右)。
(2)传感器a的读数恰为零，则左侧 ( http: / / www.21cnjy.com )弹簧的弹力F′1＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F′2＝－20 N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F′2＝ma2，所以a2＝＝－10 m/s2，负号表示方向向后(向左)。
12. 如图所示为某种电子 ( http: / / www.21cnjy.com )秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别为P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动。弹簧处于原长时，P1刚好指
着A端，P1与托盘固定相连。若 ( http: / / www.21cnjy.com )P1、P2间有电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小。已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g。求：
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(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1与A端的距离x1；
(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1与A端的距离为x2；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方 ( http: / / www.21cnjy.com )法是调节P2，使P2离A端的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零。校准零点后，将物体m放在托盘上。试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式。
解析：托盘的移动带动P1移动，使P1 ( http: / / www.21cnjy.com )、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比。
(1)由力的平衡知识有m0g＝kx1，解得x1＝。
(2)放上物体m重新平衡后m0g＋mg＝kx2，
解得x2＝。
(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，由部分电路欧姆定律知U＝IR串(R串为P1、P2间电阻)
由＝，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝，
联立解得m＝。
答案：(1) (2) (3)m＝(共36张PPT)
第六章 传感器
章末复习总结
谢谢观看！
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系统构建
定义:传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)
的一类元件,其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便
于测量、利用或处理的信号
热敏电阻和金属热电阻—温度传感器
敏感元件光敏电阻—光传感器
霍尔元件一磁电转换器
作流程:非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
执行机构
应用模式:传感器→放大转换电路显示器(指针式电表或数字屏)
计算机系统
力传感器的应用—电子秤(应变片和金属梁)
器
声传感器的应用—话筒
电熨斗(双金属片)
温度传感电饭锅(感温铁氧体
用实例器的应用测温仪(热敏电阻、金属热电阻、热电偶等)
温度报警器(热敏电阻)
鼠标器
光传感器的应用火灾报警器
光控开关(斯密特触发器、光敏电阻)
光控开关利用斯密特触发器可将连续变化的模拟信
实验
温度报警器/号转换为突变的数字信号的特
速查基础清单
7.温度传感器的应用实例
敏感元件
工作原理
温度变化时,双金属片上层金属与下
电熨斗双金属片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
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℃时,失
去铁磁性,这一温度称为“居里温度”
电饭锅感温②自动断电原理:用手按下开关通电
铁氧体加热,开始煮饭,当锅内加热温度达
到103℃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
易错警示
学科素养培优
B
C
09
B03课后提升考能
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1. [2014·永州高二检测](多选)下列关于传感器说法正确的是( )
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．霍尔元件能够把磁学量(如磁感应强度)转化为电学量(如电压)
C．光敏电阻随光照强度增加电阻增大
D．电子秤使用的是力传感器
解析：干簧管接入电路中相当于开关的作用， ( http: / / www.21cnjy.com )所以A错误；霍尔元件是磁学量转化为电学量，所以B正确；光敏电阻随光照强度增加电阻减小，所以C错误；电子秤应用了力的传感器，所以D正确。
答案：BD
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2. 如图所示是观察电阻值随温度变化情况的 ( http: / / www.21cnjy.com )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)( )
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
3. 在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干 ( http: / / www.21cnjy.com )手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，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．改变温度 B．改变湿度
C．改变磁场 D．改变电容
解析：干手机是一个电容器， ( http: / / www.21cnjy.com )当手靠近时，手上有水，手就变成了导体，在电容器中放入导体，改变了电容器的电容，电路中电容改变，干手机开始工作，故选D。
答案：D
4. 关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是( )
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器
解析：光敏电阻是把光强转换为电阻的元件 ( http: / / www.21cnjy.com )；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误。
答案：A
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5. (多选)电容式话筒的保真度比 ( http: / / www.21cnjy.com )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，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。将声音信号转化为电信号，当膜片M向右运动的过程中关于电容器的电容及导线AB中的电流，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
解析：膜片右移时，由于板间距离d变 ( http: / / www.21cnjy.com )小，由C＝知，A对，B错；电容器两端的电压U不变，由Q＝CU知，Q增大，电容器充电，电流由B流向A，C对，D错。
答案：AC
6. (多选)如图所示是三种电容式传感器的示意图，关于这三个传感器，下列说法正确的是( )
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A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．这三个传感器都是利用改变极板间的正对面积来改变电容的
解析：甲、乙、丙中的电容器分别与θ、h、F有 ( http: / / www.21cnjy.com )关，均能测量对应的物理量，甲、乙是通过改变极板间的正对面积改变电容，丙是通过改变极板间的距离改变电容，故D选项错。
答案：ABC
7. [2014·青岛高二 ( http: / / www.21cnjy.com )检测]如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
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：当滑动触头P左移， ( http: / / www.21cnjy.com )其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，其消耗的功率增大。A正确，B、C、D错误。
答案：A
8. [2014·广州高二检测](多选 ( http: / / www.21cnjy.com ))如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数变小
C．小灯泡的亮度变亮
D．小灯泡的亮度变暗
解析：R2和灯L并联后与R1串联，与电 ( http: / / www.21cnjy.com )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，电流表读数减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故B、C正确，A、D错误。
答案：BC
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9. (多选)有定值电阻、热敏电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，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：热敏电阻随温度变化，电阻变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化，光敏电阻随光照变化，电阻变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随之变化。
答案：AC
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10. (多选)电容式传感器的用途非常广 ( http: / / www.21cnjy.com )泛，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起电容的变化，如图是某种电容式传感器的示意图，关于这个传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．可以通过电介质的左右移动来测量位移
B．可以通过电介质的左右移动再结合时间来测量速度
C．可以通过电介质的左右移动来测量极板受到的压力
D．可以通过电介质的左右移动结合时间来测量极板的速度
解析：电容器可以由电介质的变化引起电 ( http: / / www.21cnjy.com )容的变化测量位移x，也可以结合时间来测量位移变化的快慢即速度。故A、B选项正确；电介质的运动与极板的变化都影响电容的变化，故不能通过电介质的运动来测量极板受到的压力及极板的运动快慢，C、D错误。
答案：AB
11. 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电 ( http: / / www.21cnjy.com )器开关、电源按如图甲所示电路连接，制成光电报警装置，当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小。②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态。试说明光电报警器的工作原理。
( http: / / www.21cnjy.com )
解析：当报警器有光照射时，光敏 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声。反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声。
答案：见解析
12．利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁 ( http: / / www.21cnjy.com )场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH＝RH，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高；
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子 ( http: / / www.21cnjy.com )数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流I＝nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)；
(3)图2是霍尔测速仪的示意 ( http: / / www.21cnjy.com )图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图3所示。
a．若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。
b．利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之处，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或假想。
解析：(1)EH和UH达到稳定值，根据匀强电场中电势差与电场强度的关系，可得UH＝EHl；
若半导体材料是电子导电的，则电子运动方向与电流方向相反，根据左手定则，电子受洛伦兹力的作用向f侧偏转和积累，故c端的电势高。
(2)由UH＝RH得RH＝＝EHl
当电场力与洛伦兹力相等时eEH＝evB
得EH＝vB，又I＝nevS，联立解得RH＝
(3)a.由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，
则P＝mNt 圆盘转速为N＝
b．霍尔元件传感器测速、霍尔元件测量水流量等。
答案：(1)UH＝EHl c端的电势高 (2)RH＝ (3)a.N＝ b．提出的实例或设想合理即可
