(共43张PPT)
1.认识传感器
2.常见传感器的工作原理及应用
必备知识·自主学习
关键能力·合作探究
随堂演练·达标自测
素养目标
1.知道非电学量转换成电学量的技术意义．(物理观念)
2．了解传感器在生产、生活中的应用．(物理观念)
3．深入认识物理学对现代生活和科技发展的促进作用．(科学态度与责任)
必备知识·自主学习
一、神奇的传感器
1．楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的_____和声音的_____．只有环境的亮度________某一数值，同时声强________某一数值时．声控—光控开关才会接通，灯才会亮．
2．自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的________，从而发出使自动门开关启动的命令．这种装置就是________________．
3．便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“___________”，它能感知乙醇的________．
明暗
强弱
低于
高于
红外线
红外线传感器
乙醇传感器
浓度
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的________转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是________、________等电学量，或转换为____________．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．
规律
电压
电流
电路的通断
二、传感器的种类
1．传感器的种类：____________、____________、____________等物理传感器．
2．电化学反应原理：把无机或有机化学物质的________、________等转换为电信号．
3．生物活性物质：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如_________、________________、细胞传感器等生物传感器．
力传感器
磁传感器
声传感器
成分
浓度
酶传感器
微生物传感器
三、传感器的组成与应用模式
1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测_________的部分．
2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成________的部分．敏感元件和转换元件分别完成______和______两个基本功能．
非电学量
电信号
检测
转换
四、光敏电阻
把光照强弱转换为电阻
1．特点：光照越强，电阻________．
2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的________，载流子增多，导电性________．
3．作用：把________这个光学量转换为________这个电学量．
越小
差
增强
变好
光照强弱
电阻
五、金属热电阻和热敏电阻
把温度转换为电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化非常明显，温度升高电阻________，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线．
2．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而________，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
减小
增大
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
4．注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．
— 热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大
制作材料 半导体 金属导体
优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大
作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 六、电阻应变片
1．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体______这个力学量转换为________这个电学量．
2．电子秤的组成及敏感元件：由________和________组成，敏感元件是________．
3．电子秤的工作原理
形变
电阻
金属梁
应变片
应变片
走 进 生 活
火灾探测器的核心元件为光敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转化的？
传感器是将烟雾产生的光学量转化为电路的电学量，使电路接通，从而对外发出声光报警信号．
关键能力·合作探究
探究一 对传感器的认识
核心归纳
1.传感器的工作流程
2．传感器的组成
(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．
应用体验
例1. 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．
b、c
增大
解析：由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′ R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间，当油量减少时，浮标下移，右端接入滑动变阻器的电阻变大，电压表示数将增大．
针对训练
1.下列关于传感器工作的一般流程，正确的是( )
A．非电信息→敏感元件→处理电路→电信息
B．电信息→处理电路→敏感元件→非电信息
C．非电信息→敏感元件→电信息→处理电路
D．非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
解析：传感器一般是将非电学量转换成电学量，传感器工作的一般流程：由非电学量，如光照、温度等，经过敏感元件后，由处理电路转换为电信号，A正确．
答案：A
2．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其结构如图中虚线内所示，主要由踏板、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)三部分构成，已知踏板的质量可忽略不计，重力加速度g取10 m/s2，理想电流表的量程为0～3 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＝30－0.02F(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140 kg
B．该秤能测量的最大体重是130 kg
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)
应标在电流表G刻度盘上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刻度盘上0.400 A处
答案：AC
解析：当电路中的电流I＝3 A时，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律可得I＝，整理得R＝－r＝2 Ω，代入R＝30－0.02F可得压力F＝1 400 N，而F＝mg，则该秤能测量的最大体重是140 kg，A正确，B错误；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得到电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘上0.375 A处，C正确，D错误．
探究二 对敏感元件的认识
核心归纳
1.光敏电阻的特点及工作原理
(1)当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强．
(2)光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的．它的特点是光照越强，电阻越小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
2．热敏电阻和金属热电阻的特点
(1)热敏电阻：用半导体材料制成．
(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．
(3)热敏电阻和金属热电阻的区别
分类 热敏电阻 金属热电阻
特点 负温度系数的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大
R T 图像 (负温度系数的热敏电阻)
制作材料 半导体 金属
导电原理 自由电子和空穴等载流子 自由电子的定向移动
优点 灵敏度较好 化学稳定性好，测温范围大，
但灵敏度较差
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 3.霍尔元件的工作原理与特点
(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(3)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．当电流I一定时，UH与B成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
应用体验
题型1 光敏电阻的特性与应用
例2. (多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图(光照射到光敏电阻上时，电阻减小)，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( )
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
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
答案：BC
解析：当没有物品挡住由A射出的光信号时，光敏电阻阻值小，由分压规律知供给信号处理系统的电压高；当有物品挡住由A射出的光信号时，光敏电阻的阻值大，供给信号处理系统的电压低并计数一次，这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B、C正确．
题型2 热敏电阻的特性与应用
例3. 新冠肺炎疫情期间，额温枪被大量应用于排查高温患者．额温枪的原理是通过传感器接收红外线得出感应温度数据．某同学在实验室中用图甲所示电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻忽略不计，R0＝15 Ω，热敏电阻的阻值与温度的关系如图乙所示，则：
(1)温度越高时，电压表示数________(选填“越大”或“越小”)；
(2)闭合开关后，发现电压表示数为0.45 V，则热敏电阻此时的温度为________ ℃(保留1位小数)．
越大
40.0
解析：(1)分析图甲可知热敏电阻R与R0串联，电压表测R0两端的电压U0，当被测物体温度越高时，由图乙可知，热敏电阻的阻值越小，电路中电流I0越大，根据U0＝I0R0可知U0越大．
(2)当电压表示数为U′＝0.45 V时，根据串联电路的特点可知通过R的电流I＝I′＝＝ A＝0.03 A
热敏电阻R两端电压U＝E－U′＝1.5 V－0.45 V＝1.05 V
则R的阻值R＝＝ Ω＝35 Ω，对照乙图可知，热敏电阻此时的温度大约为40.0 ℃.
视野拓展·电容式传感器
例4. 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．有关电容式传感器在生活中的应用，以下说法正确的是( )
A．甲图中，当振动膜片向左运动时，电阻R中的电流方向自右向左
B．乙图中，力F增大的过程中，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时，电容器处于充电状态
答案：D
解析：振动膜片向左运动时，电容器两极板间的距离变大，由C＝可知，电容器的电容减小，由C＝可知，U不变，C减小，则Q减小，电容器放电，电阻R中的电流方向自左向右，A错误；乙图中，力F增大的过程中，电容器两极板间的距离减小，电容变大，由C＝可知，U不变，Q变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，B错误；丙图中，油箱液位上升时，相当于电容器两极板间充入介质，电容变大，C错误；丁图中，当传感器由静止突然向左加速时，电介质相对电容器向右运动，电容变大，由C＝可知，U不变，Q变大，电容器处于充电状态，D正确．
针对训练
3.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
答案：D
解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．
4．(多选)目前智能手机普遍采用了电容触摸屏．因为工作面上接有高频信号，如图所示，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，控制器可精确确定手指位置．对于电容触摸屏，下列说法正确的是( )
A.电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号
B．使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作
C．手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小
D．手指与屏的接触面积变大时，电容变大
答案：AD
解析：由题意可知当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置，因此不需要手指有压力，选项A正确；绝缘笔与工作面不能形成电容器，所以不能在电容触摸屏上进行触控操作，选项B错误；手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，根据C＝可知，电容将变大，选项C错误；手指与屏的接触面积变大时，根据C＝可知，电容变大，选项D正确．
随堂演练·达标自测
1.很多汽车的车窗有防夹手功能．车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止关闭并打开，实现该功能可能使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．气体传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
解析：汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止关闭并打开，实现该功能可能是使用了压力传感器，D正确．
答案：D
2．(多选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示．学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有( )
A．增大电压U，负载电流不变
B．增大电压U，电路的总功率变大
C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小
D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小
解析：A错，B对：增大电压U，通过线圈的电流增大，磁场增强，使磁敏电阻的阻值增大，令电路电流缓慢增大，据P＝UI可知，电路的总功率P变大．C对，D错：抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，则磁敏电阻的阻值变小，负载两端电压变大．
答案：BC
3．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温铁氧体的“居里温度”为103 ℃，下列说法正确的是( )
A．常温下感温铁氧体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温铁氧体的磁性较强
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
答案：ACD
解析：用手按下开关时永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103 ℃时，感温铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开；常压下只要锅内有水就不能自动断电，原因是水烧开后温度保持在100 ℃，不能达到“居里温度”(103 ℃)，只有水烧干了才会继续升温，从而断电，故A、C、D正确．
4.霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷．则下列说法正确的是( )
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．左表面的电势高于右表面
C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D．如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
答案：D
解析：A错：霍尔元件能把磁学量转换为电学量．B错：由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高．C错：如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则无电压产生．D对：根据qvB＝q得，U＝Bdv，又I＝nqSv，联立解得U＝，可知保持电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比．
5．电磁继电器在各种自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一．模拟电路如图所示，其中A为电磁继电器，B为照明电路，C为路灯，D为光敏电阻(白天光照强时，电阻变小；夜晚光照弱时，电阻变得很大)．请你将电路连接完整，达到白天灯熄、夜晚灯亮的效果．(连线时导线不能交叉)
解析：光敏电阻要用来改变通过电磁铁的电流大小，所以它应该串联在控制电路中．1.认识传感器 2.常见传感器的工作原理及应用
素养目标
1.知道非电学量转换成电学量的技术意义．(物理观念)
2．了解传感器在生产、生活中的应用．(物理观念)
3．深入认识物理学对现代生活和科技发展的促进作用．(科学态度与责任)
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、神奇的传感器
1．楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的________和声音的________．只有环境的亮度________某一数值，同时声强________某一数值时．声控—光控开关才会接通，灯才会亮．
2．自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的________，从而发出使自动门开关启动的命令．这种装置就是________________．
3．便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“______________”，它能感知乙醇的________．
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的________转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是________、________等电学量，或转换为____________．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．
二、传感器的种类
1．传感器的种类：____________、____________、____________等物理传感器．
2．电化学反应原理：把无机或有机化学物质的________、________等转换为电信号．
3．生物活性物质：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如________________、________________、细胞传感器等生物传感器．
三、传感器的组成与应用模式
1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测________________的部分．
2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成________的部分．敏感元件和转换元件分别完成________和________两个基本功能．
四、光敏电阻
把光照强弱转换为电阻
1．特点：光照越强，电阻________．
2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的________，载流子增多，导电性________．
3．作用：把________这个光学量转换为________这个电学量．
五、金属热电阻和热敏电阻
把温度转换为电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化非常明显，温度升高电阻________，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线．
2．金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高而________，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
3．热敏电阻与金属热电阻的区别
— 热敏电阻 金属热电阻
特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大
制作材料 半导体 金属导体
优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大
作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
4．注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．
六、电阻应变片
1．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体______这个力学量转换为________这个电学量．
2．电子秤的组成及敏感元件：由________和________组成，敏感元件是________．
3．电子秤的工作原理
走 进 生 活
火灾探测器的核心元件为光敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转化的？
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究一 对传感器的认识
核心归纳
1.传感器的工作流程
2．传感器的组成
(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．
应用体验
例1. 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．
[试解]
针对训练
1.下列关于传感器工作的一般流程，正确的是( )
A．非电信息→敏感元件→处理电路→电信息
B．电信息→处理电路→敏感元件→非电信息
C．非电信息→敏感元件→电信息→处理电路
D．非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
2．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其结构如图中虚线内所示，主要由踏板、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)三部分构成，已知踏板的质量可忽略不计，重力加速度g取10 m/s2，理想电流表的量程为0～3 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＝30－0.02F(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140 kg
B．该秤能测量的最大体重是130 kg
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘上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刻度盘上0.400 A处
探究二 对敏感元件的认识
核心归纳
1.光敏电阻的特点及工作原理
(1)当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强．
(2)光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的．它的特点是光照越强，电阻越小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
2．热敏电阻和金属热电阻的特点
(1)热敏电阻：用半导体材料制成．
(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．
(3)热敏电阻和金属热电阻的区别
分类 热敏电阻 金属热电阻
特点 负温度系数的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大
R T 图像 (负温度系数的热敏电阻)
制作材料 半导体 金属
导电原理 自由电子和空穴等载流子 自由电子的定向移动
优点 灵敏度较好 化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
3.霍尔元件的工作原理与特点
(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．
(3)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．当电流I一定时，UH与B成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
应用体验
题型1 光敏电阻的特性与应用
例2. (多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图(光照射到光敏电阻上时，电阻减小)，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( )
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
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
[试解]
题型2 热敏电阻的特性与应用
例3. 新冠肺炎疫情期间，额温枪被大量应用于排查高温患者．额温枪的原理是通过传感器接收红外线得出感应温度数据．某同学在实验室中用图甲所示电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻忽略不计，R0＝15 Ω，热敏电阻的阻值与温度的关系如图乙所示，则：
(1)温度越高时，电压表示数________(选填“越大”或“越小”)；
(2)闭合开关后，发现电压表示数为0.45 V，则热敏电阻此时的温度为________ ℃(保留1位小数)．
[试解]
视野拓展·电容式传感器
例4. 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．有关电容式传感器在生活中的应用，以下说法正确的是( )
A．甲图中，当振动膜片向左运动时，电阻R中的电流方向自右向左
B．乙图中，力F增大的过程中，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时，电容器处于充电状态
[试解]
针对训练
3.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
4．(多选)目前智能手机普遍采用了电容触摸屏．因为工作面上接有高频信号，如图所示，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，控制器可精确确定手指位置．对于电容触摸屏，下列说法正确的是( )
A.电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号
B．使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作
C．手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小
D．手指与屏的接触面积变大时，电容变大
随堂演练·达标自测——突出创新性 素养达标
1.很多汽车的车窗有防夹手功能．车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止关闭并打开，实现该功能可能使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．气体传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
2．(多选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示．学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有( )
A．增大电压U，负载电流不变
B．增大电压U，电路的总功率变大
C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小
D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小
3．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温铁氧体的“居里温度”为103 ℃，下列说法正确的是( )
A．常温下感温铁氧体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温铁氧体的磁性较强
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
4.
霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷．则下列说法正确的是( )
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．左表面的电势高于右表面
C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D．如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
5．电磁继电器在各种自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一．模拟电路如图所示，其中A为电磁继电器，B为照明电路，C为路灯，D为光敏电阻(白天光照强时，电阻变小；夜晚光照弱时，电阻变得很大)．请你将电路连接完整，达到白天灯熄、夜晚灯亮的效果．(连线时导线不能交叉)
第五章 传感器
1．认识传感器 2.常见传感器的工作原理及应用
必备知识·自主学习
一、
1．明暗 强弱 低于 高于
2．红外线 红外线传感器
3．乙醇传感器 浓度
4．规律 电压 电流 电路的通断
二、
1．力传感器 磁传感器 声传感器
2．成分 浓度
3．酶传感器 微生物传感器
三、
1．非电学量
2．电信号 检测 转换
四、
1．越小
2．差 增强 变好
3．光照强弱 电阻
五、
1．减小
2．增大
六、
1．形变 电阻
2．金属梁 应变片 应变片
走进生活
提示：传感器是将烟雾产生的光学量转化为电路的电学量，使电路接通，从而对外发出声光报警信号．
关键能力·合作探究
探究一
应用体验
[例1] 解析：由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′ R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间，当油量减少时，浮标下移，右端接入滑动变阻器的电阻变大，电压表示数将增大．
答案：b、c 增大
针对训练
1．解析：传感器一般是将非电学量转换成电学量，传感器工作的一般流程：由非电学量，如光照、温度等，经过敏感元件后，由处理电路转换为电信号，A正确．
答案：A
2．解析：当电路中的电流I＝3 A时，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律可得I＝，整理得R＝－r＝2 Ω，代入R＝30－0.02F可得压力F＝1 400 N，而F＝mg，则该秤能测量的最大体重是140 kg，A正确，B错误；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得到电阻R＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘上0.375 A处，C正确，D错误．
答案：AC
探究二
应用体验
[例2] 解析：当没有物品挡住由A射出的光信号时，光敏电阻阻值小，由分压规律知供给信号处理系统的电压高；当有物品挡住由A射出的光信号时，光敏电阻的阻值大，供给信号处理系统的电压低并计数一次，这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B、C正确．
答案：BC
[例3] 解析：(1)分析图甲可知热敏电阻R与R0串联，电压表测R0两端的电压U0，当被测物体温度越高时，由图乙可知，热敏电阻的阻值越小，电路中电流I0越大，根据U0＝I0R0可知U0越大．
(2)当电压表示数为U′＝0.45 V时，根据串联电路的特点可知通过R的电流I＝I′＝＝ A＝0.03 A
热敏电阻R两端电压U＝E－U′＝1.5 V－0.45 V＝1.05 V
则R的阻值R＝＝ Ω＝35 Ω，对照乙图可知，热敏电阻此时的温度大约为40.0 ℃.
答案：(1)越大 (2)40.0
[例4] 解析：振动膜片向左运动时，电容器两极板间的距离变大，由C＝可知，电容器的电容减小，由C＝可知，U不变，C减小，则Q减小，电容器放电，电阻R中的电流方向自左向右，A错误；乙图中，力F增大的过程中，电容器两极板间的距离减小，电容变大，由C＝可知，U不变，Q变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，B错误；丙图中，油箱液位上升时，相当于电容器两极板间充入介质，电容变大，C错误；丁图中，当传感器由静止突然向左加速时，电介质相对电容器向右运动，电容变大，由C＝可知，U不变，Q变大，电容器处于充电状态，D正确．
答案：D
针对训练
3．解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．
答案：D
4．解析：由题意可知当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置，因此不需要手指有压力，选项A正确；绝缘笔与工作面不能形成电容器，所以不能在电容触摸屏上进行触控操作，选项B错误；手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，根据C＝可知，电容将变大，选项C错误；手指与屏的接触面积变大时，根据C＝可知，电容变大，选项D正确．
答案：AD
随堂演练·达标自测
1．解析：汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止关闭并打开，实现该功能可能是使用了压力传感器，D正确．
答案：D
2．解析：A错，B对：增大电压U，通过线圈的电流增大，磁场增强，使磁敏电阻的阻值增大，令电路电流缓慢增大，据P＝UI可知，电路的总功率P变大．C对，D错：抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，则磁敏电阻的阻值变小，负载两端电压变大．
答案：BC
3．解析：用手按下开关时永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103 ℃时，感温铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开；常压下只要锅内有水就不能自动断电，原因是水烧开后温度保持在100 ℃，不能达到“居里温度”(103 ℃)，只有水烧干了才会继续升温，从而断电，故A、C、D正确．
答案：ACD
4．解析：A错：霍尔元件能把磁学量转换为电学量．B错：由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高．C错：如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则无电压产生．D对：根据qvB＝q得，U＝Bdv，又I＝nqSv，联立解得U＝，可知保持电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比．
答案：D
5．解析：光敏电阻要用来改变通过电磁铁的电流大小，所以它应该串联在控制电路中．
答案：见解析图(共31张PPT)
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
必备知识·自主学习
关键能力·合作探究
随堂演练·达标自测
必备知识·自主学习
实验一 门窗防盗报警装置
1．实验目的：
了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置．
2．实验器材：
干簧管、继电器、发光二极管LED、小磁体、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻．
3．实验原理与设计：
电路如图所示．
闭合电路开关S，系统处于防盗状态．当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作．继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电．继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关．
4．实验步骤：
(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作．
(2)确定各元件可以正常工作后，按图所示连接电路．
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
实验二 光控开头
1．实验目的：
了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．
2．实验器材：
三极管、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可调电阻R1(最大阻值51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(6 V)、导线若干、黑纸．
3．实验原理：
(1)甲图(二极管光控电路)：
①光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻．可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上(图甲)．
②当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通．可调电阻R1的作用是调整、设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流．如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯．
(2)乙图(路灯光控电路)：采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点．
①当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮．②当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.
4．实验步骤：
(1)按照实验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)遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或灯泡L发光．
(5)让光照加强，当光照强到某种程度时，测发光二极管LED或灯泡L熄灭．
关键能力·合作探究
类型一 报警系统的电路问题
例1. 传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将热学量转换为电学量．某热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图甲所示，图乙是由此热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器电路图，则：
(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)处．
a
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向________(选填“左”或“右”)移动．
(3)直流电源电动势为18 V(内阻不计)，热敏电阻R1达到100 ℃电阻大小为600 Ω，此时流过热敏电阻R1的电流超过Ic时就会报警，Ic为10 mA，则滑动变阻器应选择________．
A．R2(0～200 Ω)
B．R2(0～1 000 Ω)
C．R2(0～2 000 Ω)
左
C
解析：(1)根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，为了使温度过高时发送报警信息，开关c应该接在a处．
(2)若使报警的最低温度提高些，电路中热敏电阻R1的电阻减小，则滑动变阻器接入电阻应增大，应将P点向左移动．
(3)根据闭合电路欧姆定律Ic＝，代入数据解得R＝1 200 Ω.所以滑动变阻器要选0～2 000 Ω的，故C正确．
针对训练
1.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线光源(红外线光源没有画出)．经实际实验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
答案：D
解析：当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，从而使控制电路中外电路总电阻减小，总电流I＝增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流减小，R3中电流增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸引，红灯亮，选项D正确．
类型二 光控开关的应用
例2. 某研究学习小组设计的模拟街道路灯自动控制系统的电路图如图所示，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为电灯供电．为达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果，电灯应接在________(选填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，将电路补充完整．
A、B
解析：该模拟电路的工作原理：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁线圈中电流的大小，即可调节电磁铁磁性的强弱，吸下或者释放衔铁，从而控制灯的亮灭，即达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果．因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电磁铁线圈中电流较大，磁性较强，可将衔铁吸下；又因为天亮时需要使灯熄灭，所以灯应接在A、B之间．电路连线时直接将D、E两端与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可．
针对训练
2.如图所示，图(a)为热敏电阻的R t图像，图(b)为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻不计．图中“电源”是恒温箱加热器的电源．
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)．
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在100 ℃，可变电阻R1的阻值应调节为________ Ω.
A、B端
300
解析：(1)当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在A、B端．
(2)当温度达到100 ℃时，加热电路就要断开，此时的继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20 mA＝0.02 A，由图(a)查出热敏电阻在t＝100 ℃时，R＝50 Ω，令R0为继电器线圈的电阻，则继电器电路中电流在t＝100 ℃时，根据闭合电路欧姆定律可得I＝，即0.02＝，解得R1＝300 Ω.
随堂演练·达标自测
1.[2022·高二下阶段考试](多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮．后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的．其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是( )
A．白天有光照时，光传感器自动闭合
B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合
D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合
解析：白天有光照时，光传感器自动断开，A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，D错误．
答案：BC
2．(多选)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为按钮开关，虚线框内S表示延时开关电路．当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，释放K后，延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭，根据上述信息和原理图，我们可推断( )
A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的
B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的
C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min
D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻RL相比，应满足R RL
答案：BCD
解析：按钮开关K按下前，延时开关S断开，有电流通过发光二极管，故发光二极管是发光的，选项A错误，B正确．按下按钮开关K后，延时开关S闭合，发光二极管和电阻R被短路，发光二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光约1 min，选项C正确．由于R为限流电阻，发光二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证K按下前电灯不发光，故应满足R RL，选项D正确．
3.在校园冬季安全大检查中，某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1的阻值急剧减小，当电铃两端的电压达到一定值时，电铃会响，则下列说法正确的是( )
A．若报警器的电池老化(内阻变大，电动势不变)，不会影响报警器的安全性能
B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移
C．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移动
D．增大电源的电动势，会使报警的临界温度升高
答案：C
解析：设电铃的工作电压为U，当IR2＝U时报警，若电池内阻较大，同一温度时，R2两端的电压较小，可能不会报警，选项A错误；R2接入电路的阻值减小时，R1两端电压增大，R2两端电压减小，装置不报警；反之，R2两端电压增大，装置报警，故应把R2的滑片P向上移动，选项B错误，C正确；电源的电动势增大，R2接入电路的阻值不变时，两端的电压增大，会使报警的临界温度降低，选项D错误．
4．如图甲所示为一种家用磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用．图乙为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起．当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，触发器内的开关是________(填“闭合”或“断开”)的．
闭合
解析：当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的．
5．如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．
(1)房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．
开关
(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中，这时由于磁体吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．
解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关．
(2)将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8－7，4－5，6－9，2－10，1－3连接起来，构成正常的电门卡电路，如图所示．3.利用传感器制作简单的自动控制装置
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
实验一 门窗防盗报警装置
1．实验目的：
了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置．
2．实验器材：
干簧管、继电器、发光二极管LED、小磁体、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻．
3．实验原理与设计：
电路如图所示．
闭合电路开关S，系统处于防盗状态．当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作．继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电．继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关．
4．实验步骤：
(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作．
(2)确定各元件可以正常工作后，按图所示连接电路．
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
实验二 光控开头
1．实验目的：
了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．
2．实验器材：
三极管、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可调电阻R1(最大阻值51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(6 V)、导线若干、黑纸．
3．实验原理：
(1)甲图(二极管光控电路)：
①光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻．可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上(图甲)．
②当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通．可调电阻R1的作用是调整、设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流．如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯．
(2)乙图(路灯光控电路)：采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点．
①当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮．②当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.
4．实验步骤：
(1)按照实验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)遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或灯泡L发光．
(5)让光照加强，当光照强到某种程度时，测发光二极管LED或灯泡L熄灭．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
类型一 报警系统的电路问题
例1. 传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将热学量转换为电学量．某热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图甲所示，图乙是由此热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器电路图，则：
(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)处．
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向________(选填“左”或“右”)移动．
(3)直流电源电动势为18 V(内阻不计)，热敏电阻R1达到100 ℃电阻大小为600 Ω，此时流过热敏电阻R1的电流超过Ic时就会报警，Ic为10 mA，则滑动变阻器应选择________．
A．R2(0～200 Ω)
B．R2(0～1 000 Ω)
C．R2(0～2 000 Ω)
[试解]
针对训练
1.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线光源(红外线光源没有画出)．经实际实验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
类型二 光控开关的应用
例2. 某研究学习小组设计的模拟街道路灯自动控制系统的电路图如图所示，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为电灯供电．为达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果，电灯应接在________(选填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，将电路补充完整．
[试解]
针对训练
2.如图所示，图(a)为热敏电阻的R t图像，图(b)为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻不计．图中“电源”是恒温箱加热器的电源．
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)．
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在100 ℃，可变电阻R1的阻值应调节为________ Ω.
随堂演练·达标自测——突出创新性 素养达标
1.[2022·高二下阶段考试](多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮．后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的．其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是( )
A．白天有光照时，光传感器自动闭合
B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合
D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合
2．(多选)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为按钮开关，虚线框内S表示延时开关电路．当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，释放K后，延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭，根据上述信息和原理图，我们可推断( )
A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的
B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的
C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min
D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻RL相比，应满足R RL
3.
在校园冬季安全大检查中，某学习小组发现学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1的阻值急剧减小，当电铃两端的电压达到一定值时，电铃会响，则下列说法正确的是( )
A．若报警器的电池老化(内阻变大，电动势不变)，不会影响报警器的安全性能
B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移
C．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移动
D．增大电源的电动势，会使报警的临界温度升高
4．如图甲所示为一种家用磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用．图乙为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起．当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，触发器内的开关是________(填“闭合”或“断开”)的．
5．如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．
(1)房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．
(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中，这时由于磁体吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．
3．利用传感器制作简单的自动控制装置
关键能力·合作探究
类型一
[例1] 解析：(1)根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，为了使温度过高时发送报警信息，开关c应该接在a处．
(2)若使报警的最低温度提高些，电路中热敏电阻R1的电阻减小，则滑动变阻器接入电阻应增大，应将P点向左移动．
(3)根据闭合电路欧姆定律Ic＝，代入数据解得R＝1 200 Ω.所以滑动变阻器要选0～2 000 Ω的，故C正确．
答案：(1)a (2)左 (3)C
针对训练
1．解析：当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，从而使控制电路中外电路总电阻减小，总电流I＝增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流减小，R3中电流增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸引，红灯亮，选项D正确．
答案：D
类型二
[例2] 解析：该模拟电路的工作原理：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁线圈中电流的大小，即可调节电磁铁磁性的强弱，吸下或者释放衔铁，从而控制灯的亮灭，即达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果．因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电磁铁线圈中电流较大，磁性较强，可将衔铁吸下；又因为天亮时需要使灯熄灭，所以灯应接在A、B之间．电路连线时直接将D、E两端与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可．
答案：A、B 见解析图
针对训练
2．解析：(1)当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在A、B端．
(2)当温度达到100 ℃时，加热电路就要断开，此时的继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到20 mA＝0.02 A，由图(a)查出热敏电阻在t＝100 ℃时，R＝50 Ω，令R0为继电器线圈的电阻，则继电器电路中电流在t＝100 ℃时，根据闭合电路欧姆定律可得I＝，即0.02＝，解得R1＝300 Ω.
答案：(1)A、B端 (2)300
随堂演练·达标自测
1．解析：白天有光照时，光传感器自动断开，A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，D错误．
答案：BC
2．解析：按钮开关K按下前，延时开关S断开，有电流通过发光二极管，故发光二极管是发光的，选项A错误，B正确．按下按钮开关K后，延时开关S闭合，发光二极管和电阻R被短路，发光二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光约1 min，选项C正确．由于R为限流电阻，发光二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证K按下前电灯不发光，故应满足R RL，选项D正确．
答案：BCD
3．解析：设电铃的工作电压为U，当IR2＝U时报警，若电池内阻较大，同一温度时，R2两端的电压较小，可能不会报警，选项A错误；R2接入电路的阻值减小时，R1两端电压增大，R2两端电压减小，装置不报警；反之，R2两端电压增大，装置报警，故应把R2的滑片P向上移动，选项B错误，C正确；电源的电动势增大，R2接入电路的阻值不变时，两端的电压增大，会使报警的临界温度降低，选项D错误．
答案：C
4．解析：当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的．
答案：闭合
5．解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关．
(2)将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8－7，4－5，6－9，2－10，1－3连接起来，构成正常的电门卡电路，如图所示．
答案：(1)开关 (2)图见解析
