(共52张PPT)
第五章 传感器
第一、二节 传感器及其工作原理 传感器的应用
核心素养点击
物理观念 (1)感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置。
(2)了解光敏电组、金属热电组、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。
(3)了解生活中、农业生产中、工业生产中、航天航空中的传感器。
科学思维 (1)体会传感器将非电学量转化为电学量的物理意义。
(2)通过对传感器原理和应用的了解，体会传感器在实际应用中的价值。
科学探究 探究传感器的工作原理及传感器在实际应用中的一般模式。
科学态度与责任 体会传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。
续表
一、传感器及其分类
1．填一填
(1)传感器：能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置。
(2)传感器组成：一般由 元件、转换元件和转换电路三部分组成。如图所示：
敏感
(3)传感器的分类
①物理传感器：利用被测物理量(如压力、温度、位移、亮度等)变化时，敏感元件的 量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性制成的传感器，如压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等。
②化学传感器：基于化学反应的原理，将化学物质的成分、 等化学信息转化为电学量的传感器，如半导体气体传感器、湿敏传感器、离子传感器等。
③生物传感器：基于酶、抗体和 等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器，如酶传感器、细胞传感器、免疫传感器等。
电学
浓度
激素
2．判一判
(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。 ( )
(2)传感器只能感受温度和光两个物理量。 ( )
(3)传感器能够将非电学量转化为电学量，其核心部件是敏感元件。 ( )
3．想一想
交警用酒精检测仪可以测量司机呼出气体的酒精浓度。
为什么传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量呢？
提示：电学量具有易测量，易控制，测量精度和速度较高，
易放大、反馈、存储和可远距离传输等特点。特别是电信号能方便地与计算机连接而进行信息处理，所以传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量。
√
×
√
二、温度传感器和光电传感器的原理
1．填一填
(1)温度传感器的原理
①温度传感器：将 变化转换为电学量变化的装置。
②温度传感器中的敏感元件： 电阻、热电偶、热双金属片等。
③热敏电阻的分类：
a．正温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而 。
b．负温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而 。
c．临界温度系数热敏电阻：阻值在很小的温度范围内急剧 。
温度
热敏
增加
下降
下降
(2)光电传感器的原理
①光电传感器：能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转化成电信号的传感器。
②光敏电阻：是光电传感器的敏感元件，其电阻随光照的增强而 。
③光电传感器中的敏感元件：光敏电阻、光电池、光敏 等。
2．判一判
(1)光敏电阻随着光照的增强，导电性变好。 ( )
(2)热敏电阻能够把热学量转换为电学量。 ( )
(3)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 ( )
减小
晶体管
√
×
√
3．选一选
有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是 ( )
A．金属导体 B．光敏电阻
C．热敏电阻 D．霍尔元件
解析：金属导体电阻一般随温度升高而增大，光敏阻是随光照强度的增大而减小，正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，霍尔元件随磁感应强度的增大其两端的电压增大，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
三、传感器的应用
1．填一填
(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、 、消毒碗柜等。
②与红外线传感器相关的应用：自动门、家电 、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。
③与光敏传感器相关的应用：照相机。
④与压力传感器相关的应用：家用便携式电子秤。
空调机
遥控器
(2)农业生产中的传感器
①湿度传感器的应用：无人管理的自动喷灌系统。
②温度传感器的应用：自动 的蔬菜大棚。
③现代粮库采用温度传感器和湿度传感器，通过通风装置进行自动控制，有效地减少粮库里的霉变。
(3)工业生产中的传感器
①汽车生产线上的焊接机器人是 传感器、力学传感器、温度传感器、电弧传感器等的联合应用。
②埋入式 传感器安置在大桥或水坝中，可以实时监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患。
控温
视觉
光纤
(4)航天航空中的传感器
①运载火箭上应用的压力传感器。
②哈勃空间望远镜上应用的高精度光学传感器。
③载人飞船中应用的 传感器。
2．判一判
(1)酒店自动门应用了红外线传感器。 ( )
(2)电冰箱用于控制压缩机工作的温控系统中用到了温度传感器。 ( )
(3)汽车自动化生产线上用于焊接的机器人只利用了力学传感器。 ( )
生理
√
×
√
3．选一选
类人型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。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是 ( )
A．是力传感器 B．是光传感器
C．是温度传感器 D．是声音传感器
解析：碰到障碍物前会自动避让，说明它是光传感器，B正确，A、C、D错误。
答案：B
探究(一) 传感器的工作原理
[问题驱动]
CPU温度是由CPU内置的温度传感器侦测到温度之后传达给BIOS显示出来，由BIOS依据温度高低来决定散热风扇的转速。
(1)CPU温度传感器的作用是什么？主要由什么元件组成？
(2)CPU温度传感器的存在对电脑有什么意义？
提示：(1)将非电学量温度转化为电学量输出给BIOS，主要由敏感元件和转换元件组成。
(2)及时将CPU温度传递给电脑，防止因CPU温度过高而出现死机现象。
【重难释解】
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，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。传感器的工作原理如下所示。
典例1 某电容式话筒的原理示意图如图所示，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向左运动的过程中 ( )
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
分析传感器时要明确的问题
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；
(3)是如何显示或控制开关的。
【素养训练】
1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是 ( )
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
2．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．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
解析：大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻。传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”。故只有B正确。
答案：B
3．当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息 ( )
A．温度 B．运动
C．人 D．光线
解析：自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。故D正确。
答案：D
探究(二) 电阻式传感器的应用分析
[问题驱动]
如图是应变片的原理及力学传感器的应用的图片。
(1)电子秤的敏感元件是什么？
(2)电阻应变片是怎样把非电学量转化为电学量的？
提示：(1)电阻应变片。
(2)当电阻应变片长度和横截面积发生变化时，由电阻定律可知电阻发生变化。
【重难释解】
1．电阻式传感器性能比较
传感器 热敏电阻 金属热电阻 光敏电阻 电阻应变片
特点 正温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻变大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻减小 电阻率随温度的升高而增加 在强光下电阻小，在暗光下电阻大 受到拉力时，电阻变大；受到压力时，电阻变小
敏感
材料 半导体 金属 把硫化镉涂敷在绝缘板上，其表面镀银 金属材料
续表
典例2 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示的R t图线，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：
(1)电流表G的内阻Rg。
(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
含传感器的电路动态分析的四点注意
(1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。
(2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。
(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。
(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
【素养训练】
1.(多选)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的一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
解析：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。
答案：AC
2．(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器，当环境温度降低时 ( )
A．电容器C的带电荷量增加
B．电压表的读数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
3．如图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图，利用电压表(内电阻很大)的示数来指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计。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，电压表的示数为零。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，限流电阻为R0，弹簧的劲度系数为k，若不计一切摩擦和其他阻力。
(1)求出电压表示数Ux与所称物体质量m的关系式。
(2)由(1)的计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于制作刻度。为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在如图的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式。
探究(三) 传感器的应用
[问题驱动]
家用汽车已经配备自动大灯，可以自动控制灯光的开启和关
闭，比如你白天突然进入隧道或者清晨傍晚光线不好时，大灯自
动打开照亮前路，使行车更安全。请问是如何实现的？
提示：用光控开关控制大灯开启，光敏元件收集到光照强度较弱时，开关打开，大灯亮起。
【重难释解】
1．传感器的应用步骤
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三点
(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的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
霍尔电势高低的判断方法
(1)由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面；如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向。
(2)在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。
【素养训练】
1. 如图所示，截面为矩形的金属导体，放在匀强磁场中，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．φM>φN B．φM＝φN
C．φM<φN D．无法判断
解析：霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，做定向移动形成的，根据左手定则，金属导体中自由电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以φM＞φN。
答案：A
2． 如图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) ( )
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
一、培养创新意识和创新思维
1．用光敏电阻制成的光敏传感器有许多用处。例如，一种简易的监测水中悬浮颗粒污染程度的监测器就利用了光敏电阻的特点(图甲)。被污染的水中常含有悬浮的颗粒，它们会影响光的通过。当光穿过水照到光敏电阻上时，到达光敏电阻的光量与水的污染程度有关(图乙)。当水污染严重时，光敏电阻受光量很小，电阻很大，指示灯不亮；当水污染不严重时，光敏电阻的受光量大，电阻小，指示灯变亮。
(1)严重污染时，光敏电阻是高电阻还是低电阻？
(2)该监测器的使用受白天和晚上的影响吗？
提示：(1)高电阻。
(2)因自然光强弱不同，或多或少对光敏电阻的阻值产生影响。
二、注重学以致用和思维建模
2. (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；而白天无论怎样
用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他：过道灯是
由声音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，声音传感器自动闭合
D．无人走动或没有声音时，声音传感器自动闭合
解析：由题意结合题图可知，白天有光照时，光传感器自动断开，夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故A错误，B正确；由题意可知，有人走动或发出声音时，声音传感器自动闭合，无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，故C正确，D错误。
答案：BC
3. 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 ( )
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
4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压
敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏
电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程
的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时
电流表的示数I0，在这段时间内 ( )
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大
解析：在升降机运动过程的某一段时间内，电流表示数I不变，且有I>I0，则说明电源的路端电压增大了，从而分析出是压敏电阻的阻值增大了，压敏电阻受到的压力减小了，由牛顿第二定律可知，物块具有向下的加速度，处于失重状态，升降机可能向下匀加速运动，也可能向上匀减速运动，故C正确，A、B均错误；因压敏电阻的阻值增大，电源总电流减小，电流表示数变大，故通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时小，D错误。
答案：C (共15张PPT)
第三节 用传感器制作自动控制装置
?实验目的
1.了解单向晶闸管VS的工作原理。
2.练习制作光控自动照明控制装置。
?实验原理
1．单向晶闸管
(1)原理图：如图所示。
其中A、K、G分别为VS的阳极、阴极、门极(控制极)。
(2)工作原理：当单向晶闸管受到正向阳极电压并且门极有触发电流IG时处于导通状态。
2．光控自动照明控制装置
(1)实验探究方案
(2)工作原理
①当白天光线较强时，光敏电阻RG呈低电阻，此时，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，而流向门极G的电流变小，不足以触发导通VS，VS处于关断状态，灯泡L不亮。
②当夜幕降临时，光线减弱，RG呈高电阻，流向门极G的电流增大，从而触发导通VS，灯泡L发光。
?实验器材
二极管VD、单向晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L。
?实验步骤
1．按照实验探究方案连接好电路，检查无误后，接通电源。
2．让光敏电阻RG在自然光照射下，观察灯泡L是否发光。
3．遮挡RG的照射光线，当光照减弱到一定程度时，观察灯泡L是否发光。
4．可适当改变电阻R的阻值，观察灯泡L开始发光时，照射到RG上的光线的强弱变化。
(一)实验原理与操作
[典例1] 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关(干簧管和绕在干簧管外的线圈组成)、电源连成电路，如甲图所示，制成光电报警装置，设计要求：当有光照时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声，电路已经连接一部分，请将电路连接完整。
[解析] 电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关的外面线圈两个接线端构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线端构成另一个回路。当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声；若没有光照或者光照很弱时，光敏电阻阻值变大，干簧管外的线圈产生的磁场较弱，干簧管开关自动断开。连接如图所示。
[答案] 见解析图
[对点训练]
1．为了设计一个白天自动关灯、黑夜自动开灯的自动控制装置，可供选择的器材如下：光敏电阻、继电器、直流电源、交流电源、开关、灯泡及导线若干。
(1)如图所示为已画出的部分电路，请补画完整电路原理图。
(2)关于以上电路工作的原理，下列说法正确的是________。
A．光敏电阻受光照，电阻变小，继电器工作
B．光敏电阻受光照，电阻变小，继电器不工作
C．继电器工作时，照明电路闭合，灯泡亮
D．继电器不工作时，照明电路闭合，灯泡亮
解析：(1)如图所示。
(2)有光照射时，光敏电阻阻值变小，控制电路中电流变大，线圈磁性增强，将G处动片吸引过来，G与H断开，继电器工作，照明电路断开，灯泡不亮。继电器不工作时，照明电路闭合，灯泡亮。
答案：(1)见解析图 (2)AD
(二)数据处理和误差分析
[典例2] (2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在虚线框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图甲求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图乙所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V 时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。
[解析] (1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如图所示。
[对点训练]
2．(2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，
其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定
电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，须调节________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃－1(保留2位有效数字)。(共32张PPT)
第四、五章 电磁振荡与电磁波 传感器
一、主干知识成体系
二、迁移交汇辨析清
一、电磁场与电磁波
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。
2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。
3．电磁波：电磁场由近及远地向周围传播形成电磁波。
4．电磁振荡：如图中，先给电容器充电，再使电容器、电流
表和电感线圈连接在一个回路中，在以后的过程中，电容
器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器两极板间的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能在振荡电路中周期性地转化。
5．电磁波的发射
要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个条件：
(1)要有足够高的振荡频率。
(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。
6．雷达的工作原理及应用
(1)雷达的原理：
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
(2)雷达的构造及特点：
一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。
①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端；
②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段；
③雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间为1 μs，两次发射的时间间隔约为0.1 ms；
④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
(3)雷达的应用：
探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。
[典例1] 雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备，它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲，遇到障碍物会发生反射，雷达在发射和接收电磁波时，荧光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt＝5×10－4 s，它跟踪一个匀速移动的目标的过程中，某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图甲所示，30 s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为10－4 s，电磁波在空气中的传播速度为3×108 m/s，则被监视目标的移动速度最接近 ( )
A．1 200 m/s B．900 m/s C．500 m/s D．300 m/s
[针对训练]
1．(多选)下列关于电场、磁场及电磁波的说法中正确的是 ( )
A．在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，来回抖动梳子能产生电磁波
B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C．一个电子向一个固定不动的质子运动的过程中，向外发射电磁波
D．只要空间某个区域有振荡变化的电场或磁场，就能产生电磁波
解析：在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，梳子会带电，梳子附近会产生电场，当抖动梳子时，产生变化的电场，而变化的电场周围产生磁场，故产生电磁波，故A正确；均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场在其周围空间不会产生电(磁)场，故B错误；振荡变化的电(磁)场会产生同频率振荡变化的磁(电)场，这样在空间即可形成电磁波，电子向质子运动的过程中，加速度在不断增大，说明在电子运动的空间会产生非均匀变化的电场，故C、D正确。
答案：ACD
2. 著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示在一块绝缘
圆板中央的上部固定一个线圈，与圆板不接触，并接有电
源，板的四周固定有许多带负电荷的小球，整个装置支撑
起来忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，从上往下看圆盘，下列关于圆盘的说法中正确的是 ( )
A．圆盘将逆时针转动 B．圆盘将顺时针转动
C．圆盘不会转动 D．无法确定圆盘是否会动
解析：线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动。接通电源瞬间圆板受到电场力作用而转动，由于金属小球带负电荷，再根据电磁场理论可知，变化的磁场会产生电场，因此向上磁场变大，则产生顺时针方向的电场，带负电有小球受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的电场力，故圆盘将沿逆时针方向转动，故A正确。
答案：A
传感器种类 敏感元件 实际应用 与之相联系的物理知识
光传感器 光敏电阻 火灾报警器 直流电路
动态分析
温度传感器 热敏电阻 电熨斗、电饭锅 直流电路问题
力传感器 压敏电阻 电子秤 力学、运动学与直流电路
电容传感器 电容器 话筒 力学、运动学与含电容器的电路
3．常见传感器的工作原理及其应用
4．传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
(1)“感”是指传感器的敏感元件感受外界信息；
(2)“传”是指通过电路等途径将敏感元件获取的信息传递给执行机构；
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
传感器类型 工作原理 可被测定的非电学量
光敏电阻、热敏电阻 阻值变化 光、温度
电容式传感器 电容量变化 力、质量、加速度、液面等
霍尔传感器 霍尔效应 角度、旋进度、力、磁场等
压电传感器 压电效应 压力、加速度等
[典例2] 节能环保路灯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化，作
为简化模型，可以近似认为，照射光较强时(如白天)电阻几乎
为0；照射光较弱时(如夜晚)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，夜晚打开，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等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；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。
(2)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：__________________________________________________________________。
[针对训练]
3. 如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。
以下关于自动售货机投币系统工作原理说法不正确
的是 ( )
A．当硬币被投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以
便让机器测出电阻，如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支
持物A下降，硬币沿斜面滚下
B．当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导
致速度减小
C．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受
D．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度过快，开关B就打开，硬币被接受
解析：选项A、B、C即为自动售货机投币系统工作原理，故A、B、C正确，D错误。
答案：D
4．(多选)在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智
能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自
然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示，R为一
光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理，下列描述正确的是 ( )
A．光照越强时，光敏电阻的阻值越大，衔铁被吸引下来
B．光线不足时，光敏电阻的阻值变大，所在电路电流变小，衔铁被弹簧拉上
去，日光灯接通
C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接
D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接
解析：由光敏电阻的特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻增大，电流减小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通，因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项B、C正确。
答案：BC
三、创新应用提素养
1．如共享单车是一种新的交通工具，用户可通过扫码开锁，循环共享。共享单车的车锁内集成了嵌入式芯片、定位模块和SIM卡等，能实时显示位置、可行驶的里程便于监控电单车。用户仅需用手机上的客户端软件(App)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机App上能实时了解共享单车的位置；骑行结束关锁后App就显示计时、计价、里程等信息。此外，共享单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息，下列说法正确的是） ( )
A．共享单车和手机之间是利用声波传递信息的
B．共享单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的
C．定位系统中的电池是直接插电实现充电的
D．手机App上显示的里程，是由雷达测出的
解析：共享单车和手机之间是利用电磁波传递信息的，故A错误；共享单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的，故B正确；共享单车在运动过程通过电磁感应将机械能转化为电能为定位系统充电，故C错误；手机App上显示的里程是由通信卫星GPS定位确定的，故D错误。
答案：B
2.(多选)振弦式频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永
磁铁两部分组成，钢弦上端固定，下端与一膜片相连接，
弦上的张力越大，弦的固有频率越大。这种装置可以从
线圈输出电压的频率确定膜片处的压力的变化，下列说
法正确的是 ( )
A．当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高
B．当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高
C．膜片上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率较高
D．膜片上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率较高
解析：当软铁块靠近磁铁时，软铁块被磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律及右手螺旋定则可知，b端电势比a端电势高，选项A错误，B正确；膜片上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，所以选项C正确，D错误。
答案：BC
3．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线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、电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时 ( )
A．车轮停在感应线上后，电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
解析：车轮停在感应线上后，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时电流先增大后减小，然后再反向增大再减小，说明电容器先充电后放电，故B正确，C错误；若汽车前轮越过感应线，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，电子眼仍会拍照，故D错误。
答案：B
4. 有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示。E是内阻
不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流
电阻。G是由理想电流计改装成的指针式测力显示器。R
是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计，试分析：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R＝________Ω。
(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为______________N。
(3)如果把电流计中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度________(选填“均匀”或“不均匀”)。
