课件50张PPT。自主学习·基础知识合作探究·重难疑点解题技巧·素养培优1 传感器及其工作原理
[学习目标] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．1．传感器
(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_________，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_______，或转换为_____________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_____、传输、 _____和_____．非电学量电学量电路的通断测量处理控制2．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻______．
(2)原因：无光照时，载流子极___，导电性能_____；随着光照的增强，载流子_____，导电性_____．
(3)作用：把_________这个光学量转换为_____这个电学量．越小少不好增多变好光照强弱电阻有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？
【提示】 这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．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．( )×√×减小增大半导体金属温度电阻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)．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．( )×√√1．构造
很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N.正 3．作用
把_____________这个磁学量转换为______这个电学量． 磁感应强度电压如图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． 图6-1-2
【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.√ √ √ 预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中学生分组探究一 传感器的工作原理及分类
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．传感器是起什么作用的元件？
【提示】 传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．2．夜晚，楼道里漆黑一片．但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥妙是什么？
【提示】 在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关．
第2步结论——自我总结，素能培养
1．传感器的工作原理
敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量．2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比第3步例证——典例印证，思维深化
如图6-1-3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-Ut关系曲线图．将该热敏电阻连入如图6-1-4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-Ut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.
图6-1-4【思路点拨】 I-U图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小．【答案】 5.3 108.8第4步巧练——精选习题，落实强化
1．(2014·日照高二检测)
如图6-1-5所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是( )
图6-1-5A．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】 C2．(2014·扬州中学高二检测)如图6-1-6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 图6-1-6
D．小灯泡的亮度变弱【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，电路中电流减小，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学生分组探究二 电容式传感器
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．平行板电容器的电容与哪些因素有关？2．电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？
【提示】 极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．第2步结论——自我总结，素能培养
常见电容式传感器第3步例证——典例印证，思维深化
传感器是一种采集信息的重要器件，如图6-1-7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．第4步巧练——精选习题，落实强化
1．如图6-1-8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位置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2．如图6-1-9所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝Asin(100πt)的振动，则( )
A．a振动过程中，a、b板间的电场
强度不变
B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变
C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大传感器问题中的电路动态分析技巧
分析该类问题时，关键要做到以下四点：
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．(多选) (2014·宿迁高二检测)如图6-1-10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( )
A．电压表的示数增大
B．R2中电流强度增大
C．小灯泡的功率增大
D．电源的路端电压降低 图6-1-10[先看名师指津]
1．掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电阻的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提．
2．掌握动态直流电路问题的分析程序是解决此类问题的关键．具体如下：
(1)“先阻后流”，即先分析内电阻变化，然后根据闭合电路欧姆定律分析干路电流变化情况；
(2)“先内后外”，即先分析内电压变化，再分析外电压变化；(3)“先干后支”，即先分析干路再分析并联支路；
(4)“先定后变”，即先分析定值电阻上的电流、电压变化，再分析电阻发生变化的敏感元件上的电流与电压．[再演练应用]
(2014·珠海检测)如图6-1-11是一火灾报警装置的一部分电路示意图，
图6-1-11
其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( )A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
【解析】 当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2电阻减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压Uab＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大，D项对．
【答案】 D传感器及其工作原理
1．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料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】 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确．传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．
【答案】 B
2．(2015·仙桃八中高二检测)关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
【解析】 传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、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；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．
【答案】 C
3．(多选)(2015·临沂高二检测)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
【解析】 负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高．
【答案】 AC
4．(多选)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )
A．发光二极管 B．热敏电阻
C．霍尔元件 D．干电池
【解析】 热敏电阻可以把温度转化为电学量，霍尔元件可以把磁感应强度转化为电压这个电学量，所以选项B、C正确；发光二极管具有单向导电性，可以发光，但不能做传感器，A错误，干电池是电源，不是传感器，D错误．
【答案】 BC
图6-1-12
5．如图6-1-12所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水换为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
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(用半导体材料制作)，读数变化非常明显
D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
【解析】 若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故欧姆表读数变大且不明显，选项A、B错误．若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，选项C正确、选项D错误．
【答案】 C
6．(多选)如图6-1-13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6-1-13
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
7．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，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．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
【解析】 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作理论上可行，但是假如干手机是由温度、湿度的变化而工作就成了室内烘干机．
【答案】 D
6-1-14
8．(多选)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器品族，得到广泛应用．如图6-1-14为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷定向运动形成．下列说法正确的是( )
A．M点电势比N点电势高
B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量
D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比
【解析】 当正电荷在导体中运动时，运动电荷在洛伦兹力作用下向N板聚集，M板感应出等量的负电荷，所以M点电势比N点电势低，A错误；根据霍尔元件的特点可知，B、C正确；因霍尔电压的公式UH＝k，当保持电流I恒定时，则霍尔电压UH与B成正比，D正确．
【答案】 BCD
9．某同学设计的散热排风控制电路如图6-1-15所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小．控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．下列说法中正确的是( )
图6-1-15
A．环境温度升高时，A点电势升高
B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低
C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高
D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作
【解析】 当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小．则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误．
【答案】 A
10．如图6-1-16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( )
图6-1-16
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】 光敏电阻随光强的增大而减小，故当用光照射电阻R3时，R3的电阻变小；此时R3两端的电压减小，则a点的电势升高，而b点电势不变，故a点电势高于b点电势；选项A正确．
【答案】 A
图6-1-17
11．如图6-1-17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( )
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．应选C.
【答案】 C
图6-1-18
12．(多选)(2014·长沙一中高二检测)如图6-1-18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( )
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
13．(多选)在如图6-1-19甲所示的电路中，RT是半导体热敏电阻，其电阻RT随温度T变化的关系图象如图乙所示，当RT所在处温度升高时，下列关于通过理想电流表的电流I，ab间电压U和电容器电量q的说法正确的是( )
图6-1-19
A．I变大，U变大
B．I变大，U变小
C．U变小，q变小
D．U变大，q变大
【解析】 当RT所在处温度升高时，RT减小，并联部分电阻减小，总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知：干路电流I增大，路端电压U变小，RT和R2并联的电压U并＝E－I总(R1＋r)，I总增大，E、R1、r均不变，则U并减小，通过R2的电流I2减小，通过电流表的电流I＝I总－I2，I总增大，I2减小，则I变大．所以I变大，U变小．根据公式C＝，在电容不变的情况下，电压减小，故带电量Q减小，故BC正确．
【答案】 BC
课件47张PPT。自主学习·基础知识2 传感器的应用
[学习目标] 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．合作探究·重难疑点解题技巧·素养培优应用传感器的实际工作过程中为什么需要放大电路？
【提示】 因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路放大． 1．力传感器的应用——电子秤
(1)组成及敏感元件：由金属梁和________组成，敏感元件是________．
(2)工作
原理应变片应变片(3)作用：应变片将___________这个力学量转换为______这个电学量．物体形变电压2．温度传感器的应用实例103_°C103_°C3.光传感器的应用——火灾报警器
报警器带孔的罩子内装有______________、____________和不透明的挡板． 发光二极管LED发光三极管在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点，为什么测体温时一般不用水银温度计，而用红外线测温仪？
【提示】 用水银温度计，测温时间长，同时又容易引起交叉感染，用红外线测温仪测温速度快，也不需要与人体直接接触，又避免了交叉感染，因此用红外线测温仪较好．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．( )√××预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中学生分组探究一 传感器问题的分析
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．如图6-2-1所示，是测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物体，C为导电液体，把传感器接到图示电路中．已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向左偏转，则导电液体的深度h是如何变化的？并说明电容器的电容的变化2．如图6-2-2所示为光敏电阻自动计数器的示意图，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什么？
图6-2-2【提示】 当光被物体挡住时，R1的电阻增大，电路中的电流减小，R2两端的电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个物体就获得一次低电压，计数一次．第2步结论——自我总结，素能培养
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)敏感元件分析
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．第3步例证——典例印证，思维深化
如图6-2-3所示为普通冰箱内温度控制器的结构．铜质的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，上述材料就构成了一个温度传感器．膜盒3为扁圆形(图中显示为它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接．盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀．测温泡1安装在冰箱的冷藏室中，5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作．弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上，连杆9的下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的．逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力．
图6-2-3 (1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够开始工作，而当达到设定的低温后又自动停止工作？
(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？
【解析】 (1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而当达到设定的低温时弹簧7带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作． (2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故凸轮可以改变设定的温度．
【答案】 见解析第4步巧练——精选习题，落实强化
1．在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后
得到压力F随时间
t变化的图象，则
如图所示的图象中
可能正确的是( ) 【解析】 该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正确．
【答案】 D2．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( )
图6-2-4学生分组探究二 常见传感器的应用实例
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．如图6-2-5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6-2-5【提示】 冷库中温度较低时，导电液体体积较小，此时两电极未与导电液体接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液体受热膨胀，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，导电液体温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作．2．如图6-2-6所示是测定位移x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6-2-6
【提示】 由原理图可知，要测定的位移x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．第2步结论——自我总结，素能培养
1．生活中的传感器
(1)与温度控制相关的家用电器，如电饭煲、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．第3步例证——典例印证，思维深化
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6-2-7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的范围内波动，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．
根据图线解答：
(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______
【答案】 (1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温很快． (2)T6 T7第4步巧练——精选习题，落实强化
1．如图6-2-8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
外线源(红外线源没有画出)．
经实际试验，灯的亮、灭情
况的确能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )图6-2-8A．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
2．(多选)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6-2-9所示电路，其中R0是适当的定值电阻，R是电烙铁．则( )
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自动控制电路的分析及设计技巧
利用传感器将非电学量转化为电学量实现电路的自动控制，我们怎样分析和设计自动控制电路呢？
已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用如图6-2-10所示器材设计一个路灯自动控制电路．图6-2-10
【解析】 控制过程：当有光照射时，A电阻减小，电流增大，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，路灯不工作；当无光照时，同理光电流减小，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，路灯电路接通，路灯开始工作．
电路如图所示．
[先看名师指津]
在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．[再演练应用]
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6-2-11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，高于另一某温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．
图6-2-11【解析】 电路图如图所示，闭合开关S1，当温度低于设计值时热敏电阻阻值，通过电磁继电器电流不能使它工作，S2接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，S2断开，电炉丝断电，停止加热．当温度低于设计值，又重复前述过程．传感器的应用
1．下列器件应用力传感器的是( )
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
【解析】 鼠标器中的敏感元件是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中的敏感元件是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．
【答案】 D
2．(2014·山东潍坊一中期末)办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是( )
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】 自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若用温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能做出错误动作．自动门实际使用的是红外传感器，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，实现自动开门．
【答案】 B
3．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
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】 红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号，走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号，自动洗衣机中的压力传感装置是传感器把压力信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器是传感器把温度信号转换成电信号．
【答案】 A
4．(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图6-2-12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，被直流电流充电．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．当膜片向右运动的过程中，有( )
图6-2-12
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】 由平行板电容器的电容公式C＝可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极板间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线AB中有向左的电流．
【答案】 AC
5．(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图6-2-13所示．M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻．车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报．下列说法正确的是( )
图6-2-13
A．RM随烟雾浓度的增大而增大
B．RM随烟雾浓度的增大而减小
C．若要提高报警灵敏度可增大R
D．若要提高报警灵敏度可减小R
【解析】 S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小．当有烟雾，使传感器电阻变化，即RM变小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B正确．R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化最明显，故C正确，D错误．
【答案】 BC
6．如图6-2-14甲所示是一火警报警装置的一部分电路，其中R2是半导体热敏电阻(传感器)，它的电阻R随温度T变化的关系如图6-2-14乙所示，该电路的输出端a、b接报警器，当传感器所在处出现火情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( )
图6-2-14
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
【解析】 当传感器所在处出现火情时，温度升高，则电阻R2的阻值减小，故外电阻减小，干路电流增大，内电压、R4两端的电压均增大，故a、b两端电压减小；并联电路的电压减小，通过R3的电流减小，而总电流增大，所以R2上通过的电流增大，故选项D正确．
【答案】 D
图6-2-15
7．(2014·陕西交大附中期中)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图6-2-15所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是( )
A．温度传感器 B．压力传感器
C．磁传感器 D．光传感器
【解析】 小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．
【答案】 B
8．通常情况下，电阻的阻值会随温度的变化而改变，利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量较高的温度．如图6-2-16所示，电流表量程为0～25 mA，电源电动势为3 V，内阻不计．R为滑动变阻器，电阻Rt作为温度计的测温传感器．当t≥0 ℃时，Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt＝20＋0.5t(单位为Ω)，先把Rt放入0 ℃环境中，闭合电键S，调节滑动变阻器R，使电流表指针恰好满偏，然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中，发现电流表的示数为15 mA，该环境的温度为________℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，电路消耗的电功率为________W
图6-2-16
【解析】 当温度t＝0 ℃时，Rt＝20 Ω，根据欧姆定律I＝＝25 mA，解得：R＝100 Ω，当电流为15 mA时，代入欧姆定律公式可得：温度t＝160 ℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，Rt＝250 Ω，电路消耗的电功率为：P＝＝0.026 W.
【答案】 160 0.026
图6-2-17
9．如图6-2-17所示，为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流最小；称物体时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把重力值转换成电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A．G＝kL B．G＝kL
C．G＝kL D．G＝kIL
【解析】 设称重物时，在压力作用下使P下滑x，
G＝kx ①滑动变阻器有效电阻R＝R0－R0 ②
全电路用欧姆定律I＝ ③
由①②③得G＝kL.
【答案】 A
10．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图6-2-18甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图6-2-18乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )
图6-2-18
A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃
【解析】 由图乙可知，当R的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R1＝4 kΩ，则由I1＝可得Rg＝0.5 kΩ，当电流I2＝3.6 mA时，由I2＝可得R2＝2 kΩ，结合图乙知此时热敏电阻的温度为120 ℃，故选D.
【答案】 D
图6-2-19
11．一热敏电阻在温度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，如图所示，图6-2-19中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．
【答案】 开始水温较低，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将停止加热，当温度降至80 ℃时，R1变得很大，R2又开始加热，这样可达到控制水温的效果．
12．如图6-2-20甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，图中R0表示该电阻在0 ℃时的电阻值，已知图线的斜率为k.若用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R′串联起来，连接成如图6-2-20乙所示的电路．用该电阻做测温探头，把
电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
图6-2-20
(1)根据图甲，温度为t(t>0 ℃)时电阻R的大小为________．
(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E、R0、R′(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t＝____________________________．
(3)如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，则测量值________15 ℃(填“大于”、“小于”或“等于”)．
【解析】 (1)图象的斜率为k，纵截距为R0，为一次函数，所以图象的表达式为R＝R0＋kt.
(2)根据闭合回路欧姆定律可得：E＝I(R＋R′＋r)，将R＝R0＋kt代入可得t＝.
【答案】 (1)R0＋ kt (2)t＝ (3)小于
课件29张PPT。自主学习·基础知识3 实验：传感器的应用合作探究·重难疑点一、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(0.8 V)的时候，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R1，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．实验探究一 光控电路的分析
如图6-3-3是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，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，使路灯自动开启；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，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．【答案】 见解析
分析有关电磁继电器的问题时，弄清电路结构，知道哪一部分是控制电路，哪一部分是被控制电路是关键．1．如图6-3-4甲所示为斯密特触发器，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)．如图6-3-4乙所示为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中错误的是( )图6-3-4A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号
B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门
C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些
D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光【解析】 斯密特触发器是一种特殊的非门，它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，A项说法错误，B项说法正确．把R1的阻值调大些，只有RG的阻值达到更大，才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6 V)，即天更暗时才能使路灯亮；当输出端Y突然跳到低电平时，发光二极管导通发光，C、D项说法正确．
【答案】 A2．(多选)如图6-3-5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6-3-5A．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实验探究二 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6-3-6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6-3-6【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3．(多选)如图6-3-7是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是( )
图6-3-7A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声【解析】 由于温度升高时，RT变小，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器发声报警，则B项正确而A项错误；又由于RT与R1是串联关系，当R1增大时，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器会发声报警，故C项正确而D项错误．
【答案】 BC4．如图6-3-8所示，1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路．说明这种简单温度自动报警电路的工作原理．
图6-3-8【解析】 当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时，电磁铁吸引衔铁下降使电铃所在电路接通，电铃发声报警；当温度下降后，热敏电阻阻值增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃所在电路断开，电铃不发声．
【答案】 见解析 实验：传感器的应用
1．(多选)如图6-3-9所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
图6-3-9
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6-3-10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6-3-10
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．
【答案】 D
图6-3-11
3．(多选)如图6-3-11所示是一种延时开关．当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则( )
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的S2，延时将变长
【解析】 根据题中所提示的信息，不难发现延时开关的基本工作原理：当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通．这时虽然B线圈的S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生．当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确．如果此时断开B线圈的S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确．
【答案】 BC
4．如图6-3-12所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机的定子，由于家用交流电是单向，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，以下判断正确的是( )
图6-3-12
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
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
5．如图6-3-13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：
图6-3-13
(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6-3-14
6．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6-3-14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________(填“发光的”或“熄灭的”)．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，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 ?
7．(2014·大同高二检测)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，其阻值随温度变化的图线如图6-3-15甲所示，图6-3-15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：
图6-3-15
(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到到最低报警温度时，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】 (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
(3)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，可能是通过线圈的电流太小或线圈匝数太少，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低．
【答案】 (1)a (2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或电流太小或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大
8．如图6-3-16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6-3-16
(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的值大一些，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
第六章 传感器
1传感器及其工作原理
[学习目标] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．
传感器和光敏电阻
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．
有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？
【提示】 这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．
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．(×)
热敏电阻和金属热电阻
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
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)．
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．(√)
霍尔元件
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．d为薄片厚度，k为霍尔系数．一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比．
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．
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.
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．(√)
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
学生分组探究一 传感器的工作原理及分类
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．传感器是起什么作用的元件？
【提示】 传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．
2．夜晚，楼道里漆黑一片．但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥妙是什么？
【提示】 在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关．
第2步结论——自我总结，素能培养
1．传感器的工作原理
→→→→
敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量．
2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比
元件
产生变化的原因
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，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
热敏电阻
对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
霍尔元件
霍尔元件两极间通入恒定的电流，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的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在另两极上形成电压
第3步例证——典例印证，思维深化
如图6-1-3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-Ut关系曲线图．
图6-1-3
将该热敏电阻连入如图6-1-4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-Ut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.
图6-1-4
【思路点拨】 I-U图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小．
【解析】 电阻R1两端的电压为9 V，电阻R1＝250 Ω，故流过R1的电流I1＝＝ A＝0.036 A，所以流过热敏电阻的电流I＝I0－I1＝0.07 A－0.036 A＝0.034 A．由热敏电阻的I-Ut关系图线可知当I＝0.034 A＝34 mA时，Ut＝5.3 V，所以R2＝＝ Ω≈108.8 Ω.
【答案】 5.3 108.8
第4步巧练——精选习题，落实强化
1．(2014·日照高二检测)
图6-1-5
如图6-1-5所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，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】 C
2．(2014·扬州中学高二检测)如图6-1-6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( )
图6-1-6
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
【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，电路中电流减小，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
学生分组探究二 电容式传感器
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．平行板电容器的电容与哪些因素有关？
【提示】 由C＝知平行板电容器的电容与εr、S成正比，与d成反比．
2．电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？
【提示】 极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．
第2步结论——自我总结，素能培养
常见电容式传感器
名称
传感器
原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液体深度h的电容式传感器
导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化．知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道x的变化情况
第3步例证——典例印证，思维深化
图6-1-7
传感器是一种采集信息的重要器件，如图6-1-7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
【思路点拨】 根据C＝和C＝
→→→→
【解析】 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．
第4步巧练——精选习题，落实强化
1．如图6-1-8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位置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6-1-8
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】 压力F作用时，极板间距d变小，由C＝知，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表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
图6-1-9
2．如图6-1-9所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝Asin(100πt)的振动，则( )
A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变
B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变
C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流
D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大
【解析】 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据场强E＝，C＝可判断A错、D对．再由Q＝CU可知，B错．由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错．
【答案】 D
传感器问题中的电路动态分析技巧
分析该类问题时，关键要做到以下四点：
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．
(多选)
图6-1-10
(2014·宿迁高二检测)如图6-1-10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( )
A．电压表的示数增大
B．R2中电流强度增大
C．小灯泡的功率增大
D．电源的路端电压降低
【解析】 当照射光强度增大时，R3减小，则R外减小，由闭合电路欧姆定律I总＝知I总增大，U1＝I总R1增大，A正确．R2两端的电压U2＝E－I总(R1＋r)，知U2减小，则IR2＝将减小，B错误．流过灯泡的电流由IL＝I总－IR2知IL增大，小灯泡的功率增大，C正确．电源的路端电压为U路＝E－I总r，因I总增大，故U路减小，D正确．
【答案】 ACD
——[先看名师指津]——————————————
1．掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电阻的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提．
2．掌握动态直流电路问题的分析程序是解决此类问题的关键．具体如下：
(1)“先阻后流”，即先分析内电阻变化，然后根据闭合电路欧姆定律分析干路电流变化情况；
(2)“先内后外”，即先分析内电压变化，再分析外电压变化；
(3)“先干后支”，即先分析干路再分析并联支路；
(4)“先定后变”，即先分析定值电阻上的电流、电压变化，再分析电阻发生变化的敏感元件上的电流与电压．
——[再演练应用]———————————————
(2014·珠海检测)如图6-1-11是一火灾报警装置的一部分电路示意图，
图6-1-11
其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( )
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
【解析】 当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2电阻减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压Uab＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大，D项对．
【答案】 D
课时作业(十二) 传感器及其工作原理
1．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料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】 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确．传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．
【答案】 B
2．(2015·仙桃八中高二检测)关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
【解析】 传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、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；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．
【答案】 C
3．(多选)(2015·临沂高二检测)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
【解析】 负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高．
【答案】 AC
4．(多选)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )
A．发光二极管 B．热敏电阻
C．霍尔元件 D．干电池
【解析】 热敏电阻可以把温度转化为电学量，霍尔元件可以把磁感应强度转化为电压这个电学量，所以选项B、C正确；发光二极管具有单向导电性，可以发光，但不能做传感器，A错误，干电池是电源，不是传感器，D错误．
【答案】 BC
图6-1-12
5．如图6-1-12所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水换为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
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(用半导体材料制作)，读数变化非常明显
D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
【解析】 若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故欧姆表读数变大且不明显，选项A、B错误．若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，选项C正确、选项D错误．
【答案】 C
6．(多选)如图6-1-13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6-1-13
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
7．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，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．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
【解析】 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作理论上可行，但是假如干手机是由温度、湿度的变化而工作就成了室内烘干机．
【答案】 D
6-1-14
8．(多选)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器品族，得到广泛应用．如图6-1-14为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷定向运动形成．下列说法正确的是( )
A．M点电势比N点电势高
B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量
D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比
【解析】 当正电荷在导体中运动时，运动电荷在洛伦兹力作用下向N板聚集，M板感应出等量的负电荷，所以M点电势比N点电势低，A错误；根据霍尔元件的特点可知，B、C正确；因霍尔电压的公式UH＝k，当保持电流I恒定时，则霍尔电压UH与B成正比，D正确．
【答案】 BCD
9．某同学设计的散热排风控制电路如图6-1-15所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小．控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．下列说法中正确的是( )
图6-1-15
A．环境温度升高时，A点电势升高
B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低
C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高
D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作
【解析】 当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小．则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误．
【答案】 A
10．如图6-1-16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( )
图6-1-16
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】 光敏电阻随光强的增大而减小，故当用光照射电阻R3时，R3的电阻变小；此时R3两端的电压减小，则a点的电势升高，而b点电势不变，故a点电势高于b点电势；选项A正确．
【答案】 A
图6-1-17
11．如图6-1-17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( )
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．应选C.
【答案】 C
图6-1-18
12．(多选)(2014·长沙一中高二检测)如图6-1-18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( )
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
13．(多选)在如图6-1-19甲所示的电路中，RT是半导体热敏电阻，其电阻RT随温度T变化的关系图象如图乙所示，当RT所在处温度升高时，下列关于通过理想电流表的电流I，ab间电压U和电容器电量q的说法正确的是( )
图6-1-19
A．I变大，U变大
B．I变大，U变小
C．U变小，q变小
D．U变大，q变大
【解析】 当RT所在处温度升高时，RT减小，并联部分电阻减小，总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知：干路电流I增大，路端电压U变小，RT和R2并联的电压U并＝E－I总(R1＋r)，I总增大，E、R1、r均不变，则U并减小，通过R2的电流I2减小，通过电流表的电流I＝I总－I2，I总增大，I2减小，则I变大．所以I变大，U变小．根据公式C＝，在电容不变的情况下，电压减小，故带电量Q减小，故BC正确．
【答案】 BC
2传感器的应用
[学习目标] 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．
传感器工作的一般模式
应用传感器的实际工作过程中为什么需要放大电路？
【提示】 因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路放大．
传感器的应用实例
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
―→―→―→
(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，双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断
电饭锅
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约103_°C时，感温铁氧体失去铁磁性，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
3.光传感器的应用——火灾报警器
报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、发光三极管和不透明的挡板．
在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点，为什么测体温时一般不用水银温度计，而用红外线测温仪？
【提示】 用水银温度计，测温时间长，同时又容易引起交叉感染，用红外线测温仪测温速度快，也不需要与人体直接接触，又避免了交叉感染，因此用红外线测温仪较好．
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．(×)
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
学生分组探究一 传感器问题的分析
第1步探究——分层设问，破解疑难
1．如图6-2-1所示，是测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物体，C为导电液体，把传感器接到图示电路中．已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向左偏转，则导电液体的深度h是如何变化的？并说明电容器的电容的变化
图6-2-1
【提示】 增大，增大
2．如图6-2-2所示为光敏电阻自动计数器的示意图，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什么？
图6-2-2
【提示】 当光被物体挡住时，R1的电阻增大，电路中的电流减小，R2两端的电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个物体就获得一次低电压，计数一次．
第2步结论——自我总结，素能培养
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)敏感元件分析
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．
第3步例证——典例印证，思维深化
如图6-2-3所示为普通冰箱内温度控制器的结构．铜质的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，上述材料就构成了一个温度传感器．膜盒3为扁圆形(图中显示为它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接．盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀．测温泡1安装在冰箱的冷藏室中，5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作．弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上，连杆9的下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的．逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力．
图6-2-3
(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够开始工作，而当达到设定的低温后又自动停止工作？
(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？
【解析】 (1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而当达到设定的低温时弹簧7带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．
(2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故凸轮可以改变设定的温度．
【答案】 见解析
第4步巧练——精选习题，落实强化
1．在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则如图所示的图象中可能正确的是( )
【解析】 该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正确．
【答案】 D
2．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( )
图6-2-4
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
学生分组探究二 常见传感器的应用实例
第1步探究——分层设问，破解疑难
图6-2-5
1．如图6-2-5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．
【提示】 冷库中温度较低时，导电液体体积较小，此时两电极未与导电液体接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液体受热膨胀，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，导电液体温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作．
图6-2-6
2．如图6-2-6所示是测定位移x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？
【提示】 由原理图可知，要测定的位移x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．
第2步结论——自我总结，素能培养
1．生活中的传感器
(1)与温度控制相关的家用电器，如电饭煲、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．
第3步例证——典例印证，思维深化
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6-2-7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的范围内波动，易损坏衣物．
图6-2-7
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．
根据图线解答：
(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______【解析】 由图知，PTC元件在T0～T6温度内，电阻随温度升高而减小，在电源电压一定时电功率增大，故升温快；当温度超过T6时，电阻随温度升高迅速增大，电功率减小，当发热功率小于散热功率时，温度不升反降，直到发热功率等于散热功率时，温度可保持在一定的范围内不变，即可控制在T6～T7范围之内．
【答案】 (1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温很快． (2)T6 T7
第4步巧练——精选习题，落实强化
图6-2-8
1．如图6-2-8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源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况及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
【解析】 当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压UR2＝U并＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝减小．所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D对．
【答案】 D
图6-2-9
2．(多选)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6-2-9所示电路，其中R0是适当的定值电阻，R是电烙铁．则( )
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
自动控制电路的分析及设计技巧
利用传感器将非电学量转化为电学量实现电路的自动控制，我们怎样分析和设计自动控制电路呢？
已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用如图6-2-10所示器材设计一个路灯自动控制电路．
图6-2-10
【解析】 控制过程：当有光照射时，A电阻减小，电流增大，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，路灯不工作；当无光照时，同理光电流减小，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，路灯电路接通，路灯开始工作．
电路如图所示．
【答案】 见解析
——[先看名师指津]——————————————
在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．
——[再演练应用]———————————————
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6-2-11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，高于另一某温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．
图6-2-11
【解析】 电路图如图所示，闭合开关S1，当温度低于设计值时热敏电阻阻值，通过电磁继电器电流不能使它工作，S2接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，S2断开，电炉丝断电，停止加热．当温度低于设计值，又重复前述过程．
【答案】 见解析
课时作业(十三) 传感器的应用
1．下列器件应用力传感器的是( )
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
【解析】 鼠标器中的敏感元件是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中的敏感元件是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．
【答案】 D
2．(2014·山东潍坊一中期末)办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是( )
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】 自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若用温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能做出错误动作．自动门实际使用的是红外传感器，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，实现自动开门．
【答案】 B
3．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
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】 红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号，走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号，自动洗衣机中的压力传感装置是传感器把压力信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器是传感器把温度信号转换成电信号．
【答案】 A
4．(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图6-2-12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，被直流电流充电．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．当膜片向右运动的过程中，有( )
图6-2-12
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】 由平行板电容器的电容公式C＝可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极板间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线AB中有向左的电流．
【答案】 AC
5．(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图6-2-13所示．M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻．车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报．下列说法正确的是( )
图6-2-13
A．RM随烟雾浓度的增大而增大
B．RM随烟雾浓度的增大而减小
C．若要提高报警灵敏度可增大R
D．若要提高报警灵敏度可减小R
【解析】 S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小．当有烟雾，使传感器电阻变化，即RM变小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B正确．R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化最明显，故C正确，D错误．
【答案】 BC
6．如图6-2-14甲所示是一火警报警装置的一部分电路，其中R2是半导体热敏电阻(传感器)，它的电阻R随温度T变化的关系如图6-2-14乙所示，该电路的输出端a、b接报警器，当传感器所在处出现火情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( )
图6-2-14
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
【解析】 当传感器所在处出现火情时，温度升高，则电阻R2的阻值减小，故外电阻减小，干路电流增大，内电压、R4两端的电压均增大，故a、b两端电压减小；并联电路的电压减小，通过R3的电流减小，而总电流增大，所以R2上通过的电流增大，故选项D正确．
【答案】 D
图6-2-15
7．(2014·陕西交大附中期中)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图6-2-15所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是( )
A．温度传感器 B．压力传感器
C．磁传感器 D．光传感器
【解析】 小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．
【答案】 B
8．通常情况下，电阻的阻值会随温度的变化而改变，利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量较高的温度．如图6-2-16所示，电流表量程为0～25 mA，电源电动势为3 V，内阻不计．R为滑动变阻器，电阻Rt作为温度计的测温传感器．当t≥0 ℃时，Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt＝20＋0.5t(单位为Ω)，先把Rt放入0 ℃环境中，闭合电键S，调节滑动变阻器R，使电流表指针恰好满偏，然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中，发现电流表的示数为15 mA，该环境的温度为________℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，电路消耗的电功率为________W
图6-2-16
【解析】 当温度t＝0 ℃时，Rt＝20 Ω，根据欧姆定律I＝＝25 mA，解得：R＝100 Ω，当电流为15 mA时，代入欧姆定律公式可得：温度t＝160 ℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，Rt＝250 Ω，电路消耗的电功率为：P＝＝0.026 W.
【答案】 160 0.026
图6-2-17
9．如图6-2-17所示，为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流最小；称物体时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把重力值转换成电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A．G＝kL B．G＝kL
C．G＝kL D．G＝kIL
【解析】 设称重物时，在压力作用下使P下滑x，
G＝kx ①滑动变阻器有效电阻R＝R0－R0 ②
全电路用欧姆定律I＝ ③
由①②③得G＝kL.
【答案】 A
10．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图6-2-18甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图6-2-18乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )
图6-2-18
A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃
【解析】 由图乙可知，当R的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R1＝4 kΩ，则由I1＝可得Rg＝0.5 kΩ，当电流I2＝3.6 mA时，由I2＝可得R2＝2 kΩ，结合图乙知此时热敏电阻的温度为120 ℃，故选D.
【答案】 D
图6-2-19
11．一热敏电阻在温度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，如图所示，图6-2-19中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．
【答案】 开始水温较低，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将停止加热，当温度降至80 ℃时，R1变得很大，R2又开始加热，这样可达到控制水温的效果．
12．如图6-2-20甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，图中R0表示该电阻在0 ℃时的电阻值，已知图线的斜率为k.若用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R′串联起来，连接成如图6-2-20乙所示的电路．用该电阻做测温探头，把
电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
图6-2-20
(1)根据图甲，温度为t(t>0 ℃)时电阻R的大小为________．
(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E、R0、R′(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t＝____________________________．
(3)如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，则测量值________15 ℃(填“大于”、“小于”或“等于”)．
【解析】 (1)图象的斜率为k，纵截距为R0，为一次函数，所以图象的表达式为R＝R0＋kt.
(2)根据闭合回路欧姆定律可得：E＝I(R＋R′＋r)，将R＝R0＋kt代入可得t＝.
【答案】 (1)R0＋ kt (2)t＝ (3)小于
3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(0.8 V)的时候，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R1，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．
实验探究一 光控电路的分析
如图6-3-3是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，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，使路灯自动开启；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，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．
【答案】 见解析
分析有关电磁继电器的问题时，弄清电路结构，知道哪一部分是控制电路，哪一部分是被控制电路是关键．
1．如图6-3-4甲所示为斯密特触发器，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)．如图6-3-4乙所示为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中错误的是( )
图6-3-4
A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号
B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门
C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些
D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光
【解析】 斯密特触发器是一种特殊的非门，它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，A项说法错误，B项说法正确．把R1的阻值调大些，只有RG的阻值达到更大，才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6 V)，即天更暗时才能使路灯亮；当输出端Y突然跳到低电平时，发光二极管导通发光，C、D项说法正确．
【答案】 A
2．(多选)如图6-3-5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6-3-5
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
实验探究二 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6-3-6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6-3-6
【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
3．(多选)如图6-3-7是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是( )
图6-3-7
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
【解析】 由于温度升高时，RT变小，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器发声报警，则B项正确而A项错误；又由于RT与R1是串联关系，当R1增大时，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器会发声报警，故C项正确而D项错误．
【答案】 BC
4．如图6-3-8所示，1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路．说明这种简单温度自动报警电路的工作原理．
图6-3-8
【解析】 当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时，电磁铁吸引衔铁下降使电铃所在电路接通，电铃发声报警；当温度下降后，热敏电阻阻值增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃所在电路断开，电铃不发声．
【答案】 见解析
课时作业(十四) 实验：传感器的应用
1．(多选)如图6-3-9所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
图6-3-9
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6-3-10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6-3-10
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．
【答案】 D
图6-3-11
3．(多选)如图6-3-11所示是一种延时开关．当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．则( )
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的S2，延时将变长
【解析】 根据题中所提示的信息，不难发现延时开关的基本工作原理：当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通．这时虽然B线圈的S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生．当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确．如果此时断开B线圈的S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确．
【答案】 BC
4．如图6-3-12所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机的定子，由于家用交流电是单向，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，以下判断正确的是( )
图6-3-12
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
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
5．如图6-3-13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：
图6-3-13
(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6-3-14
6．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6-3-14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________(填“发光的”或“熄灭的”)．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，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 ?
7．(2014·大同高二检测)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，其阻值随温度变化的图线如图6-3-15甲所示，图6-3-15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：
图6-3-15
(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到到最低报警温度时，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】 (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
(3)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，可能是通过线圈的电流太小或线圈匝数太少，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低．
【答案】 (1)a (2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或电流太小或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大
8．如图6-3-16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6-3-16
(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的值大一些，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
章末复习提升课(六)
———[先总揽全局]————————————————————————————[再填写关键]————
,①电学
②温度
③光
④磁电
⑤电子秤
⑥话筒
⑦电熨斗
⑧温度报警器
⑨光控
⑩火灾
传感器及常见敏感元件
1.传感器
传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件．
原理如下所示：
2．光敏电阻
光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量．
3．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．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．
热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)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．金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量．
4．电容器
平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．
5．霍尔元件
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，霍尔电压UH＝.
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6-1乙(a)和(b)两个电路中应选择的是_________；
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)
图6-1
(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.
图6-2
(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．
【解析】 (1)由于I-U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)．
(2)由图2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＝ 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，一热敏电阻RT放在控温容器M内；?为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的值．
图6-3
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空：
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________．
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
【解析】 由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，而且热敏电阻RT的阻值在95 ℃和20 ℃时是已知的，所以如果热敏电阻的初始温度为95 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持550 Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻．
【答案】 (1)实验原理电路图如图所示
(2)④电阻箱的读数R0
⑤仍为I0 电阻箱的读数R1
⑥R0－R1＋150 Ω
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
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(如夜晚)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，夜晚打开．电磁开关的内部结构如图6-4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.
图6-4
(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
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)电路原理如图所示．
(2)①由题意知：U＝IR＝0.1 A×200 Ω＝20 V；
R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大，即Imax＝，解得Rmin＝160 Ω；
R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小，即Imin＝，解得Rmax＝520 Ω.
故保护电阻R2的阻值范围为160～520 Ω.
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机(电磁打点计时器、电铃等合理答案均可)．
【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，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开 ③见解析
2．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在图6-5甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
(2)如图6-5乙所示，当1、2两端加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
图6-5
提供的器材如下：
光敏电阻Rp(符号，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干．
【解析】 (1)描绘图线应注意：图线应用平滑曲线，连接图线为曲线且非线性变化．
(2)根据串联电阻的分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻两端电压UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1.
【答案】 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如下图所示：
光敏电阻的阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．
(2)电路原理图如下图所示．
综合测评(三)
命题报告
知识点
简单
中等
较难
传感器及其工作原理
1、2、5
9、10
传感器的应用
3、4、6、7
8、11
15、16
实验：传感器的应用
12、13、14
时间：60分钟 满分：100分
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分．选不全的得3分，有选错或不答的不得分)
1．(多选)(2014·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
2．(多选)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
3．2007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】 本题考查了基本物理知识．热敏电阻可应用于温度测控装置中，A说法正确；光敏电阻是将光信号转换为电信号的传感器，B说法正确；电阻丝中通过电流时会产生热效应，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．
【答案】 D
4．某仪器内部电路如图1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三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法正确的是( )
图1
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、乙两灯均不亮
【解析】 汽车匀速时，a、b、c金属片不接触，所以甲、乙灯都不亮；当加速前进时，M受合外力向右，故b向后运动与a接触，乙灯亮；同理当刹车时，b向前运动与c接触，甲灯亮，故选B.
【答案】 B
5．(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2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( )
图2
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】 一般定值电阻的阻值不会随光照强度或温度的变化而变化太大；对于热敏电阻来说，热敏电阻的阻值会随温度的升高而逐渐变小，它对温度的反应是十分灵敏的；对于光敏电阻来说，它的阻值随光照强度的变化而变化，当光照强度增强时光敏电阻的电阻值会随之而减小．本题是采用用黑纸包裹和放入热水中两个条件来改变电阻周围的环境的．不管放入热水中还是用黑纸包裹，一般电阻的阻值都不会发生太大变化；若电阻是光敏电阻，则当用黑纸包裹电阻时欧姆表的示数会有明显的改变；而当电阻是热敏电阻时，当把电阻放在热水中时，电阻值会发生明显的变化．所以本题答案是A、C.
【答案】 AC
6．(多选)如图3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3
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
7．(2014·上饶四校联考)如图4是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是( )
图4
A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
【解析】 由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错、B对；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C对；利用双金属片热胀冷缩是控制电路的通断，D对．
【答案】 A
8．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图5所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是( )
图5
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
【解析】 当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，由P＝知灭蚊器的热功率P逐渐增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，电热功率等于散热功率，即达到保温．当t＜t3，P＞P′，使温度自动升高到t3；当t>t3，P【答案】 D
图6
9．传感器是一种采集信息的重要器件．如图6所示为测定压力的电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现已知该电容式传感器充电完毕且电荷量不变，将它与静电计相连，如图所示．当待测压力增大时( )
A．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将增大
B．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将减小
C．电容器的电容将减小，静电计指针偏角将减小
D．电容器的电容将不变，静电计指针偏角不变
【解析】 本题考查电容器、传感器等有关知识当压力增大时，平行板间距d减小，根据C＝可知，电容器的电容增大，电容器所带电荷量Q不变，根据C＝可知，电压减小，则静电计指针偏角减小，B正确．
【答案】 B
10．(多选)振弦型频率传感器的结构如图7所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的振动频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．下列说法正确的是( )
图7
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．膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高
D．膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高
【解析】 当铁块靠近磁铁时，铁块被磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可知，感生电流的磁场方向应与原磁场变化方向相反，因此b端电势比a端电势高，选项B正确；膜上压力越小时，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．
【答案】 BC
二、填空题(本题共3小题，共20分，把答案填在题中的横线上)
11．(6分)广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器，是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的．在图8甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略；G为内阻不计的灵敏电流表；R0为保护电阻；R为热敏电阻，其电阻值与温度变化关系如图8乙的R-t图象所示．则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R＝________；闭合开关S，当R的温度等于40 ℃时，电流表示数I1＝2.25 mA，则当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是________℃.
图8
【解析】 根据图乙直线的特点求出热敏电阻R与摄氏温度t的关系，设R＝kt＋b，根据t＝0时，R＝4.25 kΩ(此处易误读为R＝4.5 kΩ，要小心)，得b＝4.25 kΩ，再根据t＝120 ℃时，R＝2 kΩ，得k＝＝－0.01875，所以得R与t的关系为R＝－1.875×10－2 t＋4.25.
由图甲，有E＝I(R＋R0)，由图乙读出，当t＝40 ℃时，R＝3.5 kΩ，代入得9＝2.25×(3.5＋R0)，可求出R0＝0.5 kΩ，又有9＝3.6×(0.5＋R)，解得R＝2 kΩ，查题图乙得t＝120 ℃.
【答案】 －1.875×10－2 t＋4.25 120
12．(6分)如图9(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图9(b)中电脑屏幕所示．
图9
(1)图(a)中的传感器为________传感器；
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填“a”“b”或“c”)；
(3)如增大小球在斜槽上的高度，在图(b)中大致画出小球能过凸形桥甲时的压力图线．
【解析】 (1)该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；(2)小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的图线应是电脑屏幕上的c；(3)增大小球在斜槽上的高度，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点应更低一些．
【答案】 (1)力电 (2)c (3)图略，图线与c相比较，最低点更低一些
13．(8分)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧．现在用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧．在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干．
臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图10所示．设计一个满足上述要求电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B.(电路图画在方框内)
图10
【解析】 臭氧发生器正常工作时电流I＝ A＝24×10－4 A＝2.4 mA.R1允许通过的最大电流为3 mA，所以用R1与P串联，由于滑动变阻器值R2远小于P的电阻，所以采用滑动变阻器分压式接法．电路如图所示．
【答案】 见解析
三、计算题(本题共3小题，共30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)
14．(8分)用煤气烧水时，如果水开了，不及时关掉煤气，时间长了，会发生火灾，请设计一报警器，水开时，能及时报警，
提醒主人及时关掉煤气？
【解析】 如图所示，当t上升到一定温度时，Rt变得较小，AB间电压变得较大，使蜂鸣器D工作报警．
【答案】 见解析
图11
15．(10分)在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω，结构如图11所示，当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号，成为航天器的制导信号源，已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式．
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．
【解析】 (1)由圆周运动规律知kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)
即kx－mω2x＝mω2l0，所以x＝.
(2)由串联电路的规律知U＝E＝.
【答案】 (1)x＝
(2)U＝
16．(12分)图12(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12(乙)所示．
图12
(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
附加题(本题供学生拓展学习，不计入试卷总分)
17．如图13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．
图13
(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，在图的基础上完成改进后的电路原理图，并得出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式．
【解析】 (1)由胡克定律知mg＝kx，R连入电路中的有效电阻Rx＝·x＝，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝，则Ux＝I·Rx＝.
(2)改进后的电路图如图所示，电路电流I′＝，电压表示数Ux＝I′Rx＝··＝.
【答案】 (1) (2)
选修3－2
模块综合测评(一)
(这是边文，请据需要手工删加)
模块综合测评(一) 学业水平测试卷
(时间：90分钟 满分：100分)
命题报告
知识点
简单
中等
较难
电磁感应现象及应用
2、3、5、10
交变电流、变压器
1、6、7、8
11、14
15
传感器及应用
4、9
12、13
综合应用
16
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分．选不全的得3分，有选错或不答的不得分)
1．(多选)如图所示的线圈中产生了交变电流的是( )
【解析】 线圈绕垂直于磁场的轴转动，磁通量发生变化，才能产生交变电流，选项B、C、D均符合要求，选项A中线圈绕平行于磁场方向的轴转动，磁通量恒为零不发生变化．故不产生交变电流．
【答案】 BCD
2．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备．下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理( )
A．电磁炉 B．白炽灯泡
C．磁带录音机 D．日光灯镇流器
【解析】 电磁炉是利用交变电流产生磁场，交变磁场在锅体内产生涡流，从而对食物加热；磁带录音机录音时，声音引起振动，产生感应电流，放音时，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流；日光灯?课件36张PPT。链接高考·专题突破章末复习提升课[先总揽全局] [再填写关键]
①电学
②温度
③光
④磁电
⑤电子秤
⑥话筒
⑦电熨斗⑧温度报警器
⑨光控
⑩火灾
1.传感器
传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件．
原理如下所示：2．光敏电阻
光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量．
3．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．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)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．金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量．4．电容器
平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．
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6-1乙(a)和(b)两个电路中应选择的是_________；
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)图6-1 (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.
图6-2
(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．1．如图6-3所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；?为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个
温度下RT的值．
图6-3 (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空：
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________．
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
【解析】 由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，而且热敏电阻RT的阻值在95 ℃和20 ℃时是已知的，所以如果热敏电阻的初始温度为95 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持550 Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻． 【答案】 (1)实验原理电路图如图所示
(2)④电阻箱的读数R0
⑤仍为I0 电阻箱的读数R1
⑥R0－R1＋150 Ω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：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(如夜晚)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，夜晚打开．电磁开关的内部结构如图6-4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.
图6-4 (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 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)电路原理如图所示． 【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，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开 ③见解析2．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：(1)根据表中数据，请在图6-5甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
(2)如图6-5乙所示，当1、2两端加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：
光敏电阻Rp(符号 ，阻值见上表)；
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干．
【答案】 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如下图所示：光敏电阻的阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．
(2)电路原理图如下图所示．第六章传感器
命题报告
知识点
简单
中等
较难
传感器及其工作原理
1、2、5
9、10
传感器的应用
3、4、6、7
8、11
15、16
实验：传感器的应用
12、13、14
时间：60分钟 满分：100分
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分．选不全的得3分，有选错或不答的不得分)
1．(多选)(2014·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
2．(多选)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
3．2007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】 本题考查了基本物理知识．热敏电阻可应用于温度测控装置中，A说法正确；光敏电阻是将光信号转换为电信号的传感器，B说法正确；电阻丝中通过电流时会产生热效应，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．
【答案】 D
4．某仪器内部电路如图1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三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法正确的是( )
图1
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、乙两灯均不亮
【解析】 汽车匀速时，a、b、c金属片不接触，所以甲、乙灯都不亮；当加速前进时，M受合外力向右，故b向后运动与a接触，乙灯亮；同理当刹车时，b向前运动与c接触，甲灯亮，故选B.
【答案】 B
5．(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2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( )
图2
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】 一般定值电阻的阻值不会随光照强度或温度的变化而变化太大；对于热敏电阻来说，热敏电阻的阻值会随温度的升高而逐渐变小，它对温度的反应是十分灵敏的；对于光敏电阻来说，它的阻值随光照强度的变化而变化，当光照强度增强时光敏电阻的电阻值会随之而减小．本题是采用用黑纸包裹和放入热水中两个条件来改变电阻周围的环境的．不管放入热水中还是用黑纸包裹，一般电阻的阻值都不会发生太大变化；若电阻是光敏电阻，则当用黑纸包裹电阻时欧姆表的示数会有明显的改变；而当电阻是热敏电阻时，当把电阻放在热水中时，电阻值会发生明显的变化．所以本题答案是A、C.
【答案】 AC
6．(多选)如图3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3
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
7．(2014·上饶四校联考)如图4是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是( )
图4
A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
【解析】 由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错、B对；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C对；利用双金属片热胀冷缩是控制电路的通断，D对．
【答案】 A
8．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图5所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是( )
图5
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
【解析】 当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，由P＝知灭蚊器的热功率P逐渐增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，电热功率等于散热功率，即达到保温．当t＜t3，P＞P′，使温度自动升高到t3；当t>t3，P【答案】 D
图6
9．传感器是一种采集信息的重要器件．如图6所示为测定压力的电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现已知该电容式传感器充电完毕且电荷量不变，将它与静电计相连，如图所示．当待测压力增大时( )
A．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将增大
B．电容器的电容将增大，静电计指针偏角将减小
C．电容器的电容将减小，静电计指针偏角将减小
D．电容器的电容将不变，静电计指针偏角不变
【解析】 本题考查电容器、传感器等有关知识当压力增大时，平行板间距d减小，根据C＝可知，电容器的电容增大，电容器所带电荷量Q不变，根据C＝可知，电压减小，则静电计指针偏角减小，B正确．
【答案】 B
10．(多选)振弦型频率传感器的结构如图7所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的振动频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．下列说法正确的是( )
图7
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．膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高
D．膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高
【解析】 当铁块靠近磁铁时，铁块被磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可知，感生电流的磁场方向应与原磁场变化方向相反，因此b端电势比a端电势高，选项B正确；膜上压力越小时，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．
【答案】 BC
二、填空题(本题共3小题，共20分，把答案填在题中的横线上)
11．(6分)广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器，是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的．在图8甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略；G为内阻不计的灵敏电流表；R0为保护电阻；R为热敏电阻，其电阻值与温度变化关系如图8乙的R-t图象所示．则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R＝________；闭合开关S，当R的温度等于40 ℃时，电流表示数I1＝2.25 mA，则当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是________℃.
图8
【解析】 根据图乙直线的特点求出热敏电阻R与摄氏温度t的关系，设R＝kt＋b，根据t＝0时，R＝4.25 kΩ(此处易误读为R＝4.5 kΩ，要小心)，得b＝4.25 kΩ，再根据t＝120 ℃时，R＝2 kΩ，得k＝＝－0.01875，所以得R与t的关系为R＝－1.875×10－2 t＋4.25.
由图甲，有E＝I(R＋R0)，由图乙读出，当t＝40 ℃时，R＝3.5 kΩ，代入得9＝2.25×(3.5＋R0)，可求出R0＝0.5 kΩ，又有9＝3.6×(0.5＋R)，解得R＝2 kΩ，查题图乙得t＝120 ℃.
【答案】 －1.875×10－2 t＋4.25 120
12．(6分)如图9(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图9(b)中电脑屏幕所示．
图9
(1)图(a)中的传感器为________传感器；
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填“a”“b”或“c”)；
(3)如增大小球在斜槽上的高度，在图(b)中大致画出小球能过凸形桥甲时的压力图线．
【解析】 (1)该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；(2)小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的图线应是电脑屏幕上的c；(3)增大小球在斜槽上的高度，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点应更低一些．
【答案】 (1)力电 (2)c (3)图略，图线与c相比较，最低点更低一些
13．(8分)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧．现在用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧．在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1000 Ω，允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω，允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干．
臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图10所示．设计一个满足上述要求电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B.(电路图画在方框内)
图10
【解析】 臭氧发生器正常工作时电流I＝ A＝24×10－4 A＝2.4 mA.R1允许通过的最大电流为3 mA，所以用R1与P串联，由于滑动变阻器值R2远小于P的电阻，所以采用滑动变阻器分压式接法．电路如图所示．
【答案】 见解析
三、计算题(本题共3小题，共30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)
14．(8分)用煤气烧水时，如果水开了，不及时关掉煤气，时间长了，会发生火灾，请设计一报警器，水开时，能及时报警，
提醒主人及时关掉煤气？
【解析】 如图所示，当t上升到一定温度时，Rt变得较小，AB间电压变得较大，使蜂鸣器D工作报警．
【答案】 见解析
图11
15．(10分)在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω，结构如图11所示，当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号，成为航天器的制导信号源，已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式．
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．
【解析】 (1)由圆周运动规律知kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)
即kx－mω2x＝mω2l0，所以x＝.
(2)由串联电路的规律知U＝E＝.
【答案】 (1)x＝
(2)U＝
16．(12分)图12(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12(乙)所示．
图12
(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
附加题(本题供学生拓展学习，不计入试卷总分)
17．如图13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．
图13
(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，在图的基础上完成改进后的电路原理图，并得出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式．
【解析】 (1)由胡克定律知mg＝kx，R连入电路中的有效电阻Rx＝·x＝，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝，则Ux＝I·Rx＝.
(2)改进后的电路图如图所示，电路电流I′＝，电压表示数Ux＝I′Rx＝··＝.
【答案】 (1) (2)
