第五章 1
基础达标练
1．(2024·湖北荆州高二期末)关于下列四种传感器的说法中正确的是( )
甲：装有酒精气体传感 乙：监测水中悬浮颗粒污
器的酒驾检测仪 染程度的监测器
丙：自动门上的传感器 丁：测量血压的压力传感器
A．酒精气体传感器主要由感应器、压力传感器、电阻、电容等组成的
B．监测水中悬浮颗粒污染程度的监测器是利用热敏电阻和压力传感器制造而成的
C．自动门上的传感器，能探测到较远距离的人体发出的微弱红光
D．测量血压的压力传感器是把压力信号转化为光信号的一种装置
答案：A
解析：酒精气体传感器主要由感应器、压力传感器、电阻、电容等组成的，故A正确；监测水中悬浮颗粒污染程度的监测器是利用光敏电阻制造而成的，故B错误；自动门上的传感器是一种红外线传感器，能探测到较远距离的人体发出的微弱红外线，故C错误；测量血压的压力传感器是把压力信号转化为电信号的一种装置，故D错误。
2．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．可见光 D．红外线
答案：D
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。
3．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”使用的传感器的说法中正确的是
( )
A．力传感器
B．光传感器
C．温度传感器
D．声音传感器
答案：B
解析：遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，故选项B正确，选项A、C、D错误。
4．(多选)目前智能手机普遍采用了电容式触摸屏。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式触摸屏时，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。对于电容式触摸屏，下列说法正确的是( )
A．电容式触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号
B．使用绝缘笔在电容式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式触摸屏时，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，A正确；绝缘笔与工作面不能形成电容器，所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作，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，C错误；手指与屏的接触面积变大时，根据C＝可知，电容变大，D正确。
5．(2024·四川资阳高二期中)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是( )
A．电压表的示数变大，电流表的示数变小
B．电压表的示数变小，电流表的示数变小
C．酒精气体浓度越大，R0的功率越小
D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变
答案：D
解析：当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器的电阻R减小，电路的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律I＝，可知总电流变大，电流表的示数变大，电阻R0以及内阻r上的电压变大，则R上的电压减小，可知电压表示数变小，故A、B错误；R0的功率为P＝I2R0，酒精气体浓度越大，电阻R越小，电路总电流I越大，R0的功率越大，故C错误；根据闭合电路的欧姆定律可知电压表示数为U＝E－I(R0＋r)，电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比为＝R0＋r，即电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变，故D正确。
能力提升练
6．(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
答案：BC
解析：增大电压U，为保护负载，则磁敏电阻两端需要分压，即电压增大，则磁敏电阻的阻值增大，根据甲图可知磁感应强度增大，所以通过线圈的电流增大，根据P＝UI，可知电路的总功率P变大，故A错误，B正确；抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，故磁敏电阻的阻值变小，则磁敏电阻两端的电压变小，而U不变，所以负载两端电压变大，故C正确，D错误。
7．(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
答案：BC
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，A错误，B正确；由题意可知，有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，C正确，D错误。
8．(2024·山东青岛高二期末)如图，是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2部分插在线圈3中，并且可以随着物体1在线圈中左右平移。要能够准确反映出物体1的左右位置变化，那么应该在a、b间连接的是( )
A．在a、b间串接干电池和灵敏电流计
B．在a、b间接灵敏电流计
C．在a、b间串接交流电源和灵敏电流计
D．在a、b间电压表
答案：C
解析：根据题意可知，软铁芯2随着物体1向左平移，可以使线圈3的自感系数增大，同理软铁芯2随着物体1向右平移，可以使线圈3的自感系数减小，这一变化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到了被测物体位移的变化，则应将线圈3与灵敏电流计串联后与交流电源相连，线圈自感系数的变化将使它对交变电流的感抗发生变化，从而引起电路中电流的变化，再由灵敏电流计显现出来，故C正确。
9．如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。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。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。
(1)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_________(填“增大”或“减小”)。
(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？
答案：(1)c、d 减小 (2)见解析
解析：(1)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。当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，油量减少时，电压表的示数将减小。
(2)①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大。
②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电压表的示数增大；油量减少时，R增大，电压表的示数减小。
10．如图所示的装置可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、航天器等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，自由长度为l，电源的电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀。系统静止时滑片P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数关系式。
答案：U＝
解析：设弹簧伸长x，则kx＝mω2(l＋x)，
所以x＝。
因为滑动变阻器的电阻分布均匀，
所以U＝E＝，所以U＝。
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第五章 传感器
1．认识传感器
目标体系构建
1．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
2．了解传感器在生产生活中的应用。
3．深入认识物理学对现代生活和科技发展的促进作用。
1．物理观念：了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。
2．科学思维：知道常见传感器的作用，会分析其工作原理。
课前预习反馈
知识点 1
1．传感器的应用实例
(1)楼道的灯安装了“_____________”开关。这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。
(2)自动门装有一种装置，这种装置就是_______________。
(3)酒精检测仪上装有“_____________”，它能感知乙醇的浓度。
2．传感器：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便于传送和处理的___________输出的一类器件或装置。
神奇的传感器
声控—光控
红外线传感器
乙醇传感器
被测量
可用信号
3．非电学量转换为电学量的意义：把___________转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的_______，可以很方便地进行测量、传输、处理和_______。
『判一判』
(1)传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。( )
(2)传感器担负着信息采集的任务，它常常是将电学量转化为力学量。( )
(3)敏感元件是指能直接感受或响应外界被测电学量的部分。( )
(4)话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。( )
√
×
×
√
非电学量
通断
控制
知识点 2
1．物理传感器
根据物质的___________或___________制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等。
2．化学传感器
利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为_________，如离子传感器、气体传感器等。
3．生物传感器
利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、_________传感器、_______传感器等。
传感器的种类
物理特性
物理效应
电信号
微生物
细胞
『选一选』
(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断
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进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器
答案：AC
解析：根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确，B错误；电磁感应是一种现象，既不是器件，也不是装置，不能称为传感器，D错误。
『想一想』
晚上上楼时，随着发出的脚步声响，楼梯灯亮了；登上一层楼，灯光照亮一层楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能“听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，其中的原因是什么呢？
答案：见解析
解析：电路中安装了光声控延时开关，光声控延时开关中安装有光敏感元件，用于感知外界光线的强弱。还安装有声敏感元件，用于感知外界声响。当白天外界光线较强时，光声控延时开关总处于断开状态，灯不亮；当夜晚光线较弱且有声响时，光声控延时开关处于导通状态，灯亮，延时一段时间后，开关断开，灯熄灭。
知识点 3
1．传感器的基本部分：由___________、___________组成。
2．传感器原理：传感器感受的通常是___________，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是_________，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_______后，再送给_______系统产生各种控制动作。
传感器的组成与应用模式
敏感元件
转换元件
非电学量
电学量
放大
控制
敏感
转换
信号
转换
课内互动探究
探究?
神奇的传感器
1．传感器的作用：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用的输出信息的器件和装置，叫作传感器。传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”。
2．传感器的分类
(1)按工作原理分：电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
要|点|提|炼
(2)按感受物理量分：力、速度、位移、温度、流量、烟雾等传感器。
(3)按输出信号分：开关型、模拟型、数字型传感器。
(4)根据检测量的不同，可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
1．某同学拟设计一个汽车超载自动报警装置，以更好地保障道路交通安全。该同学应选择的传感器是( )
A．湿度传感器 B．压力传感器
C．声音传感器 D．气体传感器
答案：B
解析：汽车超载自动报警装置与电子秤的工作原理类似，当其受到压力的作用时，会显示相应的压力值大小，当示数超过规定的压力值时，会触发报警装置报警，所以应用的是压力传感器，选项B正确。
典|例|剖|析
(2024·江苏扬州中学期中)现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为( )
A．光传感器和位移传感器
B．磁传感器和温度传感器
C．磁传感器和声传感器
D．压力传感器和加速度传感器
答案：A
对点训练
解析：当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了手机距离人体的距离，并且耳朵可能挡住了部分光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有发生磁场的变化，也没有产生特别的压力，B、C、D错误。
探究?
传感器的组成及工作过程
1．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。
要|点|提|炼
(3)转换电路
是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
2．工作过程
2．关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是( )
A．物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求
典|例|剖|析
答案：D
解析：不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错误；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。
传感器问题的三点注意
(1)不同的传感器的原理不同，但都是通过敏感元件和转换元件把非电学量的变化转变为电学量的变化。
(2)传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路
通断等，不一定是电压。
(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分并不一定就是一个完整的传感器。
目前许多手机都有指纹解锁功能，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫作“脊”，凹下部分叫作“谷”，传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和与之正对的皮肤表面就形成了大量的小电容器，由于距离不同，所以这些小电容器的电容不同。此时传感器给所有的小电容器充电达到某一电压值，然后开始放电，其中电容值较小的小电容器放电较快，于是根据放电快慢的不同，就可以探测到脊和谷的位置，从而形成指纹的图像数据。根据以上信息，下列说法中正确的是( )
对点训练
A．在谷处形成的小电容器电容较大
B．在谷处形成的小电容器放电较慢
C．在脊处形成的小电容器充电后带电荷量较大
D．潮湿的手指对指纹识别没有任何影响
答案：C
课堂小结
核心素养提升
声传感器——电容式话筒
1．话筒
把声音信号转换成电信号的传感器。
2．结构组成
如图所示为电容式话筒的组成结构示意图。
话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层。膜后相距
几十微米有一个金属片(固定电极)，它们构成电
容器的两个极板。
3．工作原理
电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。
(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示。Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。在膜片向右运动的过程中( )
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
答案：AC
案例
解析：声波使膜片向右振动，MN间距减小，电容变大，A正确，B错误；由Q＝CU知C变大，由图可知U不变，则Q变大，继续充电，则导线AB中有向左的电流，C正确，D错误。
课堂达标检测
一、神奇传感器
1．下列关于传感器的说法，正确的是( )
A．所有传感器都是由半导体材料制成的
B．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
C．话筒中的传感器将电信号转换成声信号
D．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断
答案：D
解析：传感器材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误；电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，B错误；话筒中的传感器是声传感器，它将声信号转化为电信号，C错误；传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或转换为电路的通断，D正确。
2．(2024·甘肃临夏高二期末)关于传感器、电磁场、无线电波的发射和接收，下列说法正确的是( )
A．电子秤应用的是压力传感器，电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
B．人民币的防伪利用了紫外线的化学作用，紫外线能使荧光物质发光
C．电磁波尽管是一种物质，但不能在真空中传播
D．无线电波的传播方式只有天波和地波，手机接收的信号属于长波段的无线电波
答案：A
解析：电子秤应用的是压力传感器，电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制，故A正确；人民币的防伪利用了紫外线的莹光效应，紫外线的能量被荧光物质吸收后，将其转化为激发态的能量，然后在短时间内重新辐射出可见光，故B错误；电磁场本身就是一种物质，可以不依赖其他物质传播，因此，电磁波可以在真空中传播，故C错误；无线电波的传播方式有天波、地波、直射波和散射传播四种方式，而手机接收的信号属于微波段的无线电波，故D错误。
3．(2024·福建龙岩高二期中)人类发射的绕地球运转的航天器，所需要的电能主要由太阳能电池把太阳能转化为电能得到，因此要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳的方位( )
A．温度传感器 B．力传感器
C．生物传感器 D．光传感器
答案：D
解析：太阳能电池是通过光电转换装置把太阳能直接转化为电能，供航天器使用的，因此需要使用光传感器，来感知太阳方位，故选D。
二、传感器组成与应用模式
4．关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
C．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
D．以上说法均不正确
答案：B
解析：传感器不能直接用来进行自动控制。传感器主要用来接收信息，并将接收到的信息转换成便于测量的电学量或转换为电路的通断，但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量，B正确。
5．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
答案：C
6．(多选)(2024·福建福州高三阶段练习)运动步数的测量可以通过电容式加速度传感器来实现。其工作原理如图所示，R为定值电阻，极板M固定，当传感器加速度变化时，两端与轻弹簧相连的极板N只能按图中标识的“前后”方向运动。下列关于传感器描述正确的是( )
A．静止时，电流表示数为零，电容器的电
容为零
B．突然向前加速时，电容器两板距离增大，电容减小
C．突然向前加速时，电流由a向b流过电流
表
D．突然向前减速时，两极板间的场强将变大
答案：BD
