第3节 大显身手的传感器
1.在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是（ ）
A.光传感器 B.温度传感器
C.声传感器 D.磁传感器
2.随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭。洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，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.改变了湿度 B.改变了电容
C.改变了温度 D.改变了磁场
3.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。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，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
4.（多选）如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法正确的是（ ）
A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D.当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小
5.（多选）如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数的热敏电阻，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
6.（多选）氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度c的变化而变化，已知其电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比。将传感器接在如图所示的电路中，已知R1、R2为定值电阻，观察电表示数的变化，就能判断一氧化碳浓度的变化情况，下列判断正确的是（ ）
A.电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度c增大
B.电压表读数减小时，电流表读数减小，浓度c增大
C.电压表读数增大时，电流表读数减小，浓度c减小
D.电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度c减小
7.全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2运动，牵引排水阀的活塞打开，排出污水。牵引电磁铁的结构如图所示。当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体间相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水。同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧（图中未画）将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：
（1）某时刻输入控制电流时，a为正、b为负，则铁芯2中A端和B端分别是什么磁极？
（2）a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然能吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？
8一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、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，根据图线分析：
（1）为什么处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
（2）通电一段时间后电熨斗温度T自动稳定在什么范围之内。
第3节 大显身手的传感器
1.A 电梯门口的障碍物挡住了光，传感器接收不到光信号，所以电梯门不停地开关，故A正确。
2.B 根据自动干手机工作的特征，即手靠近自动干手机，电热器开始工作，手撤离自动干手机电热器停止工作，由此可以判断传感器的种类是电容传感器。人是导体，可以和其他导体构成电容器，手放入时，通过改变电容而使干手机工作，故B正确。
3.B 小金属片被按下时，对该键有一个压力，小金属片向下移动，两个极板之间的距离改变，电容改变，将压力这个力学量转化为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误。
4.ABD 电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故选项A正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项B、D正确，C错误。
5.AC 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，或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，结合光敏电阻和负温度系数热敏电阻特性可知，A、C正确，B、D错误。
6.AC 氧化锡传感器电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，一氧化碳浓度减小时，传感器电阻变大，电路总电阻变大，干路电流变小，即电流表读数减小，路端电压变大，定值电阻R1两端电压变小，传感器两端电压变大，即电压表读数增大，C正确，D错误；同理一氧化碳浓度增大时，电流表读数增大，电压表读数减小，A正确，B错误。
7.见解析
解析：（1）利用安培定则判断，线圈左端为N极，由将铁芯2吸入线圈可知A端为S极，B端为N极。
（2）仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用，但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，所以会有振动。
8.（1）见解析 （2）T6＜T＜T7
解析：（1）由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P＝知，其发热功率较大，所以升温快。
（2）从图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应的生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故温度会稳定在图中T6～T7之间。
3 / 3第3节 大显身手的传感器
核心素养目标 物理观念 了解传感器在洗衣机水位控制装置、自动门、指纹识别器、机器人中的应用
科学思维 1.会分析红外线传感器、压力传感器、电容传感器的工作原理。 2.了解传感器应用的设计思路，能设计简单的应用传感器的控制电路
科学态度 与责任 感受传感器技术给人类生活带来的便利，体会科学技术的重要性
知识点一 自动感应门
1.控制自动门的开关装有一种 传感器。
2.自动门系统三环节：检测门前是否有人、判断检测结果发出相关指令、执行指令。
知识点二 洗衣机的水位控制
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了 传感器，当筒内水位到达设定高度时，凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通， 进水电磁阀门，同时 洗涤电动机电源。
知识点三 指纹识别器
指纹识别器是通过 传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了 ，指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器电容不同。
知识点四 机器人
1.机器人传感器的分类：机器人传感器分为外部传感器和 传感器。
2.传感器系统的用途
（1）外部传感器用于感知外部 和外界事物对机器人的 。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。
（2）内部传感器（如角度传感器、 等）用于检测机器人自身的状态。
【情景思辨】
传感器是测量和自动控制中使用的重要元件，日常生活中常用到的有：自动感应门、洗衣机的水位控制、指纹识别器、机器人等。
（1）自动门利用了红外线传感器。（ ）
（2）洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器。（ ）
（3）指纹识别器是利用压力传感器。（ ）
（4）机器人利用多种传感器从而具有拟人化的特点。（ ）
（5）数字体重计所用的测力装置应用了力传感器。（ ）
（6）走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都应用了声传感器。（ ）
（7）发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号。（ ）
（8）霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量。（ ）
要点一 红外线传感器与自动控制
【探究】
如图所示，在体温检测点，民警检测体温。为什么测体温时一般不用水银温度计，而用红外线测温仪？
【归纳】
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息。自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76～1 000 μm的电磁波，即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛应用于航空摄影、卫星遥感、遥测等高科技领域，也被广泛应用于日常生活中，自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗报警器等均使用了红外线传感器。
【典例1】 一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图如图所示。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，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
思路点拨 当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，然后分析总电阻的变化，由闭合电路欧姆定律分析总电流的变化，判断哪个灯亮，再由串、并联电路的规律得出UR2的变化。
尝试解答
1.下列和电视机遥控器中使用同一类传感器的是（ ）
A.红外报警装置
B.火灾报警装置
C.自动洗衣机中的水位控制装置
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
2.当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时，大门会自动打开，进入大厅后，门又会自动关闭，下列关于这种自动门的说法正确的是（ ）
A.控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B.控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器，能使自动门“见光开”
C.大人走近门会自动打开，小孩走近门，门不会自动打开
D.男孩走近门会自动打开，女孩走近门，门可能不会开
要点二 电容传感器与自动控制
【探究】
如图所示，观察电容式话筒的结构。请思考下列问题：
（1）电容式话筒感受的是哪种非电学量？
（2）声波是怎样通过电容式话筒发出信号的？
【归纳】
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
测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，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，液面高度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s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s的变化情况
【典例2】 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，薄金属膜片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M振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有（ ）
A.电容不变
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
思路点拨 根据电容公式C＝判断电容器的变化，由原理图可知电容器两极板间电势差不变，根据Q＝CU得出电荷量的变化，可知电流的方向。
尝试解答
1.如图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。若声源S发出频率恒定的声波使a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
2.如图为一只极距变化型电容式传感器的部分构件示意图。当动极板和定极板之间的距离d变化时，电容C便发生变化，通过测量电容C的变化就可知道两极板之间距离d的变化情况。下列选项中能正确反映C与d之间变化规律的图像是（ ）
要点回眸
1.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
2.一测量液面高低的传感器示意图如图所示，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到如图所示的电路中，已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同，如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h变化为（ ）
A.h正在增大
B.h正在减小
C.h不变
D.无法确定
3.演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑片P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）
A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时，电路中没有电流
D.物体M不动时，电压表没有示数
4.利用电容器测量角度的传感器示意图如图所示。当动片和定片之间的角度θ发生变化时，电容C便发生变化，测出C的变化情况，就可知道θ的变化情况。选项图的四个图像中，能正确反映θ和C间函数关系的是（ ）
5.一种自动测定油箱内油面高度的装置如图甲所示。其中R是滑动变阻器，阻值范围是0～100 Ω，它的金属滑片是杠杆的一端；油量表是由电流表改装而成的，实际是量程为0～0.6 A的电流表，从指针所指的刻度可知油箱内油面的高度；R'为校准电阻。已知电源电压为12 V（电源内阻不计），油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变阻器的两端点a、b处。
（1）当油箱满时，电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A，求校准电阻R'的阻值和油箱空时电流表的示数。
（2）若将电流表改换为电压表，用电压表的指针指示的刻度显示油箱内油面的高度，要求油面上升时电压表的读数增大，请将电压表V画在图乙中，并标明电压表的“＋”“－”接线柱。若改装后电路中校准电阻的阻值不变，求电压表示数的变化范围。
第3节 大显身手的传感器
【基础知识·准落实】
知识点一
1.红外线
知识点二
压力 关闭 接通
知识点三
电容 电容阵列
知识点四
1.内部 2.（1）工作环境 刺激 （2）关节传感器
情景思辨
（1）√ （2）√ （3）× （4）√ （5）√ （6）× （7）× （8）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 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，避免了交叉感染，因此用红外线测温仪测温较好。
【典例1】 D 门打开时R3阻值减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－（UR1＋Ur）减小，IR3＝I总－增大，电磁继电器磁性增强，把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，选项A、B、C错误，D正确。
素养训练
1.A 红外报警装置接收物体发出的红外线，和电视机遥控器中使用的是同一类传感器，故A正确；火灾报警装置采用的是光敏电阻做成的光电传感器，电饭煲中控制加热和保温的温控器是热敏电阻做成的温度传感器，自动洗衣机中水位控制装置使用的是压力传感器，故B、C、D错误。
2.A 控制自动门开关的传感器是红外线传感器，A正确，B错误；尽管不同物体（包括大人、孩子）不同温度发出的红外线波长不同，但在设置这个传感器范围时充分考虑到大人、小孩个体的差异及人体体温的变化范围，大人、小孩、男孩、女孩靠近，门都会自动打开，C、D错误。
要点二
知识精研
【探究】 提示：（1）电容式话筒感受的是声音信号的强弱。
（2）声波使振动膜片发生振动，改变了振动膜片和固定电极的距离，从而引起电容的变化，进而引起输出电压的变化。
【典例2】 C 膜片M向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大，由题图可知电容器两端电压不变，知电荷量Q＝CU变大，电源要继续给电容器充电，所以导线AB中的电流由B流向A，故C正确。
素养训练
1.D 由于平行板电容器两极板与电源两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据E＝，C＝可判断A错误，D正确；由Q＝CU可知，B错误；由于Q变化，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错误。
2.A 由平行板电容器电容的决定式C＝可知，电容C与两极板之间距离d成反比，在第一象限反比例函数图像是双曲线的一支，选项A正确。
【教学效果·勤检测】
1.B 遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B正确，A、C、D错误。
2.B 由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上的电荷量正在减小，由Q＝CU可知C减小，则正对面积减小，即h在减小，故B正确。
3.B 电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故A错误；电压表测得的是滑片P左侧电阻分得的电压，电压表的示数随物体M的移动而变化，即随滑片的运动而变化，故B正确，C、D错误。
4.A 因为电容和两块极板之间正对面积的大小是成正比的。而θ的增大使得动片和定片的正对面积减小，所以使得C减小，又θ增大导致正对面积减小是按照线性规律变化的，所以A正确。
5.（1）20 Ω 0.1 A （2）见解析图 2 V～12 V
解析：（1）当电流表示数为满偏刻度0.6 A时，金属滑片在b处，此时滑动变阻器连入电路的电阻R＝0。R'＝＝ Ω＝20 Ω
油箱空时，滑动变阻器连入电路的电阻R＝100 Ω
则电流表的示数I1＝＝ A＝0.1 A。
（2）为符合油面上升时，电压表读数增大的要求，应使电压表与校准电阻R'并联，电压表示数变化的范围，由滑片在a、b两处时校准电阻R'两端的电压决定，如图所示。
U1＝ U＝2 V
U2＝12 V
故电压表示数的变化范围为2 V～12 V。
5 / 6(共61张PPT)
第3节 大显身手的传感器
核
心
素
养
目
标 物理
观念 了解传感器在洗衣机水位控制装置、自动门、指纹识别器、机器人中的应用
科学
思维 1.会分析红外线传感器、压力传感器、电容传感器的工作原理。
2.了解传感器应用的设计思路，能设计简单的应用传感器的控制电路
科学态度 与责任 感受传感器技术给人类生活带来的便利，体会科学技术的重要性
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 自动感应门
1. 控制自动门的开关装有一种 传感器。
2. 自动门系统三环节：检测门前是否有人、判断检测结果发出相关指
令、执行指令。
红外线
知识点二 洗衣机的水位控制
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了 传感器，当筒
内水位到达设定高度时，凸起的膜片使动触点接触控制电路的静
触点，使控制电路接通， 进水电磁阀门，同时
洗涤电动机电源。
压力
关闭
接通
知识点三 指纹识别器
指纹识别器是通过 传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容
传感器表面构成了 ，指纹的脊和谷相对于另一极之间的
距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器电容不同。
电容
电容阵列
知识点四 机器人
1. 机器人传感器的分类：机器人传感器分为外部传感器和 传
感器。
2. 传感器系统的用途
（1）外部传感器用于感知外部 和外界事物对机器人
的 。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅
觉、味觉等感觉。
（2）内部传感器（如角度传感器、 等）用于检测
机器人自身的状态。
内部
工作环境
刺激
关节传感器
【情景思辨】
传感器是测量和自动控制中使用的重要元件，日常生活中常用到的
有：自动感应门、洗衣机的水位控制、指纹识别器、机器人等。
（1）自动门利用了红外线传感器。 （ √ ）
（2）洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器。 （ √ ）
（3）指纹识别器是利用压力传感器。 （ × ）
（4）机器人利用多种传感器从而具有拟人化的特点。 （ √ ）
（5）数字体重计所用的测力装置应用了力传感器。 （ √ ）
√
√
×
√
√
（7）发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为
电信号。 （ × ）
（6）走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都应用了声传感器。
（ × ）
×
（8）霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量。
（ × ）
×
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 红外线传感器与自动控制
【探究】
如图所示，在体温检测点，民警检测体温。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，避免了交叉感染，因此用红外线测温仪测温较好。
【归纳】
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知
辐射源的相关参数或信息。自然界几乎所有的物体都能辐射波长在
0.76～1 000 μm的电磁波，即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛
应用于航空摄影、卫星遥感、遥测等高科技领域，也被广泛应用于日
常生活中，自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系
统以及防盗报警器等均使用了红外线传感器。
【典例1】 一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图如图所
示。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
会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，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
思路点拨 当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，然后分析总
电阻的变化，由闭合电路欧姆定律分析总电流的变化，判断哪个灯
亮，再由串、并联电路的规律得出UR2的变化。
解析：门打开时R3阻值减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，
UR2＝E－（UR1＋Ur）减小，IR3＝I总－增大，电磁继电器磁性增
强，把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，选项A、B、C错误，D正确。
1. 下列和电视机遥控器中使用同一类传感器的是（ ）
A. 红外报警装置
B. 火灾报警装置
C. 自动洗衣机中的水位控制装置
D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析： 红外报警装置接收物体发出的红外线，和电视机遥控器
中使用的是同一类传感器，故A正确；火灾报警装置采用的是光敏
电阻做成的光电传感器，电饭煲中控制加热和保温的温控器是热敏
电阻做成的温度传感器，自动洗衣机中水位控制装置使用的是压力
传感器，故B、C、D错误。
2. 当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时，大门会自动打
开，进入大厅后，门又会自动关闭，下列关于这种自动门的说法正
确的是（ ）
A. 控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B. 控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器，能使自动门“见
光开”
C. 大人走近门会自动打开，小孩走近门，门不会自动打开
D. 男孩走近门会自动打开，女孩走近门，门可能不会开
解析： 控制自动门开关的传感器是红外线传感器，A正确，B
错误；尽管不同物体（包括大人、孩子）不同温度发出的红外线波
长不同，但在设置这个传感器范围时充分考虑到大人、小孩个体的
差异及人体体温的变化范围，大人、小孩、男孩、女孩靠近，门都
会自动打开，C、D错误。
要点二 电容传感器与自动控制
【探究】
如图所示，观察电容式话筒的结构。请思考下列问题：
（1）电容式话筒感受的是哪种非电学量？
提示：电容式话筒感受的是声音信号
的强弱。
（2）声波是怎样通过电容式话筒发出信号的？
提示：声波使振动膜片发生振动，改变了振动膜片和固定电极的距离，从而引起电容的变化，进而引起输出电压的变化。
【归纳】
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
名称 传感器 原理
测定液面高度
h的电容
式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入
导电液体中，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，液面高度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
名称 传感器 原理
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s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s的变化情况
【典例2】 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，薄金属膜片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M振动时，电容发生变化，电路中形成
变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有（ ）
A. 电容不变
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
思路点拨 根据电容公式C＝判断电容器的变化，由原理图可知
电容器两极板间电势差不变，根据Q＝CU得出电荷量的变化，可知电
流的方向。
解析：膜片M向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大，
由题图可知电容器两端电压不变，知电荷量Q＝CU变大，电源要继续
给电容器充电，所以导线AB中的电流由B流向A，故C正确。
1. 如图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。若声
源S发出频率恒定的声波使a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源两极相连接，因此两极
板间的电压U保持不变，根据E＝，C＝可判断A错误，D正
确；由Q＝CU可知，B错误；由于Q变化，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错误。
2. 如图为一只极距变化型电容式传感器的部分构件示意图。当动极板
和定极板之间的距离d变化时，电容C便发生变
化，通过测量电容C的变化就可知道两极板之间
距离d的变化情况。下列选项中能正确反映C与d
之间变化规律的图像是（ ）
解析： 由平行板电容器电容的决定式C＝可知，电容C与两
极板之间距离d成反比，在第一象限反比例函数图像是双曲线的一
支，选项A正确。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 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： 遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B正确，A、
C、D错误。
2. 一测量液面高低的传感器示意图如图所示，A为固定的导体芯，B
为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到如图
所示的电路中，已知灵敏电流计指针偏转方向与电
流方向相同，如果发现指针正向右偏转，则导电液
体的深度h变化为（ ）
A. h正在增大 B. h正在减小
C. h不变 D. 无法确定
解析： 由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上
的电荷量正在减小，由Q＝CU可知C减小，则正对面积减小，即h
在减小，故B正确。
3. 演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带
动滑动变阻器的滑片P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移
的大小。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（ ）
A. 物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B. 物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C. 物体M不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数
解析： 电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不
会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故A错误；电压
表测得的是滑片P左侧电阻分得的电压，电压表的示数随物体M的
移动而变化，即随滑片的运动而变化，故B正确，C、D错误。
4. 利用电容器测量角度的传感器示意图如图所示。当动片和定片之间
的角度θ发生变化时，电容C便发生变化，测出C的变化情况，就可
知道θ的变化情况。选项图的四个图像中，能正确反映θ和C间函数
关系的是（ ）
解析： 因为电容和两块极板之间正对面积的大小是成正比的。
而θ的增大使得动片和定片的正对面积减小，所以使得C减小，又θ
增大导致正对面积减小是按照线性规律变化的，所以A正确。
5. 一种自动测定油箱内油面高度的装置如图甲所示。其中R是滑动变
阻器，阻值范围是0～100 Ω，它的金属滑片是杠杆的一端；油量表
是由电流表改装而成的，实际是量程为0～0.6 A的电流表，从指针
所指的刻度可知油箱内油面的高度；R'为校准电阻。已知电源电压
为12 V（电源内阻不计），油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变
阻器的两端点a、b处。
（1）当油箱满时，电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A，求校准电阻
R'的阻值和油箱空时电流表的示数。
答案：20 Ω 0.1 A
解析：当电流表示数为满偏刻度0.6 A时，金属滑片在b处，此时滑动变阻器连入电路的电阻R＝0。R'＝＝ Ω＝20 Ω
油箱空时，滑动变阻器连入电路的电阻R＝100 Ω
则电流表的示数I1＝＝ A＝0.1 A。
（2）若将电流表改换为电压表，用电压表的指针指示的刻度显示
油箱内油面的高度，要求油面上升时电压表的读数增大，请
将电压表V画在图乙中，并标明电压表的“＋”“－”接线
柱。若改装后电路中校准电阻的阻值不变，求电压表示数的
变化范围。
答案：见解析图 2 V～12 V
解析：为符合油面上升时，电压表读数
增大的要求，应使电压表与校准电阻R'
并联，电压表示数变化的范围，由滑片
在a、b两处时校准电阻R'两端的电压决
定，如图所示。
U1＝ U＝2 V
U2＝12 V
故电压表示数的变化范围为2 V～12 V。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在
电梯门上装有的传感器是（ ）
A. 光传感器 B. 温度传感器
C. 声传感器 D. 磁传感器
解析： 电梯门口的障碍物挡住了光，传感器接收不到光信号，
所以电梯门不停地开关，故A正确。
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2. 随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭。洗手后，将湿手靠
近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，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. 改变了湿度 B. 改变了电容
C. 改变了温度 D. 改变了磁场
解析： 根据自动干手机工作的特征，即手靠近自动干手机，电
热器开始工作，手撤离自动干手机电热器停止工作，由此可以判断
传感器的种类是电容传感器。人是导体，可以和其他导体构成电容
器，手放入时，通过改变电容而使干手机工作，故B正确。
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3. 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。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，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
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解析： 小金属片被按下时，对该键有一个压力，小金属片向下
移动，两个极板之间的距离改变，电容改变，将压力这个力学量转
化为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正
确，A、C、D错误。
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4. （多选）如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一
层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触
摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压
交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间
会形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触
点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制
器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信
息可知，下列说法正确的是（ ）
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A. 电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B. 当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C. 当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D. 当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小
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解析： 电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故选项A正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项B、D正确，C错误。
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5. （多选）如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温
度系数的热敏电阻，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
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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，或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，结合光敏电阻和负温度系数热敏电阻
特性可知，A、C正确，B、D错误。
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6. （多选）氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，
它的电阻随一氧化碳浓度c的变化而变化，已知其电阻的倒数与一
氧化碳浓度成正比。将传感器接在如图所示的电路中，已知R1、R2
为定值电阻，观察电表示数的变化，就能判断一氧化碳浓度的变化
情况，下列判断正确的是（ ）
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A. 电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度c增大
B. 电压表读数减小时，电流表读数减小，浓度c增大
C. 电压表读数增大时，电流表读数减小，浓度c减小
D. 电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度c减小
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解析： 氧化锡传感器电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，一氧化碳浓度减小时，传感器电阻变大，电路总电阻变大，干路电流变小，即电流表读数减小，路端电压变大，定值电阻R1两端电压变
小，传感器两端电压变大，即电压表读数增大，C正确，D错误；
同理一氧化碳浓度增大时，电流表读数增大，电压表读数减小，A
正确，B错误。
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7. 全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗
衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯
2运动，牵引排水阀的活塞打开，排出污水。牵引电磁铁的结构如
图所示。当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生
一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体间相互作用，将铁芯2吸入
线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排
水。同样，控制器不输出控制电流时，电
磁铁将失去磁性，弹簧（图中未画）将铁
芯2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：
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（1）某时刻输入控制电流时，a为正、b为负，则铁芯2中A端和B
端分别是什么磁极？
答案：见解析
解析：利用安培定则判断，线圈左端为N极，由将铁芯2吸入线圈可知A端为S极，B端为N极。
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（2）a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然能吸入线
圈？与恒定电流相比会有什么不同？
解析：仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用，但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，所以会有振动。
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8. 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
系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、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，根据图线分析：
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（1）为什么处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时比普通电熨斗升
温快？
答案：见解析
解析：由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P＝知，
其发热功率较大，所以升温快。
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（2）通电一段时间后电熨斗温度T自动稳定在什么范围之内。
答案：T6＜T＜T7
解析：从图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应
的生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故温度会稳定在图中T6～T7之间。
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谢谢观看!
