1 传感器
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1 传感器
点燃智慧火花
当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅入口时，大门回自动打开，进入大厅后，门又会自动关闭，如图所示，你知道这种自动门上用的是哪一种传感器吗？
课前自主学习
知识梳理
1． 传感器
（1）传感器通常是把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置。
（2）传感器有时又被称为检测器、探测器、变换器。
2． 敏感元件
（1） 敏感元件就是能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号。
（2） 按感知外界信息的原理分类：
1 物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应。
2 化学类：基于化学反应的原理。
3 生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能。
（3） 干簧管是一种能感知磁场的敏感元件。当磁力大于簧片的弹力时，两者接触；当磁力小于簧片的弹力时，两者分开。因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关。
（4） 话筒是一种常用的声传感器,其作用是把声信号转换成电信号. 话筒分为动圈式,电容式, 驻极式等几种
3． 处理电路
把微小电信号进行放大，并出去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成电学量（如电压、电流和频率等），这类电路称为处理电路。
基础自测
1．简单的说，光敏电阻就是一个简单的_ _传感器，热敏电阻就是一个简单的_ _传感器。
答案：光，温度
2．下列说法正确的是
A． 传感器担负着信息采集的任务
A． 干簧管是一种磁传感器
A． 传感器不是电视摇控接收器的主要元件
A． 传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
解析:传感器相当于人的器官给机器提供一些信息，A正确；根据定义BD正确；遥控器的主要元件是传感器C错误；
答案:ABD
3．卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片振动时，就将声音信号转换为电信号．下列说法正确的是
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
答案：B
4．如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）．
解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏
答案： 左 右
特别提示：（1）热敏电阻的阻值随温度的变化而变化．阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)．阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)．
（2）欧姆表的表盘刻度最右侧为0Ω，最左侧为最大值．
资料袋
动圈式话筒的原理
话筒是把声音转变为电信号的装置。如图是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的。
当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
课堂互动探究
知识点1：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，或转换为电路的通断的一类元件，常见的传感器有色标传感器、温度传感器、光传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等．
【例1】传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、零刻度在中间的灵敏电流计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产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转。从对膜片施加恒定的压力开始到膜片稳定之后，灵敏电流计指针的偏转情况为（已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）
A.向左偏到某一刻度后回到零刻度 B.向右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： 对膜片施加恒定的压力开始到膜片稳定之后，电容器的电容值增大到某一值，电容器充电到稳定，电路中形成逆时针的充电电流，直到充完电流为零，因此灵敏电流计指针向右偏到某一刻度后回到零刻度。B正确。A、C、D错。
答案：B
变式训练
1-1如图所示，是一种测定角度变化的传感器，当彼此绝缘的金属构成的动片和定片之间的角度0发生变化时，试分析传感器是如何将这种变化转化为电学量的？
解析：夹角θ的变化，引起电容器的变化，若电容器始终与电源相接，即电压一定时，电容器在角度θ变化时，就会充或放电，产生电流，这样就将这种变化转化为电学量。
知识点2:干簧管传感器的结构是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用。干簧管实际上是一种能感知磁场的传感器。
【例2】关于干簧管，下列说法中正确的是
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．干簧管接入电路中相当于开关的作用
D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
解析：干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选CD
答案：CD
变式训练
2-2关于传感器，下列说法正确的是
A．所有传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的
解析：有些传感器不是由半导体材料做成的，A不正确，B正确；干簧管是一种感知磁场的传感器，C错误，D错误。
答案：B
综合·拓展·提高
【例3】如图所示是测定液面高度h的电容式传感器，在导电芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导电芯和导电液体构成电容器的两个极。测出电容器电容的变化，就可以知道h的变化情况，说明其原理。
分析与解答：
电容器的电容与两极板的正对面积S、极板间距d、介电常数 r有关，这三个因素中只要改变任何一个因素，就能改变电容C。由题意可知，导电芯和导电液体组成的电容器，板间距和介电常数不能再改变，唯一能改变的就是两板的正对面积，电容与正对面积成正比。如果h上升，相当于增大正对面积，从而导致电容C的增大，因此通过测定电容C的增大或减小，便可推知h增大或减小。
答案：C∝S，S∝h，因此，C∝h。
【例4】用如图6－13所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧连在一个质量为2.0Kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器B在前，传感器A在后。汽车静止时，传感器A、B在的示数均为10N(取g＝10m/s2)
图6－13
(1)若传感器A的示数为14N、B的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器A的示数为零
分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N．
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
得4 m/s2
a1与F1同方向，即向前（向右）．
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．
知能综合训练
1、 单项选择题
1．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三种特性都利用
解析：街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断．
答案：B
2．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是（ ）
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
解析：当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁场中的线圈切割磁感应线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号，这是电磁感应的工作原理.
答案：B
3．计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器．该电容器的电容可用公式C=ε计算，式中ε=9×10-12,S为金属片的正对面积，d表示两金属片间距．当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时的金属片间距为0．6 mm．如果电容变化0．25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下（ ）
A．0．15 mm B．0．25 mm C．0．35 mm D．0．45 mm
解析：由题意可知，当时电子线路能检测到必要的信号，设键被按下x时能检测到信号，当键未被按下时有，
有
答案：A
4．传感器是一种采集信息的重要器件．图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于可动膜片电极上时，以下说法正确的是（ ）
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，则说明压力F不会发生变化
A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤
解析：当压力增大时，电容器两板间距d减小，电容增大，又因为电压保持不变，所以电容器带电量增大，为正在充电.充电电流从正接线柱流入电流计，指针右偏.正确选项为B。
答案：B
5．如图5是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ）
（A）距离变化
（B）正对面积变化
（C）介质变化
（D）电压变化
解析：这个声电传感器又可归到电容传感器中。由题意对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距改变，故导致电容变化的原因可能是容器两极间的距变变化，选A
答案：A
6．传感器可将非电学量转换为电学量，起自动控制作用．如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电机机、录像机、影碟机、空调机中有光传感器……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，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小X，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，电压表的示数为发生变化
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：电路电流始终是E/R0，R0是滑动变阻器全电阻。但是移动时电压表测量的电阻阻值发生的变化，根据U = IR，I不变，R变化，U是变化的。M不动时，电路电流仍然是E/R0。M不动时，电压表是有示数U = IR的。
答案：B
2、 多项选择题
7．传感器担负着信息采集的任务，它常常是( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量 B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量 D．将电学量转变成力学量
解析：传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件．故选项A、B、C对、选项D错．
答案：ABC
8．1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转换为电信号的自动化测量技术．如图6－2－8所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙述中正确的是
A．电容增大反映h增大
B．电容增大反映h减少
C．将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h减小
D．将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h增大
答案：AC
9、动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图可知
A.话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流
B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流
C.录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
解析：话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流．A正确．录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D正确．磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确
答案：ABD
3、 填空题
10．话筒是一种常用的_________传感器，其作用是将__________信号转换为__________信号．
答案：声传感器，声信号，电信号
11．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路相接。当楼道内有人走动而发出声响时，电灯即被接通电源而发光，这种传感器为______，它输入的是______信号，经传感器转换后，输出的是______信号。
答案：声传感器，声音，电
12．某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)。如图6－16所示，测量时先调节输入端的电压，但转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可得与物体的质量成正比的输出电压U。
图6－16
现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，电键及导线若干；待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。
请完成对该物体质量的测量。
(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图6－17的方框中画出完整的测量电路图；
图6－17
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m；
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。
解答：
(1)见答案图6－1
答案图6－1
(2)测量步骤与结果：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。
②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0。
③将待测物放在转换器上，记下输出电压U。由U0＝km0g，得,测得U＝kmg，所以。
(3)①因电源电压不够而输出电压调不到零，②待测物体质量超过转换器量程。
金属板
金属膜
振动膜
外电路
图5
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1 传感器
点燃智慧火花
当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅入口时，大门回自动打开，进入大厅后，门又会自动关闭，如图所示，你知道这种自动门上用的是哪一种传感器吗？
课前自主学习
知识梳理
1． 传感器
（1）传感器通常是把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置。
（2）传感器有时又被称为检测器、探测器、变换器。
2． 敏感元件
（1） 敏感元件就是能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号。
（2） 按感知外界信息的原理分类：
1 物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应。
2 化学类：基于化学反应的原理。
3 生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能。
（3） 干簧管是一种能感知磁场的敏感元件。当磁力大于簧片的弹力时，两者接触；当磁力小于簧片的弹力时，两者分开。因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关。
（4） 话筒是一种常用的声传感器,其作用是把声信号转换成电信号. 话筒分为动圈式,电容式, 驻极式等几种
3． 处理电路
把微小电信号进行放大，并出去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成电学量（如电压、电流和频率等），这类电路称为处理电路。
基础自测
1．简单的说，光敏电阻就是一个简单的_ _传感器，热敏电阻就是一个简单的_ _传感器。
答案：光，温度
2．下列说法正确的是
A． 传感器担负着信息采集的任务
A． 干簧管是一种磁传感器
A． 传感器不是电视摇控接收器的主要元件
A． 传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
解析:传感器相当于人的器官给机器提供一些信息，A正确；根据定义BD正确；遥控器的主要元件是传感器C错误；
答案:ABD
3．卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片振动时，就将声音信号转换为电信号．下列说法正确的是
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
答案：B
4．如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）．
解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏
答案： 左 右
特别提示：（1）热敏电阻的阻值随温度的变化而变化．阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)．阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)．
（2）欧姆表的表盘刻度最右侧为0Ω，最左侧为最大值．
资料袋
动圈式话筒的原理
话筒是把声音转变为电信号的装置。如图是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的。
当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
课堂互动探究
知识点1：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，或转换为电路的通断的一类元件，常见的传感器有色标传感器、温度传感器、光传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等．
【例1】传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、零刻度在中间的灵敏电流计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产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转。从对膜片施加恒定的压力开始到膜片稳定之后，灵敏电流计指针的偏转情况为（已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）
A.向左偏到某一刻度后回到零刻度 B.向右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： 对膜片施加恒定的压力开始到膜片稳定之后，电容器的电容值增大到某一值，电容器充电到稳定，电路中形成逆时针的充电电流，直到充完电流为零，因此灵敏电流计指针向右偏到某一刻度后回到零刻度。B正确。A、C、D错。
答案：B
变式训练
1-1如图所示，是一种测定角度变化的传感器，当彼此绝缘的金属构成的动片和定片之间的角度0发生变化时，试分析传感器是如何将这种变化转化为电学量的？
解析：夹角θ的变化，引起电容器的变化，若电容器始终与电源相接，即电压一定时，电容器在角度θ变化时，就会充或放电，产生电流，这样就将这种变化转化为电学量。
知识点2:干簧管传感器的结构是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用。干簧管实际上是一种能感知磁场的传感器。
【例2】关于干簧管，下列说法中正确的是
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．干簧管接入电路中相当于开关的作用
D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
解析：干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选CD
答案：CD
变式训练
2-2关于传感器，下列说法正确的是
A．所有传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的
解析：有些传感器不是由半导体材料做成的，A不正确，B正确；干簧管是一种感知磁场的传感器，C错误，D错误。
答案：B
综合·拓展·提高
【例3】如图所示是测定液面高度h的电容式传感器，在导电芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导电芯和导电液体构成电容器的两个极。测出电容器电容的变化，就可以知道h的变化情况，说明其原理。
分析与解答：
电容器的电容与两极板的正对面积S、极板间距d、介电常数 r有关，这三个因素中只要改变任何一个因素，就能改变电容C。由题意可知，导电芯和导电液体组成的电容器，板间距和介电常数不能再改变，唯一能改变的就是两板的正对面积，电容与正对面积成正比。如果h上升，相当于增大正对面积，从而导致电容C的增大，因此通过测定电容C的增大或减小，便可推知h增大或减小。
答案：C∝S，S∝h，因此，C∝h。
【例4】用如图6－13所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧连在一个质量为2.0Kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器B在前，传感器A在后。汽车静止时，传感器A、B在的示数均为10N(取g＝10m/s2)
图6－13
(1)若传感器A的示数为14N、B的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器A的示数为零
分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N．
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
得4 m/s2
a1与F1同方向，即向前（向右）．
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．
知能综合训练
1、 单项选择题
1．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三种特性都利用
解析：街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断．
答案：B
2．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是（ ）
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
解析：当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁场中的线圈切割磁感应线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号，这是电磁感应的工作原理.
答案：B
3．计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器．该电容器的电容可用公式C=ε计算，式中ε=9×10-12,S为金属片的正对面积，d表示两金属片间距．当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时的金属片间距为0．6 mm．如果电容变化0．25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下（ ）
A．0．15 mm B．0．25 mm C．0．35 mm D．0．45 mm
解析：由题意可知，当时电子线路能检测到必要的信号，设键被按下x时能检测到信号，当键未被按下时有，
有
答案：A
4．传感器是一种采集信息的重要器件．图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于可动膜片电极上时，以下说法正确的是（ ）
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，则说明压力F不会发生变化
A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤
解析：当压力增大时，电容器两板间距d减小，电容增大，又因为电压保持不变，所以电容器带电量增大，为正在充电.充电电流从正接线柱流入电流计，指针右偏.正确选项为B。
答案：B
5．如图5是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ）
（A）距离变化
（B）正对面积变化
（C）介质变化
（D）电压变化
解析：这个声电传感器又可归到电容传感器中。由题意对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距改变，故导致电容变化的原因可能是容器两极间的距变变化，选A
答案：A
6．传感器可将非电学量转换为电学量，起自动控制作用．如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电机机、录像机、影碟机、空调机中有光传感器……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，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小X，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，电压表的示数为发生变化
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：电路电流始终是E/R0，R0是滑动变阻器全电阻。但是移动时电压表测量的电阻阻值发生的变化，根据U = IR，I不变，R变化，U是变化的。M不动时，电路电流仍然是E/R0。M不动时，电压表是有示数U = IR的。
答案：B
2、 多项选择题
7．传感器担负着信息采集的任务，它常常是( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量 B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量 D．将电学量转变成力学量
解析：传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件．故选项A、B、C对、选项D错．
答案：ABC
8．1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转换为电信号的自动化测量技术．如图6－2－8所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙述中正确的是
A．电容增大反映h增大
B．电容增大反映h减少
C．将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h减小
D．将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h增大
答案：AC
9、动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图可知
A.话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流
B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流
C.录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
解析：话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流．A正确．录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D正确．磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确
答案：ABD
3、 填空题
10．话筒是一种常用的_________传感器，其作用是将__________信号转换为__________信号．
答案：声传感器，声信号，电信号
11．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路相接。当楼道内有人走动而发出声响时，电灯即被接通电源而发光，这种传感器为______，它输入的是______信号，经传感器转换后，输出的是______信号。
答案：声传感器，声音，电
12．某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)。如图6－16所示，测量时先调节输入端的电压，但转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可得与物体的质量成正比的输出电压U。
图6－16
现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，电键及导线若干；待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。
请完成对该物体质量的测量。
(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图6－17的方框中画出完整的测量电路图；
图6－17
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m；
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。
解答：
(1)见答案图6－1
答案图6－1
(2)测量步骤与结果：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。
②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0。
③将待测物放在转换器上，记下输出电压U。由U0＝km0g，得,测得U＝kmg，所以。
(3)①因电源电压不够而输出电压调不到零，②待测物体质量超过转换器量程。
金属板
金属膜
振动膜
外电路
图5
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