课件30张PPT。章末专题归纳非电学量电学量通断温度光力声1．传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示：专题一 传感器的工作原理及常用敏感元件2．常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
(2)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，热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种。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。3．传感器应用的一般模式为[例 1] 一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图6－1甲所示，请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路。当温度高于某一值后红色指示灯亮。而温度低于这一值时绿色指示灯亮。 图6－1给你的器材有；如图6－1乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点。c、d为常开触点)。热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干等。[思路引导] 热敏电阻在温度较高时阻值较小，此时与之串接的电路电流较大。只有流过继电器的电流增大到恰当值，才会使继电器工作使c、d闭合。[解析] 由图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低，是负温度系数的热敏电阻，设计的控制电路如下图所示。当温度低于这一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮。当温度高于这一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮。滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制。[答案] 设计的控制电路如下图所示：方法总结
滑动变阻器在电路中作限流式连接，若增大滑动变阻器的值，则控制的温度值增大；若减小滑动变阻器的值，则控制的温度值减小。1．如图6－2所示，一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是［变式训练］图6－2A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
解析 R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确。
答案 D传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，原理较难理解，搞清传感器的工作原理是求解问题的关键。
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。专题二 分析传感器工作原理的思路和方法2．输出信号分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。
3．电路结构分析
认真分析传感器所在电路的结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
几种传感器与其相联系的物理知识[例 2] 如图6－3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。 图6－3 (1)为了通过测量得到如图6－3所示I－U关系的完整曲线，在图6－4甲和图6－4乙两个电路中应选择的是图____________________________________________；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6－4(2)在如图6－5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6－5 (3)举出一个应用热敏电阻的例子。
[思路引导]
(1)为得到I－U关系的完整曲线、滑动变阻器应接成分压式电路；
(2)应根据串并联电路特点和I－U图像求电压和电阻。[答案] (1)甲 因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大
(2)5.0 117.6
(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)2．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，某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图6－6甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。问：［变式训练］图6－6 (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片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，则造成工作电路不能工作的原因可能是___________________________
______________________________________________解析 (1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处。
(2)为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，这样使报警温度提高，滑动变阻器的滑片应左移。
答案 (1)a (2)左 (3)电源提供电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大第六章 传感器
(本卷满分100分，考试用时90分钟)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分)
1．(2018·杭州高二检测)某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是
A．热敏电阻和光敏电阻 B．金属热电阻和光敏电阻
C．热敏电阻和霍尔元件 D．光敏电阻和驻极体话筒
解析 两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确。
答案 D
2．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
解析 题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照或温度一个条件满足即可，A、C、D错，B对。
答案 B
3．如图1所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时，则
图1
A．电路中的电流减小，油箱油面降低
B．电路中的电流减小，油箱油面升高
C．电路中的电流增大，油箱油面降低
D．电路中的电流增大，油箱油面升高
解析 当油箱油面升高时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，回路电阻减小，电流增大，故D项正确。
答案 D
4．某仪器内部电路如图2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三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上)。当金属块处于平衡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，则下列说法正确的是
图2
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、乙灯均不亮
解析 向右加速时，M向左移动，b与a接触，乙灯亮；当刹车时，M向右移动，b与c接触，甲灯亮。故选项B正确。
答案 B
5．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的变化而变化，在如图3甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标，有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)——CO浓度曲线，如图乙所示，在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是
图3
解析 U0＝IR0＝，一氧化碳浓度c增大，电导增大，电阻R传减小，U0增大，但不是正比关系。选项A正确，B、C、D错误。
答案 A
6．如图4所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是
图4
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
解析 由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上使其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对。
答案 C
7．传感器是一种采集信息的重要器件，图5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
图5
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
解析 当下压时，因为C＝，d减小，C增大，在U不变时，因为C＝，Q增大，从b向a有电流流过，②正确；当F变化时，电容器两板的间距变化，电容变化，电容器上的带电荷量发生变化，电路中有电流，④正确，故选A。
答案 A
8.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图6所示装置。向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1。然后换成向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是
图6
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
解析 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源故不能用电流表，A、B均错；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确。
答案 D
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)
9．下列说法正确的是
A．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的元件
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感应强度这个磁学量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的元件，A错误。
答案 BCD
10．(2018·南京高二检测)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图7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
图7
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 当声波使膜片M向右运动时，电容器极板间距减小，电容变大，电荷量Q＝UC变大，电源要继续给电容器充电，所以导线AB中有向左的电流，故选项A、C正确。
答案 AC
11．如图8所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是
图8
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
解析 光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确。
答案 AD
12．如图9所示，Rt为金属热电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是
图9
A．金属热电阻温度升高，其他条件不变
B．金属热电阻温度降低，其他条件不变
C．光照增强，其他条件不变
D．光照减弱，其他条件不变
解析 电压表示数增大，而R3为定值电阻，说明通过R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于Rt减小或R1增大引起的，由金属热电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。
答案 BD
三、非选择题(本题共5小题，共52分)
13．(8分)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10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________(填序号)。
图10
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
解析 当温度由零升到t1的过程中，PTC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，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大。当温度继续升高，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境的温度差也就越大，电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在t1和t2之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，即电热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温。当t1＜t＜t3时，P＞P′，温度自动升高到t3；当t3＜t＜t2时，P＜P′，温度自动降到t3，实现自动保温，故①、④正确。
答案 ①④
14．(8分)(1)用如图11所示的传感器可以测运动物体的位移，说明它的工作原理是什么？
图11
(2)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件，它的结构是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，如图12所示，它是传感器吗？
图12
解析 (1)它可以将位移变化转化为电容信号，当物体向左运动时，电容增大；当物体向右运动时，电容减小。
(2)它是传感器，可以感知磁场。玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，当存在磁场时，如条形磁铁靠近，两个簧片被磁化而相互吸引接触，灯泡就发光，因此能感知磁场的存在。
答案 见解析
15．(12分)为了节能和环保，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RG在不同照度下的阻值如表所示：
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)根据表中的数据，请在图13给定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；
图13
(2)如图14所示，当1、2两端所加电压上升至2V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14
提供的器材如下：
光敏电阻RG(符号，阻值见表)；
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 (2)原理：利用串联电路的分压规律设计电路。当照度降低至1.0 1x时，光敏电阻为RG＝20 kΩ，由题中信息可知U12＝2 V，E＝3 V，＝，
所以R＝10 kΩ，定值电阻应选R1。
答案 (1)如图甲所示 光敏电阻的阻值随光照度的增大而非线性减小 (2)如图乙所示
16．(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，角速度计的结构如图15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：
图15
(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＝
17．(14分)如图16甲所示，一条形磁铁置于水平转台上随转台一起做匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘。从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图乙所示。图中横坐标为时间轴，读数为3秒/格，纵坐标为磁感应强度。
图16
(1)请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；
(2)请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台向心加速度。
解析 (1)由图像可知，在测量期间，取磁铁转动的最大周期数为7个周期，用时51 s，故平均角速度为ω＝θ/t＝ s＝0.86 rad/s。
(2)类比加速度的定义，角加速度为角速度的增量与所用时间的比值。测量期内，第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔为t＝42 s。第一个周期的时间为6 s，角速度为ω1＝2π/6 rad/s＝1.05 rad/s。第七个周期约为8 s，ω2＝2π/8 rad/s＝0.79 rad/s，角加速度为a＝(ω2－ω1)/t＝(0.79－1.05) rad/s/42 s＝－0.006 2 rad/s2。
答案 (1)0.86 rad/s (2)－0.006 2 rad/s2
