第六章 第1节
1．(2019·海南省三亚市华侨中学高二上学期期末)下列情况中，应用了温度传感器的是( D )
A．商场里的自动玻璃门 B．夜间自动打开的路灯
C．夜间有声音时就亮的楼梯灯 D．自动恒温冰箱
解析：商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器， A错误；夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器，C错误；自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确。
2．(多选)(2019·山东省青州二中高二上学期月考)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法正确的是( ABC )
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
解析：甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质位置变化。所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量，故ABC正确。
3．(2019·湖北省华中师大附中高二上学期期末)自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁，当磁铁运动到霍尔传感器附近时，就产生了霍尔电压，霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中，放大器就能检测到霍尔电压，这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时，检测到单位时间内的脉冲数为N，已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1，前轮的半径为R2，脉冲的宽度为Δt，峰值为Um，下列说法正确的是( C )
A．车速越快，脉冲的峰值Um越大
B．车速越快，脉冲的宽度Δt越大
C．车速为2πNR2
D．车速为2πNR1
解析：根据qvB＝q得，Um＝Bdv，由电流的微观定义式：I＝neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，整理得：v＝。联立解得：Um＝，可知保持电流不变，霍尔电压Um与车速大小无关；故A、B均错误；由题意如果在单位时间t＝1 s内测得的脉冲数为N时，则自行车的转速为n0＝，则车速为v＝2πNR2，故C正确，D错误。
第六章 第1节
[练案12]
一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)
1．传感器是指这样一类元件，它通常能把非电学量(如力、光等)的变化，转换为电学量(如电流、电压等)的变化或电路的通断，它在自动控制中有着广泛的应用。关于制作传感器所需要的元器件，下列说法错误的是( D )
A．热敏电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
B．金属热电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
C．光敏电阻能够把光照强弱的变化转换为其阻值的变化
D．所有传感器都是由半导体材料制作的
解析：热敏电阻、金属热电阻、光敏电阻都是把温度或光照强度的变化转换为其阻值的变化，从而使电路中电流或电压发生变化，故选项ABC正确；并非所有的传感器都是由半导体材料制成的，半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料都可以用来制作传感器，故选项D错误。
2．如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( B )
A．θ′＝θ B．θ′<θ
C．θ′>θ D．不能确定θ和θ′的关系
解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当用手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确。
3．如图所示，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( A )
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．该仪器的使用不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错。
4．如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是( ABC )
A．该传感器利用了钨丝的物理性质
B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
解析：由题目中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用了钨丝的物理性质；从而可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故A、B、C正确，D错误，故选ABC。
5．(2019·江苏省扬州中学高二下学期期中)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0，如图甲所示。当升降机在其他不同的运动过程中，电流表的示数分别如图乙、丙、丁所示，则下列判断中正确的是( ABC )
A．压敏电阻所受压力越大，电流表示数就越大
B．如图乙所示，升降机可能做加速度增大的变加速上升运动
C．如图丙所示，升降机内的物体处于超重状态
D．如图丁所示，升降机内的物体处于失重状态
解析：压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，则由欧姆定律可知，压力越大，电流表示数就越大，故 A正确；由乙图可知，电流均匀增大，故说明压力是增大的，则可知，物体的加速度是向上且增大的，故物体可能做加速度增大的变加速上升运动，故B正确；由丙图，电流为静止时的两倍，而且不变，由欧姆定律知，其电阻减小，且不变，则压力增大且不变，加速度向上，故物体处于超重状态，故C正确；由丁图可知，电流大于静止时的电流，则说明压力增大，物体加速度向上，故处于超重状态，故D错误。
6．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( AB )
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．如果用戴了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作
解析：电容触摸屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一个极板，故 A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，故电容越大，B正确，C错误；如果戴了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误。
二、非选择题
7．如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50 Ω，当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。电源电动势为6 V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？
答案：温度不小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光
解析：热敏电阻与继电器串联，若使电流不小于Ic＝20 mA，则总电阻不大于R总＝＝300 Ω。由于R总＝Rr＋Rx，则RT不大于250 Ω。由甲图可看出，当RT＝250 Ω时，温度t＝50 ℃，即温度不小于50 ℃。
课件51张PPT。第六章传感器
〔情 景 切 入〕
2013年12月15日4时35分，中国自己研制的“玉兔号”月球探测车(如图)缓缓驶上月球，在月面上印出一道深深的痕迹，开始月面巡视勘察。
“玉兔号”月球车重约140 kg，由移动、导航控制、结构与机构……8个分系统组成，可对月球表面进行三维成像和光谱分析，同时还可以检测月壤的厚度和结构、分析月表物质的主要元素等。
在远离地球38万公里的月球上，“玉兔”为什么能如此听话地去完成各项任务？是谁充当了它的感觉器官？本章内容会帮你解开这些谜团。
〔知 识 导 航〕
传感器是将物理中的非电学参量转化为便于测量的电学量的一类元件，其工作过程是按一定规律某一元件对某一物理量敏感，将这一物理量转化为便于利用的信号，如光电传感器利用光敏电阻将光信号转化为电信号，电信号便于与其他仪器连接，进行监测或自动化控制。
本章共三节。第一节“传感器及其工作原理”，主要讲述了什么是传感器及制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的特性及在传感器中的作用。第二节“传感器的应用”介绍了几种常见传感器：力、声、温度和光传感器在实际中的应用，感受传感技术给人们的生活带来的便利。第三节是通过传感器的应用实验，获取对自动控制电路设计的感性认识并了解光控开关电路、温度警报器及控制原理。
本章重点：传感器的工作原理，传感器的应用以及应用控制。
本章难点：传感器的应用实例。
〔学 法 指 导〕
1．要熟悉一些敏感元件的物理性质以及某些功能材料的特殊物理性能，如光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、双金属片、电磁继电器、二极管、斯密特触发器、滑动变阻器的分压作用等，了解它们的工作特点，对分析传感器原理，设计一些控制电路是很有帮助的。
2．认真阅读教材，特别是通过教材中的大量图片，明确电子秤、话筒、电熨斗、电饭锅和光电鼠标的原理。注意收集生活中的各种传感器，结合实物、原理图、结构图或电路图等及所学物量知识理解它们的工作原理。
3．重视理论联系实际，随着科技的发展和社会的进步，传感器的应用已经越来越普及，所以在学习过程中要多留意身边的一些简单的控制电路，一些家用电器的工作原理等等，这样可以帮助理解传感器的原理，培养自己学习的兴趣。第一节 传感器及其工作原理素养目标定位素养思维脉络课前预习反馈1．定义
传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、________________、化学成分等__________量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的________的元件。
2．工作原理知识点 1传感器温度、光、声 非电学 通断 1．特点
电阻值随光照增强而________。
2．原理
光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的增强，载流子________，导电性________。
3．作用
光敏电阻能够把____________这个光学量转换为________这个电学量。知识点 2光敏电阻减小 不好 增多 变好 光照强弱 电阻 知识点 3热敏电阻和金属热电阻减小 增大 范围大 温度 电阻 1．组成
在一个很小的矩形__________薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件。
2．原理
E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在____________作用下，向着与电流和磁场都________的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)知识点 4霍尔元件半导体 洛伦兹力 垂直
3．霍尔电压
UH＝________，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就与B成正比。
4．作用
霍尔元件能够把______________这个磁学量转换为________这个电学量。 磁感应强度 电压
『判一判』
(1)传感器可以把非电学量转换为电学量 ( )
(2)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越大。 ( )
(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低。 ( )
思考辨析 √
×
×
(4)金属热电阻随温度的升高导电能力增强，它的化学稳定性好，测量范围大。 ( )
(5)热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 ( )
(6)霍尔元件一共有两个电极，电阻这个电学量就通过这两个电极输出。 ( )×
√
×
『选一选』
非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)如图，其应用的传感器是 ( )
A．压力传感器
B．光电式传感器
C．生物传感器
D．温度传感器
解析：自动感应水龙头应用的是光电传感器。B 『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？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。课内互动探究探究一 传感器的工作原理如图，机器人在踢足球，机器人就是通过传感器“看到”事物的。想一想，传感器的作用是什么？
提示：传感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，接收外界的光、声音、温度等信息并把它们转换为便于测量、传输、处理和控制的电学量(电压、电流)。13．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。
4．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。 (多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源，B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。下列说法正确的是 ( )
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次BC 例 1解题指导：解决含有光敏电阻的直流电路动态问题时，首先要明确该敏感元件阻值大小的变化规律，然后根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的特点来分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况。〔对点训练1〕 (多选)(2019·山东省临朐高二下学期检测)如图所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图。图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R。当油箱内油面下降时，下列分析正确的有 ( )
A．触点O向下滑动
B．触点O向上滑动
C．电路中的电流增大了
D．电路中的电流减小了
解析：当油箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项B、D正确。BD 探究二 常见的传感器元器件在汽车点火系统中，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元(ECU)的初级电流。想想看，霍尔式点火脉冲发生器与传统点火系统比较，有什么优点呢？2提示：相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损、免维护，能够适应恶劣的工作环境，能够较大幅度提高发动机的性能。1．光敏电阻
(1)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。
(2)光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。
光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，如图所示，①为某一热敏电阻的“R－T”特性曲线。(2)热敏电阻的两种型号及其特性
热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。(3)热敏电阻的用途
热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：
①利用温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；
②利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；
③利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面等。
(4)金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如上图中的②为金属热电阻“R－T”特性曲线。
相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。3．霍尔元件
(1)霍尔效应
如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体时，在导体的上侧面A与下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。4．电容
(1)原理：电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移s、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。
(2)用途
例如：图(1)是用来测定角度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。
图(2)是测定液面高度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。
图(3)是测定压力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。
图(4)是测定位移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。 用多用电表的欧姆挡观察NTC热敏电阻的特性，如右图所示，方法是：将多用电表选择开关置于欧姆挡，再将两表笔与热敏电阻的两端相连，这时的表针指在表盘的中央刻度上，若将刚从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻，表的指针向______偏转(填“左”或“右”)；若将一杯热水靠近热敏电阻并接触，表的指针向______偏转(填“左”或“右”)。左 例 2右
解题指导：此类问题一定要弄清热敏电阻是负温度系数还是正温度系数的。另外金属热电阻都是正温度系数的。
解析：将刚从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻，NTC热敏电阻是负温度系数的，降低温度，其电阻变大，表针向左偏转；将一杯热水靠近并接触热敏电阻，热敏电阻的温度升高，其电阻变小，指针将向右偏转。〔对点训练2〕 (2019·山东师大附中高二上学期学分认定)江海里的航标灯(如图)要求夜晚亮、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．三特性都利用了解析：利用光照的不同改变半导体元件的电阻率，实现光控制。B 核心素养提升易错点：不能正确分析敏感元件所处的物理状态，导致错误
案例：如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，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做简谐运动，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，灵敏电流计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易错点：不能正确分析敏感元件所处的物理状态，导致错误
案例：如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，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做简谐运动，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，灵敏电流计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D 易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：课堂基础达标课后课时作业
