(共13张PPT)
第三章 传感器
高考资源网WWWkS!5u.comc高考资源同网你身边的高专象
考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全
定义:能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成①
信号的器件或装置,通常
由
和图3
组成
分类
(1)按被测量划分;(2)按工作原理划分;(3)按能量传递方式划分
原理:温度传感器可将团
的变化转换为电学量的变化;光电传感器是将图
的
变化转换为电学量的变化
传感器
生活中:温度、光敏、压力、红外线控制器等
农业生产中:团
湿度传感器等
应用
工业生产中:光纤、位移传感器等
飞向太空的传感器:遥测、遥控、生理传感器等
实验:用传感器制作
装置
知识体系网络构建
宏观把握·理清脉络
专题归纳,整合提升
归纳整合·深度升华章末过关检测(三)
(时间：90分钟，满分：100分)
一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列器件是应用力传感器的是 ( )
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
解析：选D.鼠标器中的传感器是光传感器；火灾报警器中的传感器是光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，选项D正确．
2．指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用( )
A．乘坐客车购票时
B．过公路收费处时
C．放学出校门口时
D．开银行保险柜时
解析：选D.指纹识别用于对特定人的身份识别，在具有特殊要求的场合应用此项技术，A、B、C三项不需要严格的身份验证，所以不必使用这一技术．
3．目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所，关于金属探测器的下列有关论述正确的是( )
A．金属探测器可用于月饼生产中，用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中
B．金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物，是因为探测器的线圈中能产生涡流
C．使用金属探测器的时候，应该让探测器静止不动，探测效果会更好
D．能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品，是因为探测器的线圈中通有直流电
解析：选A.金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈，会在隐蔽金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用．当探测器对于被测金属发生相对移动时，探测器中的线圈的交流电产生的磁场相对变化较快，在金属中产生的涡流会更强，检测效果更好．正确选项为A.
4. 如图所示，将一光敏电阻接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，表针自左向右的偏转角度为θ；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏转角度为θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ
C．θ′＞θ D．不能确定
解析：选B.光照减弱时，光敏电阻的阻值变大，指针偏角变小，故选B.
5. 如图所示，足够长的直线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行，用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图象是( )
解析：
选C.通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，因此根据磁感线的分布，再由磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小可知，因为ab线段的长度大于通电螺线管的长度，由条形磁铁磁感线的分布，可知C正确，如果ab线段的长度小于通电螺线管的长度，则应该选B.由于足够长的直线ab，C正确．
6．如图所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图，E为电源，G为灵敏电流计，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．已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为电流从左边接线柱流进电流计，指针向左偏．如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转，则( )
A．导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在增大
B．导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在增大
C．导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在减小
D．导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在减小
解析：选D.本题中电容传感器与电源连接，其两端电压保持不变．电流计指针向左偏转，说明流过电流计G的电流由左→右，则导体芯A所带电荷量在减小，由Q＝CU可知，导体芯A与液体形成的电容器的电容减小，则液体的深度h在减小，故D正确．
7．法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁阻效应(GMR)而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小．下列说法正确的是( )
A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
解析：选C.如果存在磁铁矿，则巨磁阻(GMR)大幅度减小，流过巨磁阻(GMR)和R电路的电流大幅度增大，由UR＝IR知，R两端电压增大，因此，巨磁阻(GMR)两端电压减小，即A端电平升高，则非门电路输出端Z电平降低，则指示灯两端电压升高，指示灯亮，如果将电阻R调大，则A端电平调得更高，Z端输出的电平更低，则指示灯的电压更大，指示灯更亮，该探测仪的灵敏度提高，故A、B、D错，C对．
二、多项选择题(本大题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．关于话筒，下列说法正确的是( )
A．无论动圈式话筒、电容式话筒、还是驻极体话筒，作用都相同，都将声波——力学量转换成了电压(或电流)——电学量
B．电容式话筒和驻极体话筒原理相同，都是声波的变化引起电容变化，进而引起输出电压的变化
C．动圈式话筒是利用电磁感应现象工作的
D．因为驻极体话筒价格便宜、灵敏度高，会场大都用驻极体话筒
解析：选ABC.话筒的原理都是将声信号转换为电信号，A正确．驻极体话筒与电容式话筒原理相同，B正确．动圈式话筒的原理是电磁感应现象，故C正确．驻极体话筒功率小不适用于会场，D错误．
9．如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
答案：ACD
10．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．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．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
解析：选AD.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对．
11. 如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于交流是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场，在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以酞酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机正常转动以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小．以下判断正确的是( )
A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少
C．电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的
D．电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
解析：选BD.启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，B正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则D正确．
12．如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( )
A．电势φa>φb
B．电势φb>φa
C．电流增大时，|φa－φb|增大
D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样
解析：选AC.铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa>φb，A对，B错；因|φa－φb|＝k，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C对；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错误．
三、非选择题(本大题共4小题，共42分．按题目要求解答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(8分) 电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70 ℃～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70 ℃～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“<”“＝”或“>”)．若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．
解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70 ℃时自动闭合，当温度达到70 ℃～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2>R3，由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．
答案：见解析
14．(10分)如图甲所示是某同学探究热敏电阻阻值随温度的变化规律时设计的电路图．
(1)根据电路图，在图乙的实物上连线．
(2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图丙所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而______．
(3)他将这个热敏电阻接入如图丁所示的电路中，已知电源电压为9 V，R1＝30 Ω，内阻不计的毫安表读数为500 mA，则R2的阻值为________．
解析：由热敏电阻的伏安特性曲线可知：随电流、电压的增大(即功率增大，温度升高)，曲线斜率也增大，因此电阻阻值减小．电源内阻不计，则通过R1的电流I1＝＝ A＝300 mA.通过R2和R的电流为
I2＝IA－I1＝500 mA－300 mA＝200 mA，
由R的伏安特性曲线可以读出，当I2＝200 mA时，R两端的电压为U＝4 V，则R2两端的电压U2＝E－U＝5 V，所以R2＝＝ Ω＝25 Ω.
答案：(1)连接实物图如图所示
(2)减小 (3)25 Ω
15．(10分)型号为74LS14的集成块里面有6个非门，其引脚如图甲所示，这种非门由于性能特别，称为斯密特触发器．当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行自动控制所必需的．
现用斯密特触发器与热敏电阻RT组成温度报警器，电路如图乙所示，图中蜂鸣器可以选用YMD或HMB型，它两端的直流电压为4 V～6 V时会发出鸣叫声；RT为热敏电阻，常温下阻值约几百欧，温度升高时阻值减小．R1的最大电阻可在1 kΩ～2 kΩ间选择．
接通电源后，先调节R1使蜂鸣器在常温下不发声．再用热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警声．
请你说明这个电路的工作原理．想一想：怎样能够使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
解析：该电路的工作原理是：常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，报警温度不同．
要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高．
答案：见解析
16．(14分)用如图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夹着一个质量为2.0 kg的滑块，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的示数均为10 N(取g＝10 m/s2)．
(1)若传感器a的示数为14 N，传感器b的示数为6 N，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．
解析：(1)左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，
右侧弹簧对滑块向左的推力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
F1－F2＝ma1
所以a1＝＝ m/s2＝4 m/s2
a1与F1同方向，即向前(向右)．
(2)传感器a的读数恰为零，则左侧弹簧的弹力F1′＝0，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F2′＝－20 N．滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，
所以a2＝＝－10 m/s2，
负号表示方向向后(向左)．
答案：(1)4 m/s2 向前(右) (2)10 m/s2，向后(左)
PAGE
- 7 -本章优化总结
[答案速填] 可用 敏感元件 转换元件 热学量 光学量 温度 自控
传感器的工作原理[学生用书P67]
1．传感器的工作原理：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．
―→―→―→―→
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)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．
(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．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．
(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．
压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是( )
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
[解析] 在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D错误．
[答案] B
传感器的应用[学生用书P68]
1．传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用
(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息．
(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构．
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．
2．分析传感器问题时应注意
(1)传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解．但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键．因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析．
(2)很多与传感器有关的较复杂的实际应用问题，只是借助传感器的外壳，实际考查的是利用所学物理知识，分析问题，处理问题的能力．
(3)处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
①传感器所在的信息采集部分；
②转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；
③执行电路．
有一种测量人体重的电子秤，其原理如图所示．它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)．其中AO∶BO＝5∶1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.68 V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少？
[解析] (1)由表中数据可归纳得出压力每增加50 N，压力传感器的电阻减小30 Ω.可以表达为：
R＝300－0.6F(Ω)．
(2)依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R1＝300 Ω，电路中的电流为I＝＝ A＝15.6 mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6 mA处．
(3)当电流表刻度盘的读数为I2＝20 mA时，压力传感器的电阻
R2＝＝ Ω＝234 Ω，
由R＝300－0.6F，得F2＝110 N，
再由F2·AO＝G·BO得G＝550 N.
[答案] (1)R＝300－0.6F(Ω) (2)15.6 mA
(3)550 N
PAGE
- 3 -(共36张PPT)
章末过关检测(三)
高考资源网WWWkS!5u.comc高考资源同网你身边的高专象
考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全
