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课时素养评价
十四 大显身手的传感器
(15分钟·30分)
一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)
1.高考考场、机场、车站等地点都装有安检门，安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，所以安检门也叫金属探测门，以下关于这个安检门的说法正确的是
( )
A.这个安检门也能检查出毒品携带者
B.这个安检门只能检查出金属物品携带者
C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者
D.这个安检门工作时，只利用了电磁感应现象
【解析】选B。这个安检“门”是利用涡流工作的，因而只能检查金属物品携带者，A错，B对。若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使金属物品产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错。安检“门”工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D错。
2.如图是酒精测试仪的原理图，R0为定值电阻。已知酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，如果测试到的酒精气体浓度越大，那么
( )
A.传感器的电阻越大
B.电压表的示数越大
C.通过传感器的电流越小
D.电路消耗总功率越小
【解析】选B。由题意可知，酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，酒精气体浓度越大，则酒精气体传感器电阻越小，故A错误；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，传感器分压越小，定值电阻分压越大，电压表示数越大，故B正确；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，电路电流越大，通过传感器的电流越大，电源电动势不变，由P=EI可知，电路消耗的总功率越大，故C、D错误。
3.电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即为“闯红灯”，电子眼拍照，则红灯亮时
( )
A.车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流
B.车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C.车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增加后减小
D.汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
【解析】选B。车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由乙图可知，当车轮经过感应线时电流先增大后减小，然后再反向增大减小；因电压是在受压时产生的；故说明电容器先充电后放电；故B正确，C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D错误。
【补偿训练】
如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻为r。不称重物时，滑片P在A端；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器接入电路的阻值发生变化，通过电流表的示数即可显示被称物体的重量值。在P滑动过程中，弹簧始终未超出弹性限度。则闭合开关S后，下列说法不正确的是
( )
A.不称重物时电路中有电流
B.所称物体越重，电源两端电压越高
C.所称物体越重，滑动变阻器R两端电压越低
D.所称物体越重，电源的总功率越大
【解析】选B。不称重时，P在A端，接入电路的电阻最大，电流最小，但不为零，故A正确；
所称物体越重，P越向下，接入的电阻越小，电流越大，根据U=E-Ir知路端电压越小，R0的电压U0=IR0越大，所以滑动变阻器分压越小；
总功率P总=EI，E不变，I增大，总功率增大，故B错误，C、D正确。
二、计算题(12分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)
4.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的，如图甲所示，电源的电动势E=9
V，内阻不计，G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的关系如图乙所示。闭合S，当R的温度等于20
℃时，电流表示数I1=2
mA；当电流表的示数I2=3.6
mA时，热敏电阻的温度是多少？
【解析】由乙图知，t=20
℃时，R=4
kΩ
根据闭合电路欧姆定律有I=
解得Rg=500
Ω
又因I2= 即3.6×10-3
A=
故R′=2
kΩ。由乙图知t′=120
℃
答案：120
℃
(10分钟·20分)
5.(20分)如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中，这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求：
(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。
(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？
(3)若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
【解析】(1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得：
2kx=ma
①
电压表的示数为
U=E
②
由以上两式解得
a=(E-2U)
③
(2)均匀。因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。
(3)当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数Um=E，电压表指针指在满刻度的位置时，U=E
代入③式解得a=-
即加速度大小为，方向向左
答案：(1)a=(E-2U)
(2)见解析 (3) 方向向左
【补偿训练】
(多选)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】选A、C。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。
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PAGE(共31张PPT)
第3节 大显身手的传感器
1.自动门：
(1)控制自动门的开关是一种_______传感器。
(2)自动感应门系统的三个环节：
首先，检测门前是否有人；
其次，判断检测结果，发出指令；
最后，执行命令(开、关门)。
必备知识·素养奠基
红外线
2.洗衣机水位控制装置：如图所示，筒中水位
到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与
________脱离，并与________接触，从而接通
控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动
机电源，开始洗涤衣物。
静触点b
静触点c
3.指纹识别器：当手指放在绝缘表面上时，皮肤就组成了电容阵列极板的另一
面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的_____不同，使电容阵列中不同位
置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的_____，就能够获取指纹信
息，转换成电信号。
距离
差异
4.传感器与机器人：
(1)机器人的组成：机械系统、___________、信息处理和控制系统。
(2)机器人传感器的分类：
①外部传感器：感知外部_________和外界事物对机器人的刺激。
②内部传感器：用于检测机器人自身的_____。
传感器系统
工作环境
状态
关键能力·素养形成
传感器的应用
1.自动门控制器应用了红外线传感器。
2.洗衣机水位控制器应用了压力传感器。
3.指纹识别器应用了电容传感器。
4.机器人应用了视觉、超声波、语音、压力、温度、角度等多种传感器。
【思考·讨论】
如图是中大型超市卖场在入口处安装的自动感应单向门，人走到跟前就会自动
打开，过去之后自己关闭，这种感应门的工作原理是什么呢？
(物理观念)
提示：当单向门上的(雷达或者红外线)传感器检测到有人到达入口时，发出开
门信号，门自动打开。
【典例示范】
1.如图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，呈现高阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是
( )
A.进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B.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
C.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
D.以上说法均不正确
【解析】选B。挡板不透明，平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高阻状态。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，光电三极管电阻变小，检测电路检测出变化发出警报。该传感器是用光传感器实现报警的，故B项正确，A、C、D三项错误。
2.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，
A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端
固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容
器的电容。现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭
合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时
( )
A.电容器的电容将减小
B.灵敏电流表指针在正中央零刻度处
C.灵敏电流表指针向左偏转
D.灵敏电流表指针向右偏转
【解析】选D。压力增大，则电容器两极板的间距变小，电容变大。因为电容器两极板间电压不变，所以电容器要充电，电流从正接线柱到负接线柱流过电流表，指针向右偏。
【素养训练】
1.(多选)呼吸机是重症及危重症新冠肺炎患者最需要的医疗设
备，改善呼吸是治疗新冠肺炎的重要手段，为保持患者获得持
续、舒适的呼吸功能，需要呼吸机中设计安装多个传感器，用
于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度
等参数指标，下列哪些传感器是呼吸机必须搭载的
( )
A.气体质量流量传感器
B.压力传感器
C.光传感器
D.温度传感器
【解析】选A、B、D。呼吸机需要实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，因此需要安装气体质量流量、压力、湿度、温度等传感器，故A、B、D都正确，C错误。
2.据驱动中国消息，京东的智慧物流有20余台配送机器人上阵，开启了全球首次全场景常态化配送运营。该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是应用了
( )
A.力传感器
B.光传感器
C.温度传感器
D.声传感器
【解析】选C。人是有体温的，机器人礼让行人就是利用了温度传感器的原理，故C正确。
【补偿训练】
1.(多选)机器人技术发展迅速，以下哪方面是现有的机器人能很好地完成的
( )
A.汽车工业中自动焊接领域
B.深水探险
C.艺术体操和与人对话
D.机械加工
【解析】选A、B、D。现有的机器人技术仅限于制造工艺、计算机技术和传感器技术，还很难达到类似人对肢体的控制能力，其动作精确但较僵硬，语音识别能力还很差，但在其他几个方面机器人都有较好表现。
2.传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一
种元件。如图所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号。电
路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平
方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a
在振动过程中
( )
A.a、b之间的电场强度不变
B.a、b所带的电荷量不变
C.电路中始终有方向不变的电流
D.向右位移最大时，电容器的电容量最大
【解析】选D。a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由
知电场强度变化，A错误；由
知d变化时C变化，a向右位移最大
时，电容最大，电容量最大，D正确；由Q=CU知a、b所带电荷量变化，电路中
电流方向改变，B、C错误。
【拓展例题】考查内容：水位报警器
【典例】如图所示是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流
时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，若要求水位正常时绿
灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各1个，红灯泡应安在
_________位置，绿灯泡应安在_______位置(均选填“A”或“B”)。
【解析】当水位正常时，容器中的金属片断开，电磁铁断电没有磁性，绿灯所在电路接通，绿灯亮；当水位升高时，水是导体，当水位达到一定高度使容器中金属片接通时，电磁铁具有磁性，把衔铁吸引下来，红灯所在电路接通，红灯亮，发出报警信号。
答案：B A
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.现代生活中，人们越来越离不开手机，为通信而创造的智能手机，越来越智能化，手机上装有多种传感器，当人们接通电话，将手机放在耳边时，原本亮着的屏幕会熄灭，这是由于屏幕上方安装了
( )
A.温度传感器
B.压力传感器
C.加速度传感器
D.距离传感器
【解析】选D。当人们接通电话将手机放在耳边时，距离传感器发出的超声波遇到物体后反射回传感器，传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，当小于系统设置的临界点时原本亮着的屏幕就会熄灭，故D正确，A、B、C错误。
2.有一种在有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】选B。题中提到有光照或温度升高时排气扇都能启动，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满足一个条件即可，A、C、D错误，B正确。
3.如图所示是一个测定液面高度的传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物
质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外
电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h的变化
情况为
( )
A.h增大
B.h减小
C.h不变
D.无法确定
【解析】选A。由题图知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，导电液体深
度的变化引起两极正对面积S的改变，电容的计算公式为
，电容增大，
说明正对面积增大，故导电液体深度h增大。
4.张强同学用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控
制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。如图所示，下列对故障判断正确的是
( )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
【解析】选C。由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误。
【新思维·新考向】
情境：新冠肺炎疫情期间，涌现出多种智能测温终端成为许多社区、校园和办
公楼宇的“复工神器”，人只要在测温终端前站定，就能自动测量体温。
问题：(1)上述测温仪器的主要测温部件是什么？
(2)智能测温设备与手持测温枪相比有哪些优势？
提示：(1)主要部件是红外线传感器。
(2)智能测温设备可以将测温的时间大大缩短，更能减少人员
接触，降低感染风险。
答案：见解析
