1、第三章 传感器第一节 认识传感器1国家标准(GB766587)给出的传感器定义是：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由_、_和_组成2传感器是一种_装置，能感受到被测量的_，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为_或其他所需形式的信息输出，以满足信息的_、处理、_、显示、记录和_等要求3传感器可按下列三种不同的方法进行分类：(1)按_ 分类；(2) 按_分类；(3)按_分类4为解决楼道的照明问题，在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路相接当楼道内有走动且发出声响时，电灯即被电源接通而发光，这种传感器为_传感器，它输入的是_信号，经传感器转换后，输出的是_信号
2、5(双选) 下述仪器或装置用到传感器的有( )A自动报警器 B天平C电视遥控器 D秒表6(双选) 传感器是一种采集信息的重要器件，如图 1 所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力 F 作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是( )图 1A若 F 向上压膜片电极时，电容将减小B若电流计有示数，则压力 F 发生变化C若电流计有向右的电流通过，则压力 F 在增大D电流计有向右的电流通过，则压力 F 在减小7在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )A光传感器 B温度传感器
3、C声传感器 D压力传感器【概念规律练】知识点一 电容式话筒的工作原理1(双选) 电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图 2 所示Q 是绝缘支架，薄金属膜 M 和固定电极 N 形成一个电容器，被直流电流充电当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流当膜片向右运动的过程中，有( )图 2A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2(双选) 如图 3 所示，电容式话筒右侧固定不动的金属板 b 与能在声波驱动下沿声源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 分别通过导线与恒定电源两极相接声源 S 做位移为 xAsin 2
4、000t 的振动，则有( )图 3Aa 振动过程中 a、b 板之间的电场强度不变B导线中的电流的频率为 2 000 HzC导线中的电流的频率为 1 000 HzDa 向右位移最大时，a、b 板形成的电容最大知识点二 霍尔元件3如图 4 所示，有电流 I 流过长方体金属块，金属块宽为 d，高为 b，有一磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为 n，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？图 44图 5 是霍尔元件的工作原理示意图，如果用 d 表示薄片的厚度，k 为霍尔系数，对于一个霍尔元件 d、k 为定值，如果保持 I 恒定，则可以验证 UH 随 B 的变
5、化情况以下说法不正确的是(工作面是指较大的平面 )( )图 5A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面， UH 将变大B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角， UH 将发生变化【方法技巧练】传感器电路的分析技巧5动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图 6 甲所示是话筒原理图，图乙所示是录音机的录音、放音原理图，由图可知图 6话筒工作时磁铁不动，线圈移动而产生感应电流录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场录音机录
6、音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场其中正确的是( )A BC D6如图 7 所示为某种电子秤的原理示意图，AB 为一均匀的滑线电阻，阻值为 R，长度为 L，两边分别有 P1、P 2 两个滑动头，P 1 可在竖直绝缘光滑的固定杆 MN 上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P 1 刚好指着 A 端，P 1 与托盘固定相连，若 P1、P 2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小已知弹簧的劲度系数为 k，托盘自身质量为 m0，电源电动势为 E，内阻不计，当地的重力加速度为 g.求：图 7(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P 1 离 A
7、 的距离 x1；(2)托盘上放有质量为 m 的物体时， P1 离 A 的距离 x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节 P2，使 P2 离 A 的距离也为x1，从而使 P1、 P2 间的电压为零校准零点后，将物体 m 放在托盘上，试推导出物体质量m 与 P1、P 2 间的电压 U 之间的函数关系式1霍尔元件能转换哪个物理量( )A把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C把力转换为电压这个电学量D把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量2电子秤使用的是( )A超声波传感器 B压力传感器C温度传感器 D红外传感器3(双选) 关于话筒，下
8、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，都将声波这个力学量转换成了电压或电流这个电学量B电容式话筒和驻极体话筒的原理相同，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动圈式话筒利用通电线圈在磁场中受安培力振动实现声向电的转化D因为驻极体话筒内价格便宜、灵敏度高，会场大都使用驻极体话筒4惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计加速度计构造和原理的示意图如图 8 所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为 m 的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为 k 的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连滑块原来静止，弹簧处于自然
9、长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离 O 点的距离为 x，则这段时间内导弹的加速度( )图 8A方向向左，大小为 kx/mB方向向右，大小为 kx/mC方向向左，大小为 2kx/mD方向向右，大小为 2kx/m5利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小实验时，把图 9 甲中的小球举高到绳子的悬点 O 处，然后让小球自由下落用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( )图 9At 2 时刻小球所处位置是运动中最高点Bt 1t 2 期间小球速度先增大后减小Ct 3
10、时刻小球动能最小Dt 2 与 t5 时刻小球速度大小不同6如图 10 所示，两块水平放置的金属板距离为 d，用导线、电键 K 与一个 n 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场 B 中两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为 m、电荷量为q 的小球 K 断开时传感器上有示数，K 闭合时传感器上恰好无示数则线圈中的磁场 B 的变化情况和磁通量变化率分别是( )图 10A正在增加， t mgdqB正在减弱， t mgdnqC正在减弱， t mgdqD正在增加， t mgdnq7(双选) 传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电
11、荷量等)的一种元件如图 11 所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是( )图 11A甲图中两极板带电荷量不变，若电压变小，可判断出 h 变小B乙图中两极板带电荷量不变，若电压变大，可判断出 变大C丙图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则 s 变小D丁图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则 F 变大8如图 12 所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间) 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，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线
12、位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )图 12A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左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9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 13 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( 图 13Aa、b 板之间的电场强度不变Ba、b 板所带的电荷量不变C电
13、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10有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )A改变湿度 B改变温度C改变磁场 D改变电容题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答 案11动圈式话筒的构造如图 14 所示，请说明它的工作原理图 14第三章 传感器第一节 认识传感器课前预习练1敏感元件 转换元件 转换电路2检测 信息 电信号 传输 存储 控制3被测量 工作原理 能量传递方式4声电 声 电5AC 6.BC7D 当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关
14、门以防挤伤人，故为压力传感器课堂探究练1AC 由电容器的电容公式 C 可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极rS4kd间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线 AB 中有向左的电流2CD a 振动过程中，a、b 间距变化，由平行板电容器公式可知电容 C 变化，且 a向右位移最大时，a、b 板电容最大，则 A 错，D 对；振动过程中，电容器不断地充放电，导线中电流频率与 a 的振动频率一致，C 正确，B 错点评 电容式话筒的薄金属膜和固定电极形成一个电容器，被充电后，声波使膜振动，电容变化，形成变化的电流3下表面电势高 IBned解析 因为自由电荷为电子
15、，故由左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为 U.当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，有 e evB，又因为导体中的电流 I neSvnevbd，故 U .Ub IBned点评 当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低，随着正、负电荷不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷(Q)所受电场力与洛伦兹力平衡时，即 QEQvB 时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压4C 根据公式 UHk 可以看出，当磁极靠近霍尔元件的工作面时，B 增大，U HI
16、Bd将变大，选项 A 正确；在地球两极附近，可以认为地磁场与水平面垂直，霍尔元件的工作面保持水平，选项 B 正确；而在赤道上，地磁场与水平面平行若霍尔元件的工作面保持水平，则无电压产生，选项 C 不正确；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，相当于改变了霍尔系数 k，U H将发生变化，选项 D 正确；故选 C.点评 霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，电压与磁感应强度的关系式为 UHk .IBd5C 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，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，正确；磁带在放音时通过变化的磁场
17、使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，正确6(1) (2) (3)m Um0gk m m0gk kLgE解析 托盘的移动带动 P1移动，使 P1、P 2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于 R 为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比(1)由力的平衡知识知 m0gkx 1，解得 x1m0gk(2)放上重物重新平衡后 m0gmgkx 2解得 x2m m0gk(3)由闭合电路欧姆定律知 EIR，由部分电路欧姆定律知 UIR 串 ，由 ，其中 x 为 P1、P 2间的距离，则 xx 2x 1R串R xL mgk联立解得 m UkLgE方法总结 分析传感器问题要注意四
18、点(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(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的电路结构，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(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程课后巩固练1B 根据霍尔元件工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，UH k ，所以，它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故 B 正确IBd2B3AB 用金属薄膜的振
19、动带线圈在磁场中运动，从而产生感应电流，故选项 C 错误虽然驻极体话筒价格便宜、灵敏度高，但是驻极体话筒的功率太小，而且保真度较差，所以会场一般不使用驻极体话筒，选项 D 错误4D 滑块随导弹一起做加速运动，向左偏离 O 点的距离为 x，使左侧弹簧被压缩，右侧弹簧被拉长，则滑块所受合力为 2kx，方向向右，故加速度方向向右由牛顿第二定律得：2kxma，滑块加速度大小为：a2kx/m ，故选 D.5B 小球下落的轨迹如右图所示，B 处为绳子原长处，C 处为小球重力与绳上拉力相等处，D 处为小球下落的最低点，在 Ft 图中，0t 1小球在 OB 间下落，t 1t 2小球在 BD 间下落，t 2t
20、3小球由 D 回到 B 处，t 3t 4小球在 BO 间上升，而后下落至 B 点由 Ft 图知，小球在 t2时刻下落到最大距离，以后的最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在 C 点，对应于 t1t 2之间，A 错，B 对；小球动能最小出现在 t2时刻或 t3t 4间某时刻，C 错误；t 2和 t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，D 错误；正确选项为 B.6D K 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力由楞次定律可判断磁场 B 正在增强，根据法拉第电磁感应定律 En U，t又 qmg 得 ，故 D 正确Ud t m
21、gdnq7BD A 选项若 Q 不变，由 C 知 U 变小，C 变大，可知 h 变大；A 错B 选项QU若 Q 不变，由 C 知 U 变大，C 变小，可知 变大，B 对；C 中若 U 不变，电流流向负QU极表示正在放电，Q 减小，可知 C 减小，s 变大，C 错； D 中若 U 不变，电流流向正极表示在充电，Q 增加，可知 C 增大，d 减小，F 增大，D 对8A 压力 F 作用时，极板间距 d 变小，由 C ，电容器电容 C 变大，又根据rS4kdQCU ，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度9D
22、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 E 知场Ud强变化，A 错误；由 C 知 d 变化时 C 变化，a 向右位移最大时，电容最大，D 正确；rS4kd由 QCU 知 a、b 所带电荷量变化，电路中电流方向改变，B、C 错误10D 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故 D 正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机11见解析解析 线圈固定在膜片上，当膜片受到声波的作用而振动时，线圈与膜片保持振动一致，金属线圈在永久磁铁产生的磁场中振动时产生感应电流，这样就把声音信号转化为了电信号
