（通用版）2018-2019版高中物理 第4章 传感器与现代社会（课件+学案+练习）（打包9套）沪科版选修3-2.zip

14.1 传感器的原理 4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线[目标定位] 1.知道传感器的定义，理解其工作原理.2.了解光敏电阻、热敏电阻等元件的特征.3.会探究热敏电阻的温度特性曲线.一、什么是传感器光声控延时开关的敏感元件有哪些？你能画出它的原理图吗？答案 有光敏感元件和声敏感元件.[要点总结]1.传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转化成电学量的装置.2.各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量.3.传感器的结构非电学量 敏感元件― →处理电路 电学量― ― →非 电 信 息 ― ― →电 信 息 4.敏感元件是传感器中的关键性元件，它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务.5.根据检测量的不同，传感器可分为物理型、化学型和生物型.例 1 如图 1 是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变， R 是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况.将电压表分别接在 b、 c 之间与 c、 d 之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？图 12答案 见解析解析 把电压表接在 b、 c 之间，油量增加时， R 减小，电压表的示数减小；油量减少时， R增大，电压表的示数增大.把电压表接在 c、 d 之间，油量增加时， R 减小，电路中电流增大，则 R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小.二、研究光敏电阻的导电特性在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图 2 所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 R1为光敏电阻， R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是什么？图 2答案 当光被产品挡住时， R1电阻增大，电路中电流减小， R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.[要点总结]1.光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的.特点：光照越强，电阻越小.2.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.例 2 (多选)如图 3 所示， R1、 R2为定值电阻， L 为小灯泡， R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图 3A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大答案 ABC3解析 当入射光强度增大时， R3阻值减小，外电路总电阻随 R3的减小而减小， R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A 项正确，D 项错误.由路端电压减小，而 R1两端电压增大知， R2两端电压必减小，则 R2中电流减小，故 B 项正确.结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C 项正确.三、探究热敏电阻的温度特性如图 4 所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在 Rt上擦一些酒精，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？图 4答案 由于酒精蒸发，热敏电阻 Rt温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻， Rt温度升高，电阻值减小，指针将向右偏.[要点总结]1.金属导体的电阻率随温度升高而增大.2.热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半导体材料制成.3.热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类(1)正温度系数的热敏材料(PTC)：电阻随温度的上升而增加.(2)负温度系数的热敏材料(NTC)：电阻随温度的上升而下降.(3)临界温度系数的热敏材料(CTC)：电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降.例 3 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图 5 所示电路， R1为定值电阻， R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)， C 为电容器.当环境温度降低时( )图 5A.电容器 C 的带电荷量增大B.电压表的读数增大4C.电容器 C 两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大答案 AB解析 当环境温度降低时， R2变大，电路的总电阻变大，由 I＝ 知 I 变小，又ER总U＝ E－ Ir，电压表的读数 U 增大，B 正确；又由 P1＝ I2R1可知， R1消耗的功率 P1变小，D 错误；电容器两板间的电压 U2＝ U－ U1， U1＝ IR1，可知 U1变小， U2变大，由场强E′＝ ， Q＝ CU2可知 Q、 E′都增大，故 A 正确，C 错误. U2d1.(对传感器的认识)关于传感器，下列说法正确的是 ( )A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器答案 B解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故 A 错，B 对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号” ，故 C 错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故 D错.2.(光敏电阻的特性)如图 6 所示的电路中，电源两端的电压恒定， L 为小灯泡， R 为光敏电阻， R 与 L 之间用挡板(未画出)隔开，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且 R与 LED 间距不变，下列说法中正确的是( )图 6A.当滑动触头 P 向左移动时， L 消耗的功率增大B.当滑动触头 P 向左移动时， L 消耗的功率减小C.当滑动触头 P 向右移动时， L 消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头 P， L 消耗的功率都不变答案 A5解析 滑动触头 P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻 R 减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果.3.(对热敏电阻、光敏电阻的认识)如图 7 所示为某传感装置内部部分电路图， RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大； R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小； 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.若发现电压表示数增大，可能的原因是( )图 7①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A.①③ B.①④ C.②③ D.②④答案 A解析 ①热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过 R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确.②同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误.③光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，故③正确.④光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，故④错误.本题选 A.14.1 传感器的原理4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线考点一 对传感器的认识1.(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( )A.将力学量(如形变量)转变成电学量B.将热学量转变成电学量C.将光学量转变成电学量D.将电学量转变成力学量答案 ABC解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件.故选项 A、B、C 对，选项 D 错.2.(多选)电容式传感器是用来将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，从而引起电容的变化，如图 1 所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )图 1A.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2C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器只能用来测量速度答案 ABC考点二 对光敏电阻的认识及电路分析3.(多选)如图 2 所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图，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 2A.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，电压表读数变大答案 AD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.4.(多选)如图 3 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( )图 3A.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答案 AD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3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.5.如图 4 所示， R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关 S 闭合后，在没有光照射时，a、 b 两点等电势.当用光照射电阻 R3时，则( )图 4A.a 点电势高于 b 点电势B.a 点电势低于 b 点电势C.a 点电势等于 b 点电势D.a 点电势和 b 点电势的大小无法比较答案 A解析 R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小， R3两端电压减小，故 a 点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以 a 点电势高于 b 点电势.6.(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息.光敏电阻自动计数器的示意图如图 5 所示，其中 R1为光敏电阻， R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )图 5A.当有光照射 R1时，处理系统获得高电压B.当有光照射 R1时，处理系统获得低电压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答案 AD解析 当有光照射 R1时，电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次.考点三 对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析7.(多选)对热敏电阻，正确的叙述是( )A.受热后，电阻随温度的升高而变化明显4B.受热后，电阻基本不变C.热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高D.以上说法都不对答案 AC8.如图 6 所示是观察电阻 R 的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )图 6A.如果 R 为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B.如果 R 为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C.如果 R 为热敏电阻(用负温度系数半导体材料制作)，读数变化非常明显D.如果 R 为热敏电阻(用负温度系数半导体材料制作)，读数变化不明显答案 C解析 如果 R 为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故 A、B 均错；如果 R 为热敏电阻，读数变化非常明显，故 C 对，D 错.9.如图 7 所示， R1为定值电阻， R2为负温度系数的热敏电阻， L 为小灯泡，当温度降低时( )图 7A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱答案 C解析 R2与灯泡 L 并联后再与 R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻 R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数减小，灯泡 L 两端的电压增大，灯泡的亮度变强， R1两端的电压减小，故只有 C 正确.14.3 用传感器做实验 4.4 信息时代离不开传感器[目标定位] 1.知道温度传感器、力传感器的原理和应用.2.理解霍尔元件的原理.3.了解现代生产、生活中常用的传感器.一、实验中常见的几种传感器的分析1.温度传感器的原理温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量.如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制器、火警报警器、恒温箱等.2.力传感器的原理如图 1 所示，力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力，应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量.图 13.磁传感器的原理(霍尔效应的应用)(1)霍尔元件是一种磁敏感元件.(2)霍尔效应：如图 2 所示，在金属薄片相对的两侧面通以控制电流 I，在与薄片垂直方向施加磁感应强度为 B 的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向的另外两个侧面将产生与控制2电流和磁场成正比的电动势 UH，这种现象称为霍尔效应，即 UH＝ RH .IBd图 23例 1 (多选)如图 3 所示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 的变化情况.以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)( )图 3A.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将发生变化答案 ABD解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时， B 增大， I 恒定，由公式 UH＝ 知RHIBdUH将变大，选项 A 正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使 B 与工作面垂直，选项 B 正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时， B 才与工作面垂直，选项 C 错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角， B 在垂直工作面方向上的大小发生变化， UH将发生变化，选项 D 正确.例 2 按图 4 所示连接好电路，合上 S，发现小灯泡不亮，原因是______________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是________________；停止吹风，会发现_________；把热敏电阻放入冷水中会发现______________.图 4答案 由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁 亮了 电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，右侧电路接通 小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高 小灯泡熄灭二、随处可见的传感器1.红外测温仪：是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置.2.数码相机和摄像机：敏感元件叫做电荷耦合器件(CCD)，它能将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过 A/D 转换器转换成数字电信号.3.酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器.在生活中还有煤气报警器、火警报警器、红外报警器、防盗报警器等等.工业生产中有热轧4生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等.例 3 如图 5 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 5A.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.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.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.以上说法均不正确答案 C解析 由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，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.三、信息社会离不开传感器智能式传感器集信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出接口等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传感器.四、遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论.主要应用在地球资源勘测、环境监控、气象预报、军事侦察等方面.1.(传感器的应用实例)(多选)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 6 甲所示，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.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程( )5图 6A.物体处于失重状态B.物体处于超重状态C.升降机一定向上做匀加速运动D.升降机可能向下做匀减速运动答案 BD解析 电流表的示数变为 2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D 正确，A、C 错误.2.(温度传感器的应用)小强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.参照图 7，下列对故障判断正确的是( )图 7A.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答案 C解析 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.3.(传感器的应用分析)如图 8 所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点 P、 Q应接到触头 a、 b 上还是 c、 d 上？热敏电阻两端 M、 N 应接到哪两个触头上？图 86答案 见解析解析 P、 Q 应该分别接在触头 a、 b 上，同时， M、 N 应该分别接 e、 f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下， a、 b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻阻值增大，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧弹上去，使 a、 b 之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制.4.(传感器的应用实例)电饭煲的工作原理如图 9 所示，可分为两部分，即控制部分：由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是一个磁铁限温开关，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.图 9答案 见解析解析 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.14.3 用传感器做实验4.4 信息时代离不开传感器一、选择题考点一 传感器应用实例1.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C.声传感器 D.磁传感器答案 A2.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 1A.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2C.电路中的电流增大，油箱油面降低D.电路中的电流增大，油箱油面升高答案 D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.3.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元件，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答案 D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.4.如图 2 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，当电容值增大引起外电路的电流变化时，说明导电液体的深度 h( )图 2A.增大 B.减小C.不变 D.无法确定答案 A解析 由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极.当导电液体深度 h 增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大.考点二 对霍尔元件的认识及应用5.如图 3 所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体的上、下表面的电势关系为( )A.UMUNB.UM＝ UNC.UMUN.故选 A.考点三 传感器的应用分析6.如图 4 所示为用热敏电阻 R 和继电器 L 等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小.电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接.则 ( )图 4A.当温度降低到某一数值，衔铁 P 将会被吸下B.当温度升高到某一数值，衔铁 P 将会被吸下C.工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 C、 D 端D.工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 A、 C 端答案 B解析 当温度降低到某一数值，热敏电阻 R 的阻值增大，电路中电流减小，继电器 L 对衔铁吸引力减小， P 将不会被吸下，故 A 错误.当温度升高到某一数值，热敏电阻 R 的阻值减小，电路中电流增大，继电器 L 对衔铁吸引力增大， P 将会被吸下.故 B 正确.恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后， A、 B 端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在 A、 B 端.故 C、D 错误.故选 B.47.某仪器内部电路如图 5 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 5A.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、乙灯均不亮答案 B解析 向前加速时， 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.8.(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图 6 所示，铁心左侧线圈 L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈 L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关 K，从而切断家庭电路.仅考虑 L1在铁心中产生的磁场，下列说法正确的有( )图 6A.家庭电路正常工作时， L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的电器增多时， L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时，开关 K 将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时，开关 K 将被电磁铁吸起答案 ABD解析 由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项 A 正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起 L2的磁通量的变化，选项 B 正确，C 错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈 L1中磁场变化引起 L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起 K，切断家庭电路，选项 D 正确.5二、非选择题9.如图 7 所示，厚度为 d、宽度为 h 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面 A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.实验表明，当磁场不太强时，电势差 UH、电流 I 和磁感应强度 B 的关系为 UH＝ RH.式中的比例系数 RH称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的IBd电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力.当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流 I 是由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速度为 v，电荷量为 e，回答下列问题：图 7(1)达到稳定状态时，导体板上侧面 A 的电势________下侧面 A′的电势(填“高于” “低于”或“等于”).(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________.(3)当导体板上、下两侧之间的电势差为 UH时，电子所受电场力的大小为________.(4)由电场力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为 RH＝ ，其中 n 代表导体板单位体积1ne中电子的个数.答案 见解析解析 (1)导体中电子定向移动形成电流，电子运动方向与电流方向相反，利用左手定则可判定电子向 A 板偏， A′板上出现等量正电荷，所以 A 板电势低于 A′板电势.(2)洛伦兹力大小 F 洛 ＝ Bev(3)电场力 F 电 ＝ Ee＝ eUHh(4)由 F 洛 ＝ F 电 得 Bev＝ e UH＝ hvBUHh导体中通过的电流 I＝ nev·d·h由 UH＝ RH 得 hvB＝ RH ，得 RH＝ .IBd nevdhBd 1ne610.如图 8 所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理.(已知温度升高时热敏电阻阻值减小)图 8答案 见解析解析 当开关 P 在弹簧拉力作用下拉到上面与 a 接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高、阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把 P 吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮.1第 4 章 传感器与现代社会章末总结一、常见敏感元件的特点及应用1.光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强阻值减小，光照减弱阻值增大.2.热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数和临界温度系数三种.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.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.例 1 如图 1 所示是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 ( )2图 1A.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 变小答案 D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.针对训练 如图 2 所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置， R1为光敏电阻，R2为定值电阻， A、 B 接监控装置.则( )图 2①当有人通过而遮蔽光线时， A、 B 之间电压升高 ②当有人通过而遮蔽光线时， A、 B 之间电压降低 ③当仅增大 R2的阻值时，可增大 A、 B 之间的电压 ④当仅减小 R2的阻值时，可增大 A、 B 之间的电压A.①③ B.①④ C.②③ D.②④答案 C解析 R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时， R1的阻值变大，回路中的电流 I 减小， A、 B 间的电压 U＝ IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得： U＝ E－ I(R1＋ r)，当仅增大 R2的阻值时，电路中的电流减小， A、 B 间的电压 U 增大，故③正确；当仅减小 R2的阻值时，电路中的电流增大， A、 B 间的电压 U 减小，故④错误，故应选 C.二、传感器的应用1.传感器的应用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应信息，并转化为电学量.(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构.(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.32.传感器电路问题的设计思路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.例 2 (多选)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 3 所示，由于这种特性，使 PTC 元件具有发热、保温双重功能.以下判断正确的是( )图 3A.通电后，其电功率先增大后减小B.通电后，其电功率先减小后增大C.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1不变D.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1和 t2之间的某一值不变答案 AD解析 当电热灭蚊器温度由 0 升到 t1的过程中，电阻器的电阻率 ρ 随温度的升高而减小，其电阻 R 随之减小，由于加在电热灭蚊器上的电压 U 保持不变，电热灭蚊器的电功率 P 随之增大，当 t＝ t1时，电功率 P 达到最大.当温度由 t1升高到 t2的过程中， ρ 增大， R 增大，P 减小.而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率 P′也就越大.因此在这之间的某一温度 t3会有 P＝ P3＝ P′，即电功率 P 减小到等于散热功率时，即达到保温；当 tP′，使温度自动升高到 t3；当 tt3， PP′，使温度自动降为 t3，实现自动保温.例 3 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 4 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：图 44(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________移动(填“左”或“右”).(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，则造成工作电路实际不能正常工作的原因可能是_____________________________.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解析 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；为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片应左移. 1.(传感器的应用)如图 5 所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块 B 时，出现的情况是 ( )图 5A.L1灯亮 B.L2灯亮C.L1、 L2两灯同时亮 D.L1、 L2两灯都不亮答案 B解析 由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达金属块 B 时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样 L2电路被接通.2.(传感器的应用)一热敏电阻在温度为 80℃时阻值很大，当温度达到 100℃时阻值就很小(认为是零)，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在 80℃到 100℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图 6 所示，图中 R1为热敏电阻， R2为电阻丝.请简述其工作原理.5图 6答案 见解析解析 开始水温较低时， R1阻值较大，电阻丝 R2对水进行加热；当水温达到 100℃左右时，R1阻值变得很小， R2被短路，将停止加热；当温度降低到 80 ℃时， R1阻值又变得很大， R2又开始加热.这样就可达到保温的效果.3.(传感器的应用)用如图 7 所示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生电源(两个)、继电器、滑动变阻器、开关、导线.图 7答案 如图所示解析 将热敏电阻、学生电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的 a、 b 端；将学生电源与电铃、绿灯泡分别接入 c、 d、 e 之间，正常情况时热敏电阻阻值大， ab 间电流小，电磁铁磁性弱， ce 接通，绿灯亮.温度升高时，热敏电阻阻值变小， ab 间电流变大，电磁铁磁性变强，吸住衔铁， cd 接通， ce 断开，绿灯灭，电铃响.1第 4 章 传感器与现代社会章末检测试卷(四)(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，其中 1～6 题为单选题，7～10 题为多选题.)1.传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )A.生物传感器 B.红外传感器C.温度传感器 D.压力传感器答案 C2.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答案 B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满足条件即可，A、C、D 错，B 对.3.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程.下列属于这类传感器的是 ( )A.红外报警装置2B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器答案 A4.与一般吉他以箱体的振动发声不同，电吉他靠拾音器发声.如图 1 所示，拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成.磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性，即琴弦也产生自己的磁场.当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生相应的电流，并最终还原为声音信号.下列说法中正确的是( )图 1A.若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作B.换用尼龙材质的琴弦，电吉他仍能正常工作C.琴弦振动的过程中，线圈中电流的方向不会发生变化D.拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号答案 D5.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图 2 甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )图 2A.从 t1到 t2时间内，小车做匀速直线运动B.从 t1到 t2时间内，小车做匀加速直线运动C.从 t2到 t3时间内，小车做匀速直线运动D.从 t2到 t3时间内，小车做匀加速直线运动答案 D解析 当小车有向右的恒定加速度时，球对压敏电阻的压力是恒力，压敏电阻的阻值就保持不变，电路中有恒定的电流，故从题图乙可看出，从 0 到 t1，压敏电阻受的压力为恒力(可3能为零)，小车可能做匀速运动，也可能做匀加速运动，而从 t1到 t2时间内，压敏电阻所受压力大于从 0 到 t1时的压力，且越来越大， t2到 t3时间内，压敏电阻受恒力且大于从 0 到t1时的压力，故从 t1到 t2时间内，小车做加速度越来越大的运动，从 t2到 t3时间内，小车做匀加速直线运动.6.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，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪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，请判断，下列选项中电压表示数 U0与一氧化碳浓度 c 之间的对应关系正确的是 ( )图 3答案 B解析 由题图乙知一氧化碳浓度越高，传感器电阻越小，电路中的电流越大，电压表示数U0越大，B 正确.7.关于传感器的作用，下列说法中正确的是 ( )A.传感器都能进行自动控制B.传感器可以用来采集信息C.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量答案 BC解析 传感器是将感受的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C 对.8.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图 4 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，被直流电源充电.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，则( )4图 4A.电容变大 B.电容变小C.导线 AB 中有向左的电流 D.导线 AB 中有向右的电流答案 AC9.如图 5 所示电路中，电源电动势为 E，内阻为 r， RT为负温度系数热敏电阻， RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡 L 正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )图 5A.温度不变，光照增强B.温度升高，光照不变C.温度降低，光照增强D.温度升高，光照减弱答案 AC10.如图 6 所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流， a、 b 是铜板上、下边缘的两点，则( )图 6A.电势 φ a＞ φ bB.电势 φ b＞ φ aC.仅电流增大时，| φ a－ φ b|增大D.其他条件不变，将铜板改为 NaCl 溶液时，电势结果仍然一样答案 BC解析 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5断出电子因受洛伦兹力作用向 a 侧偏转，所以 φ b＞ φ a，B 正确，A 错误；因| φ a－ φ b|＝ RH，所以电流增大时，| φ a－ φ b|增大，C 正确；若将铜板改为 NaCl 溶液，溶液中的正、负IBd离子均向 a 侧偏转，| φ a－ φ b|＝0，即不产生霍尔效应，故 D 错误.二、填空题(本题共 2 小题，共 10 分)11.(4 分)目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图 7 所示.图中 D 是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R 为限流电阻， K 为按钮式开关，虚线框内 S 表示延时开关电路，当按下 K 接通电路瞬间，延时开关触发，相当于 S 闭合，这时释放 K 后，延时开关 S 约在 1 min 后断开，灯泡熄灭.根据上述信息和原理图，我们可推断：按钮开关 K 按下前，发光二极管是______(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关 K 按下再释放后，灯泡 L 发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是______.限流电阻 R的阻值和灯丝电阻 RL相比，应满足 R________RL的条件.图 7答案 发光的 1 熄灭的 ≫解析 开关 K 按下前， S 断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的.当按下开关 K 后，延时开关 S 闭合，二极管和 R 被短路，二极管不发光，由于延时开关 S 约 1 min 后断开，故灯泡 L 能持续发光 1 min，由于 R 为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，故应满足 R≫RL.12.(6 分)如图 8 所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向由静止开始运动，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况.从图中可知道该钩码的重力约为________N， A、 B、 C、 D 四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________.图 86答案 10 A、 D B、 C解析 当钩码静止时，传感器的拉力为 10 N，此时钩码受力平衡，即钩码的重力为 10 N.当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即 A、 D 段.当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即 B、 C 段.三、简答题(本题共 4 小题，共 50 分)13.(10 分)(1)用如图 9 甲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？(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，如图乙所示，它是传感器吗？图 9答案 见解析解析 (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；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.14.(12 分)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的.在图 10 甲中，电源的电动势 E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G 为灵敏电流表，内阻 Rg保持不变； R 为热敏电阻，其阻值与温度的变化关系如图乙中的 R－ t 图线所示.闭合开关，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 R 的温度是多少？图 10答案 120℃解析 温度为 20℃时 R 为 4 kΩ，由 I＝ ，得 Rg＝500 Ω，ER＋ Rg7若 I＝3.6 mA，可得 R＋ Rg＝2.5 kΩ，则 R＝2 kΩ根据题图乙得，此时温度为 120℃.15.(14 分)某种电饭锅的工作原理图如图 11 所示，煮饭时开关 S 是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后(温度大约为 103℃)保护开关 S 自动断开，黄灯亮.图 11(1)电阻 R1的作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁，与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者大小应有什么关系？为什么？(2)通常情况下用这种电饭锅烧水时，它的自动断电功能是否起作用？为什么？答案 见解析解析 (1) R1应该远大于发热板的等效电阻.因为红色指示灯只起指示作用， R1和红色指示灯消耗的电功率应远小于发热板的功率，两者又是并联接入电路的，电压相同，所以流过 R1和红色指示灯的电流应远小于流过发热板的电流，因此 R1应该远大于发热板的等效电阻.(2)不起作用.水沸腾时的温度为 100℃，烧开时水温不会达到 103℃，所以自动断电功能不起作用.16.(14 分)如图 12 是一种防汛报警器的原理图， S 是触点开关， B 是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子 A，请你说明这种报警器的工作原理.图 12答案 见解析解析 由题图可以看出，水面上升时，浮子 A 在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板.当水面上升达到警戒水位时，使触点开关 S 闭合，电磁铁的电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报.