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第五章　傳感器 章末素養提升
物理觀念 傳感器 及其工 作原理 1.定義：將____________________轉換為____________或控制電路的通斷的元件 2.敏感元件： 3.工作流程：非電學量→敏感元件→轉換元件→轉換電路→電學量
科學思維 1.理解傳感器的原理 2.會運用傳感器和簡易自動控制裝置解決實際問題
科學探究 1.會利用干簧管設計簡單的自動控制電路——門窗防盜報警裝置 2.會利用光敏電阻設計簡單的自動控制電路——光控開關
科學態度與責任 認識傳感器對社會發展所起的重要作用；增強民族自豪感
例1　傳感器被廣泛應用于生產、生活中，下列關于傳感器的說法正確的是(　　)
A．冰箱控溫系統使用了溫度傳感器
B．夜間自動打開的路燈使用了溫度傳感器
C．電腦所用的光電鼠標主要是采用了聲波傳感器
D．霍爾元件把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量
例2　在一些洗手間經常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為(　　)
A．改變了濕度 B．改變了溫度
C．改變了磁場 D．改變了電容
例3　如圖所示是某小區門口利用光敏電阻設計的行人監控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監控裝置。則(　　)
A．當有人通過而遮住光時，A、B之間電壓升高
B．當有人通過而遮住光時，A、B之間電壓不變
C．當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
D．當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
例4　(2022·揚州市高二期末)把光敏電阻(光照越強，阻值越小)接入如圖所示電路，制成光電報警裝置。閉合開關，當光照達到一定強度時，報警器的蜂鳴器發聲，下列說法正確的是(　　)
A．干簧管應用了電磁感應原理
B．增大電阻箱R的阻值，報警器在光照更強時才會報警
C．增加電源B的電動勢，報警器在光照更強時才會報警
D．增加電源A的電動勢，報警器在光照更強時才會報警
例5　(2022·徐州市高二期中)電飯鍋的內部結構如圖所示，電飯鍋中應用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點是：常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到103 ℃時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了，這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里點”。已知水沸騰時電飯鍋內溫度為100 ℃，下列說法正確的是(　　)
A．當溫度達到“居里點”時，感溫鐵氧體的磁性最強
B．如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后，電熱板電源開關會自動斷開
C．煮飯時水剛沸騰，鍋內還有一定的水時，電熱板電源開關不會自動斷開
D．煮飯前是常溫，感溫鐵氧體具有較強的磁性，永磁體被吸引，不用壓下開關按鈕就可以自動煮飯
例6　(2023·江蘇省如皋中學校考階段練習)利用如圖所示的加速度計可探究彈簧振子的位移隨時間變化的關系。取滑塊從圖示的平衡位置向右運動為零時刻，此時滑塊下方的滑片在均勻電阻絲R的中間位置，電壓傳感器得到PQ兩端的電勢差UPQ隨時間t變化的圖像是(　　)
例7　某同學利用熱敏電阻設計了一個“過熱自動報警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻R安裝在需要探測溫度的地方，當環境溫度正常時，繼電器的上觸點接觸，下觸點分離，指示燈亮；當環境溫度超過某一值時，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1＝3 V，繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻R0為30 Ω。當線圈中的電流大于等于50 mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻R的阻值隨溫度變化的圖像。
(1)圖甲中警鈴的接線柱C應與接線柱____相連，指示燈的接線柱D應與接線柱______相連(均選填“A”或“B”)；
(2)當環境溫度升高時，熱敏電阻阻值將______，繼電器的磁性將________(均選填“增大”“減小”或“不變”)，當環境溫度達到________℃時，警鈴報警；
(3)如果要使報警電路在更高的溫度報警，下列方案可行的是________。
A．適當減小U1
B．適當增大U1
C．適當減小U2
D．適當增大U2
第五章　傳感器 章末素養提升
物理觀念 傳感器及其工作原理 1.定義：將非電學量轉換為電學量或控制電路的通斷的元件 2.敏感元件： 3.工作流程：非電學量→敏感元件→轉換元件→轉換電路→電學量
科學思維 1.理解傳感器的原理 2.會運用傳感器和簡易自動控制裝置解決實際問題
科學探究 1.會利用干簧管設計簡單的自動控制電路——門窗防盜報警裝置 2.會利用光敏電阻設計簡單的自動控制電路——光控開關
科學態度與責任 認識傳感器對社會發展所起的重要作用；增強民族自豪感
例1　傳感器被廣泛應用于生產、生活中，下列關于傳感器的說法正確的是(　　)
A．冰箱控溫系統使用了溫度傳感器
B．夜間自動打開的路燈使用了溫度傳感器
C．電腦所用的光電鼠標主要是采用了聲波傳感器
D．霍爾元件把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量
答案　A
解析　冰箱控溫系統利用溫度傳感器來調節冰箱內的溫度，A正確；夜間自動打開的路燈使用了光傳感器，B錯誤；電腦所用的光電鼠標主要是采用了光電傳感器，C錯誤；霍爾元件把磁場變化轉換為電壓信號，D錯誤。
例2　在一些洗手間經常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為(　　)
A．改變了濕度 B．改變了溫度
C．改變了磁場 D．改變了電容
答案　D
解析　根據自動干手機工作的特征，手靠近干手機時電熱器開始工作，手撤離干手機時電熱器停止工作，人是一種導體，干手機內設有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容，電熱器便開始工作。用濕度和溫度來驅動電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機是由于濕度、溫度的變化而工作就成了室內烘干機。故選D。
例3　如圖所示是某小區門口利用光敏電阻設計的行人監控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監控裝置。則(　　)
A．當有人通過而遮住光時，A、B之間電壓升高
B．當有人通過而遮住光時，A、B之間電壓不變
C．當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
D．當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
答案　C
解析　R1是光敏電阻，有光照射時，電阻變小，當有人通過而遮住光時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A、B項錯誤；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故C項正確；當僅減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D項錯誤。
例4　(2022·揚州市高二期末)把光敏電阻(光照越強，阻值越小)接入如圖所示電路，制成光電報警裝置。閉合開關，當光照達到一定強度時，報警器的蜂鳴器發聲，下列說法正確的是(　　)
A．干簧管應用了電磁感應原理
B．增大電阻箱R的阻值，報警器在光照更強時才會報警
C．增加電源B的電動勢，報警器在光照更強時才會報警
D．增加電源A的電動勢，報警器在光照更強時才會報警
答案　B
解析　干簧管上的線圈通電形成的磁場使簧片磁化時，簧片的觸點部分就會被磁力吸引，當吸引力大于簧片的彈力時，常開接點就會被吸合；當磁力減小到一定程度時，接點被簧片的彈力打開。則干簧管是利用磁極間的相互作用來控制電路的通斷，故A錯誤；線圈中電流不變，總電阻不變，增大電阻箱R的阻值，光敏電阻阻值更小時才會報警，即報警器在光照更強時才會報警，故B正確；線圈中電流不變，增加電源B的電動勢，報警時，電路中總電阻變大，光敏電阻變大，報警器在光照更弱時就會報警，故C錯誤；增加電源A的電動勢，不影響線圈中電流，報警器在原光照強度時會報警，故D錯誤。
例5　(2022·徐州市高二期中)電飯鍋的內部結構如圖所示，電飯鍋中應用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點是：常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到103 ℃時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了，這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里點”。已知水沸騰時電飯鍋內溫度為100 ℃，下列說法正確的是(　　)
A．當溫度達到“居里點”時，感溫鐵氧體的磁性最強
B．如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后，電熱板電源開關會自動斷開
C．煮飯時水剛沸騰，鍋內還有一定的水時，電熱板電源開關不會自動斷開
D．煮飯前是常溫，感溫鐵氧體具有較強的磁性，永磁體被吸引，不用壓下開關按鈕就可以自動煮飯
答案　C
解析　溫度上升到“居里點”時，感溫鐵氧體就失去了鐵磁性，故A錯誤；如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后溫度為100 ℃，無法達到“居里點”，電熱板電源開關不會自動斷開，故B錯誤；煮飯時水剛沸騰，鍋內還有一定的水時溫度為100 ℃，無法達到“居里點”，電熱板電源開關不會自動斷開，故C正確；煮飯前是常溫，感溫鐵氧體具有較強的磁性，有彈簧在，永磁體不會被吸引，不可以自動煮飯，故D錯誤。
例6　(2023·江蘇省如皋中學校考階段練習)利用如圖所示的加速度計可探究彈簧振子的位移隨時間變化的關系。取滑塊從圖示的平衡位置向右運動為零時刻，此時滑塊下方的滑片在均勻電阻絲R的中間位置，電壓傳感器得到PQ兩端的電勢差UPQ隨時間t變化的圖像是(　　)
答案　B
解析　設電阻絲總長度為L，電源電動勢E，內阻r，當滑塊下方的滑片在均勻電阻絲R的中間位置時，UPQ＝0；當滑片向右滑動位移為x時，則UPQ＝··x，振子做簡諧振動，則x＝Asin ωt，可得UPQ＝·Asin ωt，故選B。
例7　某同學利用熱敏電阻設計了一個“過熱自動報警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻R安裝在需要探測溫度的地方，當環境溫度正常時，繼電器的上觸點接觸，下觸點分離，指示燈亮；當環境溫度超過某一值時，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1＝3 V，繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻R0為30 Ω。當線圈中的電流大于等于50 mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻R的阻值隨溫度變化的圖像。
(1)圖甲中警鈴的接線柱C應與接線柱______相連，指示燈的接線柱D應與接線柱________相連(均選填“A”或“B”)；
(2)當環境溫度升高時，熱敏電阻阻值將______，繼電器的磁性將________(均選填“增大”“減小”或“不變”)，當環境溫度達到________℃時，警鈴報警；
(3)如果要使報警電路在更高的溫度報警，下列方案可行的是________。
A．適當減小U1 B．適當增大U1
C．適當減小U2 D．適當增大U2
答案　(1)B　A　(2)減小　增大　80　(3)A
解析　(1)根據題意知警鈴的接線柱C應與接線柱B相連，指示燈的接線柱D應與接線柱A相連。
(2)由題圖乙知，當環境溫度升高時，熱敏電阻阻值減小，由閉合電路歐姆定律知電路中電流增大，則繼電器的磁性將增大。當線圈中的電流等于50 mA時，繼電器的銜鐵剛好被吸合，此時控制電路中總電阻最大值為R總＝＝ Ω＝60 Ω，此時熱敏電阻阻值為R＝R總－R0＝(60－30) Ω＝30 Ω，由題圖乙知，此時環境溫度為80 ℃，所以環境溫度在達到80 ℃時，警鈴報警。
(3)要使報警電路在更高的溫度報警，則線圈中的電流等于50 mA時，熱敏電阻R的阻值變小，由(2)知，熱敏電阻R＝－R0，則可通過適當減小U1達到這個目的，故選A。

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