資源簡介

章末素養提升
物理觀念 傳感器及其 工作原理 1.定義：把被測的非電信息，按一定規律轉換成與之對應的　　　　的器件或裝置 2.敏感元件： 3.工作流程：非電信息→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.會利用熱敏電阻設計簡單的自動控制電路——溫度報警器 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，體會科學技術的應用價值
例1　（多選）如圖所示，在電路中接一段鎢絲，閉合開關，燈泡正常發光，當用打火機給鎢絲加熱時燈泡亮度明顯變暗，根據鎢絲的上述特性，可用鎢絲來制作一個溫度傳感器。下列說法中正確的是（　　）
A.該傳感器利用了鎢絲的化學性質
B.該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的特性
C.該傳感器能夠把熱學量（溫度）轉換為電學量（電阻）
D.該傳感器能夠把電學量（電阻）轉換為熱學量（溫度）
例2　（多選）（2023·滄州市第一中學月考）智能稱重地磅，使用方便快捷、計量精度高、反應速度靈敏、移動方便。這種地磅安裝了應變式力傳感器，下列關于應變式力傳感器的說法正確的是（　　）
A.應變片都是由半導體材料制成的
B.當應變片的上表面拉伸時，其上表面電阻變大
C.傳感器輸出的是應變片上的電壓
D.外力越大，輸出的電壓差值也越大
例3　（多選）如圖所示，電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在觸摸屏幕時，由于人體是導體，手指與內部導體層間會形成一個特殊電容（耦合電容），四邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。由以上信息可知（　　）
A.電容式觸摸屏的兩極板分別是導體層和手指
B.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大
C.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小
D.如果用戴了絕緣手套的手觸摸屏幕，照樣能在觸摸屏上進行觸控操作
例4　（2022·北京卷）某同學利用壓力傳感器設計水庫水位預警系統。如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個是定值電阻，另一個是壓力傳感器（可等效為可變電阻）。水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。當a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關自動開啟低水位預警；當a、b兩端的電壓小于U2（U1、U2為定值）時，控制開關自動開啟高水位預警。下列說法正確的是（　　）
A.U1B.R2為壓力傳感器
C.若定值電阻的阻值越大，開啟高水位預警時的水位越低
D.若定值電阻的阻值越大，開啟低水位預警時的水位越高
例5　目前有些居民區內樓道燈的控制使用的是一種延時開關，該延時開關的簡化原理如圖所示。圖中D是紅色發光二極管（只要有很小的電流通過，就能使其發出紅色亮光），R為限流電阻，K為按鈕式開關，虛線框內S表示延時開關電路，當按下K接通電路瞬間，延時開關觸發，相當于S閉合，這時釋放K后，延時開關S約在1 min后斷開，燈泡熄滅。根據上述信息和原理圖，我們可推斷：按鈕式開關K按下前，發光二極管是　　　　（選填“發光的”或“熄滅的”）；將按鈕式開關K按下再釋放后，燈泡L發光持續時間約　　 min，這一過程中發光二極管是　　　　（選填“發光的”或“熄滅的”）。限流電阻R的阻值和燈絲電阻RL相比，應滿足R　　　　RL的條件。
例6　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
答案精析
電信號　熱學量　光學量　力學量
例1　BC　［由題目中的現象可知鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，利用該特性可以制成溫度傳感器，該傳感器能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量，故B、C正確。］
例2　BD　［應變片不一定都是用半導體材料制成的，A錯誤；當應變片上表面拉伸時，其上表面電阻變大，B正確；傳感器輸出的是上、下兩應變片上的電壓差值，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也越大，C錯誤，D正確。］
例3　AB　［根據題意知，人體是導體，人的手指和內部導體層間會形成一個電容，故A正確；由平行板電容器電容的決定式可知，手指與屏的接觸面積越大，電容越大，故B正確，C錯誤；戴了絕緣手套時，不能引起導體層電場發生明顯變化，所以不能在觸摸屏上進行觸控操作，故D錯誤。］
例4　C　［由題意可知水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。控制開關自動開啟低水位預警，此時水位較低，壓力傳感器的電阻值較大，由于a、b兩端此時的電壓大于U1，根據串聯電路電壓分布特點可知，R1為壓力傳感器，故高水位時壓力傳感器的電阻值變小，壓力傳感器R1兩端電壓變小，U1>U2，A、B錯誤；根據閉合電路歐姆定律可知，a、b兩端的電壓為U=R1=，若定值電阻的阻值越大，當開啟低水位預警a、b兩端的電壓大于U1時，壓力傳感器R1阻值越大，水位越低；當a、b兩端的電壓小于U2開啟高水位預警時，壓力傳感器R1阻值越大，水位越低，C正確，D錯誤。］
例5　發光的　1　熄滅的　
解析　按鈕式開關K按下前，發光二極管、限流電阻與燈泡串聯，有電流通過發光二極管，因此發光二極管處于發光狀態。當將按鈕式開關K按下再釋放后，由于接通電路瞬間延時開關觸發，相當于S閉合，二極管被短路，所以處于熄滅狀態。由于延時開關S約1 min后斷開，燈泡熄滅，則知燈泡L發光持續時間約1 min。由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流通過就能發光，若要保證延時開關斷開時，二極管發光，燈泡L不發光，則應滿足R RL。
例6　（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，熱敏電阻阻值R=-R0，則可通過適當減小U1達到這個目的，故選A。(共20張PPT)
DIWUZHANG
第五章
章末素養提升
物理觀念 傳感器及其工作原理 1.定義：把被測的非電信息，按一定規律轉換成與之對應的_______
的器件或裝置
2.敏感元件：
3.工作流程：非電信息→敏感元件→轉換元件→轉換電路→電學量
再現
素養知識
電信號
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.會利用熱敏電阻設計簡單的自動控制電路——溫度報警器
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，體會科學技術的應用價值
　 (多選)如圖所示，在電路中接一段鎢絲，閉合開關，燈泡正常發光，當用打火機給鎢絲加熱時燈泡亮度明顯變暗，根據鎢絲的上述特性，可用鎢絲來制作一個溫度傳感器。下列說法中正確的是
A.該傳感器利用了鎢絲的化學性質
B.該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的特性
C.該傳感器能夠把熱學量(溫度)轉換為電學量(電阻)
D.該傳感器能夠把電學量(電阻)轉換為熱學量(溫度)
例1
提能
綜合訓練
√
√
由題目中的現象可知鎢絲的電阻隨溫度的升高而增
大，隨溫度的降低而減小，利用該特性可以制成溫
度傳感器，該傳感器能夠把溫度這個熱學量轉換為
電阻這個電學量，故B、C正確。
(多選)(2023·滄州市第一中學月考)智能稱重地磅，使用方便快捷、計量精度高、反應速度靈敏、移動方便。這種地磅安裝了應變式力傳感器，下列關于應變式力傳感器的說法正確的是
A.應變片都是由半導體材料制成的
B.當應變片的上表面拉伸時，其上表面電阻變大
C.傳感器輸出的是應變片上的電壓
D.外力越大，輸出的電壓差值也越大
例2
√
√
應變片不一定都是用半導體材料制成的，A錯誤；
當應變片上表面拉伸時，其上表面電阻變大，B正確；
傳感器輸出的是上、下兩應變片上的電壓差值，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也越大，C錯誤，D正確。
(多選)如圖所示，電容式觸摸屏的構造主要
是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導體層，再
在導體層外加上一塊保護玻璃，電容式觸摸屏
在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在觸摸屏幕
時，由于人體是導體，手指與內部導體層間會
形成一個特殊電容(耦合電容)，四邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。由以上信息可知
例3
A.電容式觸摸屏的兩極板分別是導體層和手指
B.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大
C.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小
D.如果用戴了絕緣手套的手觸摸屏幕，照樣能在觸摸屏上進行觸控操作
√
√
根據題意知，人體是導體，人的手指和內部
導體層間會形成一個電容，故A正確；
由平行板電容器電容的決定式可知，手指與
屏的接觸面積越大，電容越大，故B正確，
C錯誤；
戴了絕緣手套時，不能引起導體層電場發生明顯變化，所以不能在觸摸屏上進行觸控操作，故D錯誤。
(2022·北京卷)某同學利用壓力傳感器設計水庫水位
預警系統。如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個是
定值電阻，另一個是壓力傳感器(可等效為可變電阻)。
水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的
電阻值越小。當a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關
自動開啟低水位預警；當a、b兩端的電壓小于U2(U1、U2為定值)時，控制開關自動開啟高水位預警。下列說法正確的是
例4
A.U1B.R2為壓力傳感器
C.若定值電阻的阻值越大，開啟高水位預警時的水位越低
D.若定值電阻的阻值越大，開啟低水位預警時的水位越高
√
由題意可知水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓
力傳感器的電阻值越小。控制開關自動開啟低水位預
警，此時水位較低，壓力傳感器的電阻值較大，由于
a、b兩端此時的電壓大于U1，根據串聯電路電壓分布
特點可知，R1為壓力傳感器，故高水位時壓力傳感器
的電阻值變小，壓力傳感器R1兩端電壓變小，U1>U2，A、B錯誤；
根據閉合電路歐姆定律可知，a、b兩端的電壓為U
=R1=，若定值電阻的阻值越大，當開啟低
水位預警a、b兩端的電壓大于U1時，壓力傳感器R1
阻值越大，水位越低；當a、b兩端的電壓小于U2開
啟高水位預警時，壓力傳感器R1阻值越大，水位越低，C正確，D錯誤。
目前有些居民區內樓道燈的控制使用的是一種延時
開關，該延時開關的簡化原理如圖所示。圖中D是紅色
發光二極管(只要有很小的電流通過，就能使其發出紅
色亮光)，R為限流電阻，K為按鈕式開關，虛線框內S
表示延時開關電路，當按下K接通電路瞬間，延時開關
觸發，相當于S閉合，這時釋放K后，延時開關S約在1 min后斷開，燈泡熄滅。根據上述信息和原理圖，我們可推斷：按鈕式開關K按下前，發光二極管是
　　　　(選填“發光的”或“熄滅的”)；將按鈕式開關K按下再釋放后，燈泡L發光持續時間約　 min，這一過程中發光二極管是　　　　(選填“發光的”或“熄滅的”)。限流電阻R的阻值和燈絲電阻RL相比，應滿足R　 RL的條件。
例5
發光的
1
熄滅的

按鈕式開關K按下前，發光二極管、限流電阻與
燈泡串聯，有電流通過發光二極管，因此發光二
極管處于發光狀態。當將按鈕式開關K按下再釋
放后，由于接通電路瞬間延時開關觸發，相當于
S閉合，二極管被短路，所以處于熄滅狀態。由于延時開關S約1 min后斷開，燈泡熄滅，則知燈泡L發光持續時間約1 min。由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流通過就能發光，若要保證延時開關斷開時，二極管發光，燈泡L不發光，則應滿足R RL。
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。
例６
(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”)
B
A
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)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；
減小
增大
80
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)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
A
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，熱敏電阻阻值R=-R0，則可通過適當
減小U1達到這個目的，故選A。

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