資源簡介

第五章　1
基礎達標練
1．(2024·湖北荊州高二期末)關于下列四種傳感器的說法中正確的是( 　 )
甲：裝有酒精氣體傳感 乙：監測水中懸浮顆粒污
器的酒駕檢測儀 染程度的監測器
丙：自動門上的傳感器 丁：測量血壓的壓力傳感器
A．酒精氣體傳感器主要由感應器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的
B．監測水中懸浮顆粒污染程度的監測器是利用熱敏電阻和壓力傳感器制造而成的
C．自動門上的傳感器，能探測到較遠距離的人體發出的微弱紅光
D．測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉化為光信號的一種裝置
答案：A
解析：酒精氣體傳感器主要由感應器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的，故A正確；監測水中懸浮顆粒污染程度的監測器是利用光敏電阻制造而成的，故B錯誤；自動門上的傳感器是一種紅外線傳感器，能探測到較遠距離的人體發出的微弱紅外線，故C錯誤；測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉化為電信號的一種裝置，故D錯誤。
2．當你走近某些賓館、酒樓的大門時，門就會自動為你打開；當你走進門之后，門又在你身后自動關上。你覺得這可能是將下列哪種外界信息轉換為有用的信息( 　 )
A．溫度 B．運動
C．可見光 D．紅外線
答案：D
解析：自動門的自動控制要求靈敏、可靠，若以溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動門將無法使用。自動門實際使用的是紅外線傳感器，紅外線屬于不可見光，人在白天或黑夜均發出紅外線，傳感器接收到人體發出的紅外線后傳給自動控制裝置的電動機，實現自動開、關門，故D正確。
3．機器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執行器”，在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉彎。下列有關該機器人“眼睛”使用的傳感器的說法中正確的是
( 　 )
A．力傳感器
B．光傳感器
C．溫度傳感器
D．聲音傳感器
答案：B
解析：遇到障礙物會繞開，說明它是光傳感器，故選項B正確，選項A、C、D錯誤。
4．(多選)目前智能手機普遍采用了電容式觸摸屏。因為工作面上接有高頻信號，如圖所示，當用戶手指觸摸電容式觸摸屏時，手指和工作面形成一個電容器，控制器可精確確定手指位置。對于電容式觸摸屏，下列說法正確的是( 　 )
A．電容式觸摸屏只需要觸摸，不需要壓力即能產生位置信號
B．使用絕緣筆在電容式觸摸屏上也能進行觸控操作
C．手指靠近觸摸屏時，由于手指與屏的夾層工作面距離變小，電容變小
D．手指與屏的接觸面積變大時，電容變大
答案：AD
解析：由題意可知當用戶手指觸摸電容式觸摸屏時，手指和工作面形成一個電容器，因為工作面上接有高頻信號，電流通過這個電容器分別從屏的四個角上的電極中流出，且流經四個電極的電流與手指到四個角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算來確定手指位置，因此不需要手指有壓力，A正確；絕緣筆與工作面不能形成電容器，所以不能在電容式觸摸屏上進行觸控操作，B錯誤；手指靠近觸摸屏時，由于手指與屏的夾層工作面距離變小，根據C＝可知，電容將變大，C錯誤；手指與屏的接觸面積變大時，根據C＝可知，電容變大，D正確。
5．(2024·四川資陽高二期中)交警使用的某型號酒精測試儀如圖甲所示，其工作原理如圖乙所示，傳感器電阻R的阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小，電源的電動勢為E，內阻為r，電路中的電表均為理想電表。當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時，下列說法中正確的是( 　 )
A．電壓表的示數變大，電流表的示數變小
B．電壓表的示數變小，電流表的示數變小
C．酒精氣體濃度越大，R0的功率越小
D．電壓表示數變化量與電流表示數變化量的絕對值之比保持不變
答案：D
解析：當一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時，傳感器的電阻R減小，電路的總電阻減小，根據閉合電路的歐姆定律I＝，可知總電流變大，電流表的示數變大，電阻R0以及內阻r上的電壓變大，則R上的電壓減小，可知電壓表示數變小，故A、B錯誤；R0的功率為P＝I2R0，酒精氣體濃度越大，電阻R越小，電路總電流I越大，R0的功率越大，故C錯誤；根據閉合電路的歐姆定律可知電壓表示數為U＝E－I(R0＋r)，電壓表示數變化量與電流表示數變化量的絕對值之比為＝R0＋r，即電壓表示數變化量與電流表示數變化量的絕對值之比保持不變，故D正確。
能力提升練
6．(多選)某磁敏電阻的阻值R隨外加磁場的磁感應強度B變化圖線如圖甲所示。學習小組使用該磁敏電阻設計了保護負載的電路如圖乙所示，U為直流電壓，下列說法正確的有( 　 )
A．增大電壓U，負載電流不變
B．增大電壓U，電路的總功率變大
C．抽去線圈鐵芯，磁敏電阻的阻值變小
D．抽去線圈鐵芯，負載兩端電壓變小
答案：BC
解析：增大電壓U，為保護負載，則磁敏電阻兩端需要分壓，即電壓增大，則磁敏電阻的阻值增大，根據甲圖可知磁感應強度增大，所以通過線圈的電流增大，根據P＝UI，可知電路的總功率P變大，故A錯誤，B正確；抽去線圈鐵芯，線圈產生的磁感應強度減小，故磁敏電阻的阻值變小，則磁敏電阻兩端的電壓變小，而U不變，所以負載兩端電壓變大，故C正確，D錯誤。
7．(多選)某同學發現他居住的樓房中，樓梯上的過道燈在夜晚天黑時，用力拍掌燈就亮了；而白天無論怎樣用力拍掌，燈都不能亮。后來老師告訴他：過道燈是由聲傳感器和光傳感器同時來控制的，其原理圖如圖所示，下列關于聲傳感器和光傳感器的說法正確的是( 　 )
A．白天有光照時，光傳感器自動閉合
B．夜晚無光照時，光傳感器自動閉合
C．有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合
D．無人走動或沒有聲音時，聲傳感器自動閉合
答案：BC
解析：由題意結合題圖可知，白天有光照時，光傳感器自動斷開；夜晚無光照時，光傳感器自動閉合，A錯誤，B正確；由題意可知，有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合；無人走動或沒有聲音時，聲傳感器自動斷開，C正確，D錯誤。
8．(2024·山東青島高二期末)如圖，是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2部分插在線圈3中，并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。要能夠準確反映出物體1的左右位置變化，那么應該在a、b間連接的是( 　 )
A．在a、b間串接干電池和靈敏電流計
B．在a、b間接靈敏電流計
C．在a、b間串接交流電源和靈敏電流計
D．在a、b間電壓表
答案：C
解析：根據題意可知，軟鐵芯2隨著物體1向左平移，可以使線圈3的自感系數增大，同理軟鐵芯2隨著物體1向右平移，可以使線圈3的自感系數減小，這一變化通過轉換電路和檢測電路輸出電流，就得到了被測物體位移的變化，則應將線圈3與靈敏電流計串聯后與交流電源相連，線圈自感系數的變化將使它對交變電流的感抗發生變化，從而引起電路中電流的變化，再由靈敏電流計顯現出來，故C正確。
9．如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置。其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端。在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數，可以了解油量情況。
(1)你認為電壓表應該接在圖中的_________兩點之間，按照你的接法請回答：當油箱中油量減少時，電壓表的示數將_________(填“增大”或“減小”)。
(2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數變化有何不同？
答案：(1)c、d　減小　(2)見解析
解析：(1)由題圖可知當油箱內液面高度變化時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化。當油量減少時，R的數值會增大，電路中的電流會減小，c、d間的電壓會減小。當把電壓表接在c、d兩點間，油量減少時，電壓表的示數將減小。
(2)①把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數減小；油量減少時，R增大，電壓表的示數增大。
②把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數增大；油量減少時，R增大，電壓表的示數減小。
10．如圖所示的裝置可測量飛機、航天器、潛艇的轉動角速度。當系統繞軸OO′轉動時，元件A發生位移并輸出相應的電壓信號，成為飛機、航天器等的制導系統的信息源。已知A的質量為m，彈簧的勁度系數為k，自由長度為l，電源的電動勢為E，內阻不計，滑動變阻器總長也為l，電阻分布均勻。系統靜止時滑片P在B點，當系統以角速度ω轉動時，試寫出輸出電壓U與ω的函數關系式。
答案：U＝
解析：設彈簧伸長x，則kx＝mω2(l＋x)，
所以x＝。
因為滑動變阻器的電阻分布均勻，
所以U＝E＝，所以U＝。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共45張PPT)
第五章　傳感器
1．認識傳感器
目標體系構建
1．知道非電學量轉換成電學量的技術意義。
2．了解傳感器在生產生活中的應用。
3．深入認識物理學對現代生活和科技發展的促進作用。
1．物理觀念：了解傳感器的定義，感受傳感器的應用技術在信息時代的作用與意義。
2．科學思維：知道常見傳感器的作用，會分析其工作原理。
課前預習反饋
知識點 1
1．傳感器的應用實例
(1)樓道的燈安裝了“_____________”開關。這個開關會感知環境的明暗和聲音的強弱。
(2)自動門裝有一種裝置，這種裝置就是_______________。
(3)酒精檢測儀上裝有“_____________”，它能感知乙醇的濃度。
2．傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等__________，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的___________輸出的一類器件或裝置。
神奇的傳感器
聲控—光控
紅外線傳感器
乙醇傳感器
被測量
可用信號
3．非電學量轉換為電學量的意義：把___________轉換成電壓、電流等電學量，或轉換為電路的_______，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和_______。
『判一判』
(1)傳感器的功能與人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等功能相似。( )
(2)傳感器擔負著信息采集的任務，它常常是將電學量轉化為力學量。( )
(3)敏感元件是指能直接感受或響應外界被測電學量的部分。( )
(4)話筒是一種能夠將聲音信號轉換為電信號的傳感器。( )
√
×
×
√
非電學量
通斷
控制
知識點 2
1．物理傳感器
根據物質的___________或___________制作而成，如力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等。
2．化學傳感器
利用電化學反應原理，把無機或有機化學物質的成分、濃度等轉換為_________，如離子傳感器、氣體傳感器等。
3．生物傳感器
利用生物活性物質的選擇性來識別和測定生物化學物質，如酶傳感器、_________傳感器、_______傳感器等。
傳感器的種類
物理特性
物理效應
電信號
微生物
細胞
『選一選』
(多選)關于傳感器的作用，下列說法正確的是( 　 )
A．傳感器一般是把非電學量轉換為電學量或轉換為電路的通斷
B．傳感器一定是把非電學量轉換為電路的通斷
C．傳感器把非電學量轉換為電學量是為了方便進行測量、傳輸、處理和控制
D．電磁感應是把磁學量轉換成電學量，所以電磁感應也是傳感器
答案：AC
解析：根據傳感器的概念和工作原理可以判斷A、C正確，B錯誤；電磁感應是一種現象，既不是器件，也不是裝置，不能稱為傳感器，D錯誤。
『想一想』
晚上上樓時，隨著發出的腳步聲響，樓梯燈亮了；登上一層樓，燈光照亮一層樓，而身后的燈則依次熄滅，這種樓梯燈好像能“聽到”我們的到來，能“看見”我們的離去，其中的原因是什么呢？
答案：見解析
解析：電路中安裝了光聲控延時開關，光聲控延時開關中安裝有光敏感元件，用于感知外界光線的強弱。還安裝有聲敏感元件，用于感知外界聲響。當白天外界光線較強時，光聲控延時開關總處于斷開狀態，燈不亮；當夜晚光線較弱且有聲響時，光聲控延時開關處于導通狀態，燈亮，延時一段時間后，開關斷開，燈熄滅。
知識點 3
1．傳感器的基本部分：由___________、___________組成。
2．傳感器原理：傳感器感受的通常是___________，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是_________，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱的，通常要經過_______后，再送給_______系統產生各種控制動作。
傳感器的組成與應用模式
敏感元件
轉換元件
非電學量
電學量
放大
控制
敏感
轉換
信號
轉換
課內互動探究
探究?
神奇的傳感器
1．傳感器的作用：能像人的感覺器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規律和要求，把這些信息轉換成可用的輸出信息的器件和裝置，叫作傳感器。傳感器是各種測量和自動控制系統的“感覺器官”。
2．傳感器的分類
(1)按工作原理分：電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式等傳感器。
要|點|提|煉
(2)按感受物理量分：力、速度、位移、溫度、流量、煙霧等傳感器。
(3)按輸出信號分：開關型、模擬型、數字型傳感器。
(4)根據檢測量的不同，可將傳感器分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器。
1．某同學擬設計一個汽車超載自動報警裝置，以更好地保障道路交通安全。該同學應選擇的傳感器是( 　 )
A．濕度傳感器 B．壓力傳感器
C．聲音傳感器 D．氣體傳感器
答案：B
解析：汽車超載自動報警裝置與電子秤的工作原理類似，當其受到壓力的作用時，會顯示相應的壓力值大小，當示數超過規定的壓力值時，會觸發報警裝置報警，所以應用的是壓力傳感器，選項B正確。
典|例|剖|析
(2024·江蘇揚州中學期中)現代生活離不開智能手機，手機中有很多特殊功能需要傳感器來實現。例如當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，手機會自動關閉屏幕從而達到省電的目的，實現這一功能可能用到的傳感器為( 　 )
A．光傳感器和位移傳感器
B．磁傳感器和溫度傳感器
C．磁傳感器和聲傳感器
D．壓力傳感器和加速度傳感器
答案：A
對點訓練
解析：當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，改變了手機距離人體的距離，并且耳朵可能擋住了部分光線，所以可能用到的傳感器為光傳感器和位移傳感器，A正確；當人將手機靠近耳朵附近接聽電話時，沒有發生磁場的變化，也沒有產生特別的壓力，B、C、D錯誤。
探究?
傳感器的組成及工作過程
1．傳感器的組成
(1)敏感元件
相當于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。
(2)轉換元件
是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成一定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件。
要|點|提|煉
(3)轉換電路
是將轉換元件輸出的不易測量的電學量轉換成易于測量的電學量，如電壓、電流、電阻等。
2．工作過程
2．關于物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器的下列說法中，正確的是( 　 )
A．物理傳感器是利用材料的某種物理性質工作的，因而只能用于機械加工行業不能用于化工領域
B．化學傳感器是利用某種化學反應來工作的，因而只能輸出某種化學物質而不能輸出電學量
C．生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度條件下工作
D．生物傳感器由于含有生命物質，因而對使用傳感器的環境條件有一定要求
典|例|剖|析
答案：D
解析：不論哪種傳感器都可以將非電學量轉換成電學量輸出，故B錯誤；物理傳感器在化工領域也可以使用，如溫度傳感器等，故A錯誤；生物傳感器能夠使用的前提是感受器中的生命物質保持生物活性，故C錯誤，D正確。
傳感器問題的三點注意
(1)不同的傳感器的原理不同，但都是通過敏感元件和轉換元件把非電學量的變化轉變為電學量的變化。
(2)傳感器輸出的電學量可能為電流、電壓、電路
通斷等，不一定是電壓。
(3)敏感元件只是傳感器的一個關鍵部分并不一定就是一個完整的傳感器。
目前許多手機都有指紋解鎖功能，常用的指紋識別傳感器是電容式傳感器，如圖所示。指紋的凸起部分叫作“脊”，凹下部分叫作“谷”，傳感器上有大量面積相同的小極板，當手指貼在傳感器上時，這些小極板和與之正對的皮膚表面就形成了大量的小電容器，由于距離不同，所以這些小電容器的電容不同。此時傳感器給所有的小電容器充電達到某一電壓值，然后開始放電，其中電容值較小的小電容器放電較快，于是根據放電快慢的不同，就可以探測到脊和谷的位置，從而形成指紋的圖像數據。根據以上信息，下列說法中正確的是( 　 )
對點訓練
A．在谷處形成的小電容器電容較大
B．在谷處形成的小電容器放電較慢
C．在脊處形成的小電容器充電后帶電荷量較大
D．潮濕的手指對指紋識別沒有任何影響
答案：C
課堂小結
核心素養提升
聲傳感器——電容式話筒
1．話筒
把聲音信號轉換成電信號的傳感器。
2．結構組成
如圖所示為電容式話筒的組成結構示意圖。
話筒的振動膜片涂有薄薄的金屬層。膜后相距
幾十微米有一個金屬片(固定電極)，它們構成電
容器的兩個極板。
3．工作原理
電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關系來工作。
(多選)電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖所示。Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電。當聲波使膜片振動時，電容發生變化，電路中形成變化的電流。在膜片向右運動的過程中( 　 )
A．電容變大
B．電容變小
C．導線AB中有向左的電流
D．導線AB中有向右的電流
答案：AC
案例
解析：聲波使膜片向右振動，MN間距減小，電容變大，A正確，B錯誤；由Q＝CU知C變大，由圖可知U不變，則Q變大，繼續充電，則導線AB中有向左的電流，C正確，D錯誤。
課堂達標檢測
一、神奇傳感器
1．下列關于傳感器的說法，正確的是( 　 )
A．所有傳感器都是由半導體材料制成的
B．傳感器不是電視遙控接收器的主要元件
C．話筒中的傳感器將電信號轉換成聲信號
D．傳感器能將非電學量按一定規律轉換成電學量或者電路的通斷
答案：D
解析：傳感器材料有半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料等，A錯誤；電視遙控接收器的主要元件是紅外線傳感器，B錯誤；話筒中的傳感器是聲傳感器，它將聲信號轉化為電信號，C錯誤；傳感器能將非電學量按一定規律轉換為電學量或轉換為電路的通斷，D正確。
2．(2024·甘肅臨夏高二期末)關于傳感器、電磁場、無線電波的發射和接收，下列說法正確的是( 　 )
A．電子秤應用的是壓力傳感器，電飯鍋通過溫度傳感器實現溫度的自動控制
B．人民幣的防偽利用了紫外線的化學作用，紫外線能使熒光物質發光
C．電磁波盡管是一種物質，但不能在真空中傳播
D．無線電波的傳播方式只有天波和地波，手機接收的信號屬于長波段的無線電波
答案：A
解析：電子秤應用的是壓力傳感器，電飯鍋通過溫度傳感器實現溫度的自動控制，故A正確；人民幣的防偽利用了紫外線的瑩光效應，紫外線的能量被熒光物質吸收后，將其轉化為激發態的能量，然后在短時間內重新輻射出可見光，故B錯誤；電磁場本身就是一種物質，可以不依賴其他物質傳播，因此，電磁波可以在真空中傳播，故C錯誤；無線電波的傳播方式有天波、地波、直射波和散射傳播四種方式，而手機接收的信號屬于微波段的無線電波，故D錯誤。
3．(2024·福建龍巖高二期中)人類發射的繞地球運轉的航天器，所需要的電能主要由太陽能電池把太陽能轉化為電能得到，因此要求太陽能電池板總是對準太陽，為達到這一要求應利用下列哪種傳感器來感知太陽的方位( 　 )
A．溫度傳感器 B．力傳感器
C．生物傳感器 D．光傳感器
答案：D
解析：太陽能電池是通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化為電能，供航天器使用的，因此需要使用光傳感器，來感知太陽方位，故選D。
二、傳感器組成與應用模式
4．關于傳感器的作用，下列說法正確的是( 　 )
A．通常的傳感器可以直接用來進行自動控制
B．傳感器可以將感受到的一些信息轉換為電學量
C．傳感器可以將所有感受到的信息都轉換為電學量
D．以上說法均不正確
答案：B
解析：傳感器不能直接用來進行自動控制。傳感器主要用來接收信息，并將接收到的信息轉換成便于測量的電學量或轉換為電路的通斷，但并不是將其感受到的所有信息都轉換為電學量，B正確。
5．在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發現，設計了一種報警裝置，電路如圖所示。M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發生變化，導致S兩端電壓U增大，裝置發出警報，此時( 　 )
A．RM變大，且R越大，U增大越明顯
B．RM變大，且R越小，U增大越明顯
C．RM變小，且R越大，U增大越明顯
D．RM變小，且R越小，U增大越明顯
答案：C
6．(多選)(2024·福建福州高三階段練習)運動步數的測量可以通過電容式加速度傳感器來實現。其工作原理如圖所示，R為定值電阻，極板M固定，當傳感器加速度變化時，兩端與輕彈簧相連的極板N只能按圖中標識的“前后”方向運動。下列關于傳感器描述正確的是( 　 )
A．靜止時，電流表示數為零，電容器的電
容為零
B．突然向前加速時，電容器兩板距離增大，電容減小
C．突然向前加速時，電流由a向b流過電流
表
D．突然向前減速時，兩極板間的場強將變大
答案：BD

展開更多......

收起↑