資源簡介

第1節　認識傳感器
第2節　常見傳感器的工作原理及應用
學習目標　1.了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義。2.了解傳感器的種類，知道傳感器的組成與應用模式。3.了解不同傳感器的特征及工作原理，知道傳感器將非電學量轉化為電學量的物理過程。4.了解傳感器在生產、生活中的廣泛應用。
知識點一　認識傳感器
在現代生活中，我們時刻能感受到自動控制帶給我們的便利。如馬路上的路燈夜晚發光白天自動熄滅；當你走近自動門時它會自動打開，當你離開時它會自動關閉……這其中的“機關”是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.傳感器
（1）定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的　　　　　　　　（通常是　　　　、電流等電學量）輸出，或轉換為電路的　　　　的器件或裝置。
（2）功能：把　　　　量轉換為　　　　，可以方便地進行測量、傳輸、處理和　　　　。
2.傳感器的種類、組成與應用模式
（1）分類：按傳感器的工作原理的不同，把傳感器分為　　　　傳感器、　　　　傳感器和　　　　傳感器。
（2）組成：傳感器主要由　　　　　　、轉換元件組成。
①敏感元件：能直接感受或響應外界被測非電學量的部分，完成檢測功能。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：將敏感元件輸出的信號直接轉換成電信號的部分，完成轉換功能。
（3）應用模式：
【思考】 干簧管結構：如圖甲所示，玻璃管內封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當條形磁體靠近干簧管時：
（1）會發生什么現象，為什么？
（2）干簧管的作用是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 （多選）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.傳感器可以用來采集信息
C.傳感器可以將感受到的一些信號轉換為電學量
D.傳感器可以將所有感受到的信號都轉換為電學量
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練1 （2024·福建廈門高二期中）關于傳感器，下列說法正確的是（　　）
A.金屬材料不可以制成傳感器
B.所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的
C.傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知識點二　常見傳感器的工作原理及應用
1.光敏電阻
（1）特點：光照越強，電阻　　　　。
（2）原理：無光照時，載流子極少，導電性能　　　　；隨著光照的增強，載流子　　　　，導電性　　　　。
（3）作用：把　　　　　　　這個光學量轉換為　　　　這個電學量。
2.金屬熱電阻
金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作　　　　傳感器，稱為熱電阻，如圖所示為某金屬導線電阻的溫度特性曲線。
3.熱敏電阻
熱敏電阻由半導體材料制成，其電阻隨溫度的變化非常　　　　　　，如圖所示為某一熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的特性曲線。
4.電阻應變片
（1）電阻應變片的工作原理
①金屬的電阻應變效應：金屬導體在外力作用下發生機械形變，導體的長度、橫截面積變化從而引起電阻變化。
②半導體材料的壓阻效應：單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化。
（2）力傳感器——電子秤
①組成：由金屬梁和電阻應變片組成。
②工作原理
③作用：應變片將物體　　　　這個力學量轉換為　　　　這個電學量。
例2 （多選）有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察電阻表的示數，下列說法中正確的是（　　）
A.置入熱水中與不置入熱水中相比，電阻表示數變化較大的一定是熱敏電阻
B.置入熱水中與不置入熱水中相比，電阻表示數不變化的一定是定值電阻
C.用黑紙包住與不用黑紙包住相比，電阻表示數變化較大的一定是光敏電阻
D.用黑紙包住與不用黑紙包住相比，電阻表示數相同的一定是定值電阻
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總結提升　光敏電阻、金屬熱電阻和熱敏電阻對比分析
特性 原因
光敏電阻 光照越強，電阻越小 光照增強，載流子增多，電阻減小
金屬熱電阻 溫度越高，電阻越大 溫度升高，金屬電阻率增大，電阻增大
熱 敏 電 阻 負溫度系數 的熱敏電阻 溫度越高，電阻越小 溫度升高，載流子增多，電阻減小
正溫度系數 的熱敏電阻 溫度越高，電阻越大 溫度升高，載流子減少，電阻增大
例3 （多選）（2024·浙江溫州高二期中）為了助力未來鄉村建設，小明設計了如圖所示的農村光控路燈電路，以實現自動亮度控制。圖中A、B為相同燈泡，電源電動勢為E，內阻為r，Rt為光敏電阻，其阻值隨光照強度增加而減小。下列判斷正確的是（　　）
A.外界光照強度增加時，電流表示數減小
B.外界光照強度增加時，通過R0的電流增加
C.該電路可用于實際光控路燈中，因為外界光照強度增加時，A燈、B燈均變亮
D.該電路不可用于實際光控路燈中，因為外界光照強度增加時，電源消耗功率增大
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訓練2 （多選）下列關于電子秤中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.當應變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之變小
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
知識點三　霍爾元件　電容式傳感器
　　　　　　　　　　　　　　
1.霍爾元件及工作原理
（1）霍爾元件
如圖所示，在一個很小的矩形半導體（如砷化銦）薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件。
（2）工作原理
外部磁場使運動的載流子受到洛倫茲力的作用，從而在導體板的一側聚集，以致在導體板的另一側會出現另一種電荷，從而形成電場；橫向電場對載流子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板左、右兩側會形成穩定的電壓，設導體板左、右兩側的距離為l，導體板的厚度為d，則q＝qvB。
根據電流的微觀解釋I＝nqSv得，UH＝。令k＝，因n為單位體積內帶電粒子的個數，q為單個帶電粒子的電荷量，它們均為常數，所以UH＝k。UH與B成正比，這就是霍爾元件能把磁學量轉換成電學量的原因。
2.常見電容式傳感器
名稱 傳感器 原理
測定角度θ的電容式傳感器 當動片與定片之間的角度θ發生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況
測定液面高度h的電容式傳感器 在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質，液面高度h發生變化時，引起正對面積變化，使電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況
測定壓力F的電容式傳感器 待測壓力F作用于可動膜片的電極上時，膜片發生形變，使極板間距離d發生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況　
測定位移x的電容式傳感器 隨著電介質板進入極板間的長度發生變化，電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況
例4 霍爾元件是實際生活中的重要元件之一，廣泛應用于測量和自動化技術等領域。如圖所示為一長度一定的霍爾元件，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于霍爾元件的工作面向下，在元件中通入圖示從E到F方向的電流I，元件中的載流子帶負電，下列說法正確的是（　　）
A.該元件能把電學量轉化為磁學量
B.該元件C面的電勢高于D面的
C.如果用該元件測赤道處地磁場的磁感應強度，應保持C、D面水平
D.如果流過霍爾元件的電流大小不變，則元件C、D面的電勢差與磁場的磁感應強度成正比
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5 傳感器是把非電學量（如位移、速度、壓力、角度等）轉換成電學量（如電壓、電流、電阻等）的一種元件或裝置。如圖所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是（　　）
A.圖甲中兩極板所帶電荷量不變，若電壓減少，可判斷出h變小
B.圖乙中兩極板所帶電荷量不變，若電壓增加，可判斷出θ變小
C.圖丙中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則x變大
D.圖丁中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂對點自測
1.（認識傳感器）（教材P96T3改編）下列有關傳感器的說法正確的是（　　）
A.手機的指紋解鎖功能和電梯超出負載時的報警均利用了壓敏傳感器
B.廚房安裝的燃氣報警器利用了光敏傳感器
C.汽車點火裝置內的“酒精氣敏點火自鎖裝置”利用了氣敏傳感器
D.非接觸式測溫儀利用了熱敏傳感器
2.（光敏電阻）（多選）關于光敏電阻，下列說法正確的是（　　）
A.光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量
B.硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能差
C.硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子較少，導電性能良好
D.硫化鎘是一種半導體材料，隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好
3.（金屬熱電阻和熱敏電阻）（多選）電阻R隨溫度T變化的圖像如圖所示。下列說法正確的是（　　）
A.圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的
B.圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的
C.圖線1對應的材料化學穩定性好、測溫范圍大、靈敏度高
D.圖線2對應的材料化學穩定性差、測溫范圍小、靈敏度高
知識點一
導學　提示　在這些裝置中分別安裝了不同的傳感器。
知識梳理
1.(1)可用信號　電壓　通斷　(2)非電學　電學量　控制
2.(1)物理　化學　生物　(2)敏感元件
[思考] 提示　(1)燈泡會亮，因為當條形磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器。
例1 BC　[傳感器一定是通過非電學量轉換成電學量來傳遞信號的，不能實現自動控制，所以A錯誤；由于傳感器可將非電學量轉換成電學量，因此傳感器也可以用來采集信息，所以B正確；傳感器可以將感受到的一些信號轉換為電學量，但并不是將所有感受到的信號都轉換為電學量，所以C正確，D錯誤。]
訓練1 D　[傳感器材料分為半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，故A、B錯誤；傳感器的種類很多，不一定是感知電壓來實現傳遞信號的，故C錯誤；話筒是通過聲波的振動，改變電容的大小，從而將聲音信號轉化為電信號的，D正確。]
知識點二
1.(1)越小　(2)差　增多　變好　(3)光照強弱　電阻　2.溫度　3.明顯　4.(2)②電阻　電壓　③形變　電阻
例2 AC　[熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發生變化，故A正確，B錯誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯誤。]
例3 BD　[外界光照強度增加時，光敏電阻阻值減小，電路中的總電阻減小，由I總＝可知電路中總電流增大，電流表示數增大，故A錯誤；電路中總電流增大，由U內＝I總r可知電源內壓增大，由E＝U內＋U外可知外壓減小，所以燈泡A中的電流IA減小，由I總＝IA＋IR0可知外界光照強度增加時，通過R0的電流增加，故B正確；外界光照強度增加時，燈泡A中的電流IA減小，A燈變暗，由于通過R0的電流增加，所以R0兩端的電壓增大，又外壓減小，因此B燈兩端的電壓減小，所以B燈變暗；又電路中總電流增大，電源消耗功率P內＝I2r增大，所以該電路不可用于實際光控路燈中，故C錯誤，D正確。]
訓練2 BD　[常見的電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體電阻應變片，故選項A錯誤；當應變片拉伸時，其電阻變大，反之變小，故選項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，輸出的電壓差值越大，故選項C錯誤，D正確。]
知識點三
例4 D　[霍爾元件是能夠把磁學量轉換為電學量的傳感器，A錯誤；根據左手定則可知，帶負電的電荷向C面偏轉，C面帶負電，D面帶正電，所以D面的電勢高，B錯誤；在測定地球赤道處的地磁場的磁感應強度時，應將元件的C、D面保持豎直，讓磁場垂直通過元件的工作面，C錯誤；運動電荷最終在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態，設霍爾元件的長、寬、高分別為a、b、d，則有q＝qvB，電流的微觀表達式為I＝nqSv＝nqbdv，所以U＝，因n、q、d均為定值，如果流過霍爾元件的電流大小不變，則元件C、D面的電勢差與磁場的磁感應強度成正比，D正確。]
例5 D　[題圖甲中若h變小，則兩極板正對面積變小，由電容的決定式C＝知，C變小，由于兩極板所帶電荷量不變，則由電容的定義式C＝分析可知電壓變大，故A錯誤；若題圖乙中θ變小，則兩極板正對面積增大，電容增大，兩極板所帶電荷量不變，則電壓減小，故B錯誤；題圖丙中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則電容器在放電，所帶電荷量減小，電容減小，電介質向外移動，則x變小，故C錯誤；題圖丁中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則電容器在充電，所帶電荷量增加，電容增大，兩極板間距離減小，則F變大，故D正確。]
隨堂對點自測
1.C　[手機的指紋解鎖功能利用了指紋傳感器，電梯超出負載時的報警利用了壓敏傳感器，A錯誤；燃氣報警器的核心元件為氣體傳感器，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，B錯誤；“酒精氣敏點火自鎖裝置”利用了氣敏(酒精)傳感器，C正確；非接觸式測溫儀利用了紅外線傳感器，D錯誤。]
2.ABD　[硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能差，隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好，由這種材料制成的光敏電阻隨著光照增強電阻變小，即能夠把光照強弱這個光學量轉化為電阻這個電學量，A、B、D正確，C錯誤。]
3.BD　[金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大，半導體材料制成的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，且靈敏度高，所以A錯誤，B正確；圖線1對應的材料化學穩定性好但靈敏度差，圖線2對應的材料化學穩定性差但靈敏度高，所以C錯誤，D正確。]第五章　第1節　認識傳感器
第2節　常見傳感器的工作原理及應用
(分值：100分)
選擇題1～10題，每小題9分，共90分。
基礎對點練
題組一　傳感器的理解
1.(多選)關于傳感器的作用，下列說法正確的是(　　)
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
傳感器一定是把非電學量轉換為電路的通斷
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
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
2.(多選)下列說法正確的是(　　)
傳感器擔負著信息采集的任務
干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器
電視遙控接收器的主要元件不是傳感器
傳感器是把力、溫度、光、聲、化學成分等被測量轉換為電信號的主要工具
3.(2024·江蘇揚州高二期末)如圖為某電感式位移傳感器的原理圖，1是待測位移的物體，3是接交流電的空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨物體1左右平移，則該傳感器(　　)
將電流變化信號轉化為位移變化信號輸出
將位移變化信號轉化為電流變化信號輸出
將位移變化信號轉化為電阻變化信號輸出
當物體向左移動時，線圈的自感系數變小
4.(多選)(2024·陜西西安高二期末)傳感器的應用改變了我們的生活，沒有傳感器，就不可能有現代化的自動控制技術。下列有關傳感器的判斷大致正確的是(　　)
傳感器是將非電學量(如壓力、溫度、位移等)轉化成電學量(如電壓、電流等)的裝置
溫度傳感器中使用到的熱敏電阻，是利用半導體材料在溫度發生變化時電阻不變這一特性制成的
空調機、電冰箱、微波爐和消毒柜等家用電器都要用到壓力傳感器
自動門、家電遙控系統、生命探測器都使用了紅外線傳感器
題組二　常見傳感器及其應用
5.(多選)利用光敏電阻制作的光傳感器，記錄了傳送帶上工件的輸送情況，如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器，光傳感器B能接收到發光元件A發出的光，每當工件擋住A發出的光時，光傳感器輸出一個電信號，并在屏幕上顯示出電信號與時間的關系，如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運動，每兩個工件間的距離為0.2 m，則下述說法正確的是(　　)
傳送帶運動的速度是0.1 m/s
傳送帶運動的速度是0.2 m/s
該傳送帶每小時輸送3 600個工件
該傳送帶每小時輸送7 200個工件
6.如圖所示的電容式話筒就是一種電容式傳感器，其原理是：導電性振動膜片與固定電極構成了一個電容器，當振動膜片在聲音的作用下振動時，電容器的電容發生變化，電路中電流隨之變化，這樣聲音信號就變成了電信號。則當振動膜片向左振動時(　　)
電容器的電容增大
電容器帶電荷量減少
電容器兩極板間的電場強度增大
電阻R中的電流方向自右向左
7.如圖所示為一火警報警器的部分電路示意圖，其中R2為用半導體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　)
I變大、U變大 I變小、U變小
I變小、U變大 I變大、U變小
8.(多選)某同學發現他家居住的樓房中，樓梯上的過道燈在夜晚天黑時，用力拍掌就亮了，而白天怎樣用力拍掌，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共同來控制的，其原理如圖所示。下列關于聲傳感器和光傳感器的說法正確的是(　　)
白天有光照時，光傳感器自動閉合
夜晚無光照時，光傳感器自動閉合
有人走動發出聲音時，聲傳感器自動閉合
無人走動沒有聲音時，聲傳感器自動閉合
綜合提升練
9.(多選)(2024·湖南長沙高二期中)傳感器在生活中應用很廣泛。例如在汽車的安全氣囊、手機移動設備中使用的電容式加速度傳感器，其原理如圖所示。質量塊左側連接電介質、右側連接輕質彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，質量塊可帶動電介質相對于外框無摩擦左右移動，但不能上下移動。下列關于該傳感器的說法正確的是(　　)
靜止時與向右勻速直線運動時電容器的電容相同
當電路沒有電流時，傳感器一定處于平衡狀態
突然向左啟動時，電路中有逆時針方向的電流
向右做加速度增大的加速運動時，電容器的電容減小
10.壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小。有一位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態的裝置，其工作原理如圖甲所示。將壓敏電阻和一塊擋板固定在水平光滑絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車在水平面內向右做直線運動的過程中，電流表示數如圖乙所示，0～t1時間內小車向右做勻速直線運動，下列判斷正確的是(　　)
從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動
從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動
從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動
從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動
培優加強練
11.(10分)(2024·江蘇徐州高二期中)圖甲虛線框內所示是電子秤測量部分的原理圖，壓力傳感器的電阻R隨壓力F的變化如圖乙所示。開關閉合后，壓力傳感器兩端的電壓恒為6.0 V，電流表的量程為0.6 A。電表的內阻、踏板和壓桿的質量均可忽略不計。求：
(1)(3分)空載時，電流表的讀數；
(2)(3分)可以稱量物體的最大值；
(3)(4分)試寫出電流表示數I與壓力F的變化關系式。
1.AC　[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。]
2.ABD　[傳感器的任務就是采集信息，選項A正確；干簧管的主要構造是由平時不接觸的兩個極易被磁化的軟磁性材料組成的，它們靠近磁場時被磁化后相互吸引而接觸，選項B正確；電視遙控接收器中使用了紅外線傳感器，選項C錯誤；由傳感器的定義知，選項D正確。]
3.B　[電感式位移傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是電流，故B正確，A、C錯誤；當物體向左移動時，軟鐵芯插入線圈的深度增大，則線圈的自感系數增大，故D錯誤。]
4.AD　[傳感器是將非電學量(如壓力、溫度、位移等)轉化成電學量(如電壓、電流等)的裝置，故A正確；溫度傳感器中使用到的熱敏電阻，是利用半導體材料在溫度發生變化時電阻也發生變化這一特性制成的，故B錯誤；空調機、電冰箱、微波爐和消毒柜等家用電器都要用到溫度傳感器，故C錯誤；自動門、家電遙控系統、生命探測器都使用了紅外線傳感器，故D正確。]
5.BC　[由題圖乙可知，每隔1 s記錄一個工件，因此傳送帶運動的速度是0.2 m/s，每小時該傳送帶輸送3 600個工件，故選項B、C正確。]
6.B　[振動膜片向左振動時電容器兩極板間的距離變大，由C＝可知電容器的電容減小，A錯誤；由C＝可知，在U不變的情況下，電容減小，則電荷量減小，電容器要放電，電阻R中電流方向自左向右，B正確，D錯誤；依據E＝可知，電容器兩極板間的電場強度減小，C錯誤。]
7.B　[當R2處出現火情時，熱敏電阻的阻值將減小，則此時電路中的總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律可知，電路中的總電流增大，所以R1兩端的電壓增大，路端電壓減小，報警器兩端的電壓U變小，則并聯部分的電壓減小，通過R3的電流I變小，所以顯示器的電流I變小，故B正確。]
8.BC　[白天有光照時，光傳感器自動斷開，故A錯誤；夜晚無光照時，光傳感器自動閉合，故B正確；有人走動發出聲音時，聲傳感器自動閉合，故C正確；無人走動沒有聲音時，聲傳感器自動斷開，故D錯誤。]
9.AC　[當傳感器靜止與向右勻速直線運動時，彈簧對質量塊的彈力均為0，所以電介質的位置相同，所以電容器的電容相同，故A正確；當傳感器以恒定加速度運動時，根據牛頓第二定律可知，彈力大小不變，則電容器的電容不變，因兩極的電壓不變，則電容器的電荷量不變，因此電路中沒有電流，此時傳感器不處于平衡狀態，故B錯誤；當傳感器向右做加速度增大的加速運動時，彈簧的拉力增大，電介質相對極板向左運動，由電容的決定式C＝可知電容器的電容變大，故D錯誤；當傳感器突然向左啟動時，電介質相對極板向右運動，由C＝可知電容器的電容變小，由Q＝CU可知，電容器電荷量會減小，所以會有逆時針電流，故C正確。]
10.D　[分析題圖乙中電流隨時間的變化關系可以得出，在t1～t2時間內，電流增大，表明題圖甲中壓敏電阻的阻值逐漸減小，即壓敏電阻受到的壓力逐漸增大，所以可判斷小車在向右做加速度逐漸增大的加速運動；在t2～t3時間內，電流在較大數值上保持恒定，說明電阻保持一個較小值，即受到的壓力保持恒定，說明小車在向右做勻加速直線運動，故選項D正確。]
11.(1)0.02 A　(2)1 450 N　(3)I＝(0≤F≤1 450 N)
解析　(1)空載時F＝0
根據圖像可知此時電阻為R＝300 Ω
可得電流表的讀數為I＝＝ A＝0.02 A。
(2)當電流表讀數最大時，壓力傳感器的阻值最小，根據歐姆定律可得Rmin＝＝ Ω＝10 Ω
由R－F圖像可得R＝300－0.2F
聯立可得Fmax＝1 450 N。
(3)由(2)可知R－F的關系式為R＝300－0.2F
根據歐姆定律可得R＝＝
聯立可得電流表示數I與壓力F的關系式為
I＝(0≤F≤1 450 N)。(共55張PPT)
第1節　認識傳感器
第2節　常見傳感器的工作原理及應用
第五章　傳感器
1.了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義。
2.了解傳感器的種類，知道傳感器的組成與應用模式。
3.了解不同傳感器的特征及工作原理，知道傳感器將非電學量轉化為電學量的物理過程。4.了解傳感器在生產、生活中的廣泛應用。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　常見傳感器的工作原理及應用
知識點一　認識傳感器
知識點三　霍爾元件　電容式傳感器
知識點一　認識傳感器
在現代生活中，我們時刻能感受到自動控制帶給我們的便利。如馬路上的路燈夜晚發光白天自動熄滅；當你走近自動門時它會自動打開，當你離開時它會自動關閉……這其中的“機關”是什么？
提示　在這些裝置中分別安裝了不同的傳感器。
1.傳感器
(1)定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的_________(通常是_____、電流等電學量)輸出，或轉換為電路的______的器件或裝置。
(2)功能：把___________量轉換為_______，可以方便地進行測量、傳輸、處理和_____。
可用信號
電壓
通斷
非電學
非電學
控制
2.傳感器的種類、組成與應用模式
(1)分類：按傳感器的工作原理的不同，把傳感器分為______傳感器、_____傳感器和_____傳感器。
(2)組成：傳感器主要由__________、轉換元件組成。
①敏感元件：能直接感受或響應外界被測非電學量的部分，完成檢測功能。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：將敏感元件輸出的信號直接轉換成電信號的部分，完成轉換功能。
物理
化學
生物
敏感元件
(3)應用模式：
【思考】 干簧管結構：如圖甲所示，玻璃管內封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當條形磁體靠近干簧管時：
(1)會發生什么現象，為什么？
(2)干簧管的作用是什么？
提示　(1)燈泡會亮，因為當條形磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通。
(2)干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器。
例1 (多選)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.傳感器可以用來采集信息
C.傳感器可以將感受到的一些信號轉換為電學量
D.傳感器可以將所有感受到的信號都轉換為電學量
解析　傳感器一定是通過非電學量轉換成電學量來傳遞信號的，不能實現自動控制，所以A錯誤；由于傳感器可將非電學量轉換成電學量，因此傳感器也可以用來采集信息，所以B正確；傳感器可以將感受到的一些信號轉換為電學量，但并不是將所有感受到的信號都轉換為電學量，所以C正確，D錯誤。
BC
D
訓練1 (2024·福建廈門高二期中)關于傳感器，下列說法正確的是(　　)
A.金屬材料不可以制成傳感器
B.所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的
C.傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號
解析　傳感器材料分為半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，故A、B錯誤；傳感器的種類很多，不一定是感知電壓來實現傳遞信號的，故C錯誤；話筒是通過聲波的振動，改變電容的大小，從而將聲音信號轉化為電信號的，D正確。
知識點二　常見傳感器的工作原理及應用
1.光敏電阻
(1)特點：光照越強，電阻_______。
(2)原理：無光照時，載流子極少，導電性能_____；隨著光照的增強，載流子_____，導電性_____。
(3)作用：把__________這個光學量轉換為_____這個電學量。
越小
差
增多
變好
光照強弱
電阻
2.金屬熱電阻
金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作______傳感器，稱為熱電阻，如圖所示為某金屬導線電阻的溫度特性曲線。
溫度
3.熱敏電阻
熱敏電阻由半導體材料制成，其電阻隨溫度的變化非常______，如圖所示為某一熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的特性曲線。
明顯
4.電阻應變片
(1)電阻應變片的工作原理
①金屬的電阻應變效應：金屬導體在外力作用下發生機械形變，導體的長度、橫截面積變化從而引起電阻變化。
②半導體材料的壓阻效應：單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化。
(2)力傳感器——電子秤
①組成：由金屬梁和電阻應變片組成。
②工作原理
③作用：應變片將物體______這個力學量轉換為_____這個電學量。
電阻
電壓
形變
電阻
例2 (多選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察電阻表的示數，下列說法中正確的是(　　)
AC
A.置入熱水中與不置入熱水中相比，電阻表示數變化較大的一定是熱敏電阻
B.置入熱水中與不置入熱水中相比，電阻表示數不變化的一定是定值電阻
C.用黑紙包住與不用黑紙包住相比，電阻表示數變化較大的一定是光敏電阻
D.用黑紙包住與不用黑紙包住相比，電阻表示數相同的一定是定值電阻
解析　熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發生變化，故A正確，B錯誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯誤。
總結提升　光敏電阻、金屬熱電阻和熱敏電阻對比分析
特性 原因
光敏電阻 光照越強，電阻越小 光照增強，載流子增多，電阻減小
金屬熱電阻 溫度越高，電阻越大 溫度升高，金屬電阻率增大，電阻增大
熱 敏 電 阻 負溫度系數 的熱敏電阻 溫度越高，電阻越小 溫度升高，載流子增多，電阻減小
正溫度系數 的熱敏電阻 溫度越高，電阻越大 溫度升高，載流子減少，電阻增大
例3 (多選)(2024·浙江溫州高二期中)為了助力未來鄉村建設，小明設計了如圖所示的農村光控路燈電路，以實現自動亮度控制。圖中A、B為相同燈泡，電源電動勢為E，內阻為r，Rt為光敏電阻，其阻值隨光照強度增加而減小。下列判斷正確的是(　　)
BD
A.外界光照強度增加時，電流表示數減小
B.外界光照強度增加時，通過R0的電流增加
C.該電路可用于實際光控路燈中，因為外界光照強度增加時，A燈、B燈均變亮
D.該電路不可用于實際光控路燈中，因為外界光照強度增加時，電源消耗功率增大
訓練2 (多選)下列關于電子秤中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.當應變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之變小
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
解析　常見的電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體電阻應變片，故選項A錯誤；當應變片拉伸時，其電阻變大，反之變小，故選項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，輸出的電壓差值越大，故選項C錯誤，D正確。
BD
知識點三　霍爾元件　電容式傳感器
1.霍爾元件及工作原理
(1)霍爾元件
如圖所示，在一個很小的矩形半導體(如砷化銦)薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件。
2.常見電容式傳感器
名稱 傳感器 原理
測定角度θ的電容式傳感器 當動片與定片之間的角度θ發生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況
測定液面高度h的電容式傳感器 在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質，液面高度h發生變化時，引起正對面積變化，使電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況
測定壓力F的電容式傳感器 待測壓力F作用于可動膜片的電極上時，膜片發生形變，使極板間距離d發生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況　
測定位移x的電容式傳感器 隨著電介質板進入極板間的長度發生變化，電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況
D
例4 霍爾元件是實際生活中的重要元件之一，廣泛應用于測量和自動化技術等領域。如圖所示為一長度一定的霍爾元件，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于霍爾元件的工作面向下，在元件中通入圖示從E到F方向的電流I，元件中的載流子帶負電，下列說法正確的是(　　)
A.該元件能把電學量轉化為磁學量
B.該元件C面的電勢高于D面的
C.如果用該元件測赤道處地磁場的磁感應強度，應保持C、D面水平
D.如果流過霍爾元件的電流大小不變，則元件C、D面的電勢差與磁場的磁感應強度成正比
例5 傳感器是把非電學量(如位移、速度、壓力、角度等)轉換成電學量(如電壓、電流、電阻等)的一種元件或裝置。如圖所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是(　　)
A.圖甲中兩極板所帶電荷量不變，若電壓
減少，可判斷出h變小
B.圖乙中兩極板所帶電荷量不變，若電壓增加，可判斷出θ變小
C.圖丙中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則x變大
D.圖丁中兩極板間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大
D
隨堂對點自測
2
C
1.(認識傳感器)(教材P96T3改編)下列有關傳感器的說法正確的是(　　)
A.手機的指紋解鎖功能和電梯超出負載時的報警均利用了壓敏傳感器
B.廚房安裝的燃氣報警器利用了光敏傳感器
C.汽車點火裝置內的“酒精氣敏點火自鎖裝置”利用了氣敏傳感器
D.非接觸式測溫儀利用了熱敏傳感器
解析　手機的指紋解鎖功能利用了指紋傳感器，電梯超出負載時的報警利用了壓敏傳感器，A錯誤；燃氣報警器的核心元件為氣體傳感器，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，B錯誤；“酒精氣敏點火自鎖裝置”利用了氣敏(酒精)傳感器，C正確；非接觸式測溫儀利用了紅外線傳感器，D錯誤。
ABD
2.(光敏電阻)(多選)關于光敏電阻，下列說法正確的是(　 　)
A.光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量
B.硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能差
C.硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子較少，導電性能良好
D.硫化鎘是一種半導體材料，隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好
解析　硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能差，隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好，由這種材料制成的光敏電阻隨著光照增強電阻變小，即能夠把光照強弱這個光學量轉化為電阻這個電學量，A、B、D正確，C錯誤。
BD
3.(金屬熱電阻和熱敏電阻)(多選)電阻R隨溫度T變化的圖像如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的
B.圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的
C.圖線1對應的材料化學穩定性好、測溫范圍大、靈敏度高
D.圖線2對應的材料化學穩定性差、測溫范圍小、靈敏度高
解析　金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大，半導體材料制成的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，且靈敏度高，所以A錯誤，B正確；圖線1對應的材料化學穩定性好但靈敏度差，圖線2對應的材料化學穩定性差但靈敏度高，所以C錯誤，D正確。
課后鞏固訓練
3
AC
題組一　傳感器的理解
1.(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
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。
基礎對點練
ABD
2.(多選)下列說法正確的是(　 　)
A.傳感器擔負著信息采集的任務
B.干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器
C.電視遙控接收器的主要元件不是傳感器
D.傳感器是把力、溫度、光、聲、化學成分等被測量轉換為電信號的主要工具
解析　傳感器的任務就是采集信息，選項A正確；干簧管的主要構造是由平時不接觸的兩個極易被磁化的軟磁性材料組成的，它們靠近磁場時被磁化后相互吸引而接觸，選項B正確；電視遙控接收器中使用了紅外線傳感器，選項C錯誤；由傳感器的定義知，選項D正確。
B
3.(2024·江蘇揚州高二期末)如圖為某電感式位移傳感器的原理圖，1是待測位移的物體，3是接交流電的空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨物體1左右平移，則該傳感器(　　)
A.將電流變化信號轉化為位移變化信號輸出
B.將位移變化信號轉化為電流變化信號輸出
C.將位移變化信號轉化為電阻變化信號輸出
D.當物體向左移動時，線圈的自感系數變小
解析　電感式位移傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是電流，故B正確，A、C錯誤；當物體向左移動時，軟鐵芯插入線圈的深度增大，則線圈的自感系數增大，故D錯誤。
AD
4.(多選)(2024·陜西西安高二期末)傳感器的應用改變了我們的生活，沒有傳感器，就不可能有現代化的自動控制技術。下列有關傳感器的判斷大致正確的是(　　)
A.傳感器是將非電學量(如壓力、溫度、位移等)轉化成電學量(如電壓、電流等)的裝置
B.溫度傳感器中使用到的熱敏電阻，是利用半導體材料在溫度發生變化時電阻不變這一特性制成的
C.空調機、電冰箱、微波爐和消毒柜等家用電器都要用到壓力傳感器
D.自動門、家電遙控系統、生命探測器都使用了紅外線傳感器
解析　傳感器是將非電學量(如壓力、溫度、位移等)轉化成電學量(如電壓、電流等)的裝置，故A正確；溫度傳感器中使用到的熱敏電阻，是利用半導體材料在溫度發生變化時電阻也發生變化這一特性制成的，故B錯誤；空調機、電冰箱、微波爐和消毒柜等家用電器都要用到溫度傳感器，故C錯誤；自動門、家電遙控系統、生命探測器都使用了紅外線傳感器，故D正確。
BC
題組二　常見傳感器及其應用
5.(多選)利用光敏電阻制作的光傳感器，記錄了傳送帶上工件的輸送情況，如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器，光傳感器B能接收到發光元件A發出的光，每當工件擋住A發出的光時，光傳感器輸出一個電信號，并在屏幕上顯示出電信號與時間的關系，如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運動，每兩個工件間的距離為0.2 m，則下述說法正確的是(　　)
A.傳送帶運動的速度是0.1 m/s
B.傳送帶運動的速度是0.2 m/s
C.該傳送帶每小時輸送3 600個工件
D.該傳送帶每小時輸送7 200個工件
解析　由題圖乙可知，每隔1 s記錄一個工件，因此傳送帶運動的速度是0.2 m/s，每小時該傳送帶輸送3 600個工件，故選項B、C正確。
B
6.如圖所示的電容式話筒就是一種電容式傳感器，其原理是：導電性振動膜片與固定電極構成了一個電容器，當振動膜片在聲音的作用下振動時，電容器的電容發生變化，電路中電流隨之變化，這樣聲音信號就變成了電信號。則當振動膜片向左振動時(　　)
A.電容器的電容增大
B.電容器帶電荷量減少
C.電容器兩極板間的電場強度增大
D.電阻R中的電流方向自右向左
B
7.如圖所示為一火警報警器的部分電路示意圖，其中R2為用半導體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　)
A.I變大、U變大
B.I變小、U變小
C.I變小、U變大
D.I變大、U變小
解析　當R2處出現火情時，熱敏電阻的阻值將減小，則此時電路中的總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律可知，電路中的總電流增大，所以R1兩端的電壓增大，路端電壓減小，報警器兩端的電壓U變小，則并聯部分的電壓減小，通過R3的電流I變小，所以顯示器的電流I變小，故B正確。
BC
8.(多選)某同學發現他家居住的樓房中，樓梯上的過道燈在夜晚天黑時，用力拍掌就亮了，而白天怎樣用力拍掌，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共同來控制的，其原理如圖所示。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.有人走動發出聲音時，聲傳感器自動閉合
D.無人走動沒有聲音時，聲傳感器自動閉合
解析　白天有光照時，光傳感器自動斷開，故A錯誤；夜晚無光照時，光傳感器自動閉合，故B正確；有人走動發出聲音時，聲傳感器自動閉合，故C正確；無人走動沒有聲音時，聲傳感器自動斷開，故D錯誤。
AC
綜合提升練
9.(多選)(2024·湖南長沙高二期中)傳感器在生活中應用很廣泛。例如在汽車的安全氣囊、手機移動設備中使用的電容式加速度傳感器，其原理如圖所示。質量塊左側連接電介質、右側連接輕質彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，質量塊可帶動電介質相對于外框無摩擦左右移動，但不能上下移動。下列關于該傳感器的說法正確的是(　　)
A.靜止時與向右勻速直線運動時電容器的電容相同
B.當電路沒有電流時，傳感器一定處于平衡狀態
C.突然向左啟動時，電路中有逆時針方向的電流
D.向右做加速度增大的加速運動時，電容器的電容減小
D
10.壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小。有一位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態的裝置，其工作原理如圖甲所示。將壓敏電阻和一塊擋板固定在水平光滑絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車在水平面內向右做直線運動的過程中，電流表示數如圖乙所示，0～t1時間內小車向右做勻速直線運動，下列判斷正確的是(　　)
A.從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動
B.從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動
C.從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動
D.從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動
解析　分析題圖乙中電流隨時間的變化關系可以得出，在t1～t2時間內，電流增大，表明題圖甲中壓敏電阻的阻值逐漸減小，即壓敏電阻受到的壓力逐漸增大，所以可判斷小車在向右做加速度逐漸增大的加速運動；在t2～t3時間內，電流在較大數值上保持恒定，說明電阻保持一個較小值，即受到的壓力保持恒定，說明小車在向右做勻加速直線運動，故選項D正確。
培優加強練
11.(2024·江蘇徐州高二期中)圖甲虛線框內所示是電子秤測量部分的原理圖，壓力傳感器的電阻R隨壓力F的變化如圖乙所示。開關閉合后，壓力傳感器兩端的電壓恒為6.0 V，電流表的量程為0.6 A。電表的內阻、踏板和壓桿的質量均可忽略不計。求：
(1)空載時，電流表的讀數；
(2)可以稱量物體的最大值；
(3)試寫出電流表示數I與壓力F的變化關系式。
解析　(1)空載時F＝0
根據圖像可知此時電阻為R＝300 Ω
(2)當電流表讀數最大時，壓力傳感器的阻值最小，
由R－F圖像可得R＝300－0.2F
聯立可得Fmax＝1 450 N。
(3)由(2)可知R－F的關系式為R＝300－0.2F

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