新課改高中物理選修二同步專題講義：16 A傳感器 基礎(chǔ)版（學(xué)生版）

傳感器知識(shí)點(diǎn)一：常見傳感器的工作原理及應(yīng)用一、傳感器及其工作原理1．傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出．通常是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷．2．非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制．3．傳感器的組成：傳感器的基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成．4．傳感器應(yīng)用的一般模式：二、光敏電阻光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．三、金屬熱電阻和熱敏電阻1．金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，利用這一特性，金屬絲可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻．2．熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。?、電阻應(yīng)變片1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．2．電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)．3．電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．技巧點(diǎn)撥一、傳感器1．傳感器的核心元件(1)敏感元件：相當(dāng)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(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的．(2)轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件．(3)轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等．2．傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等．這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作．傳感器的工作原理如下所示：eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換電路)→eq\x(電學(xué)量)二、光敏電阻及其應(yīng)用1．光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，載流子增多，導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)，光敏電阻把光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻的大?。?．光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而明顯減?。軌虬压庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．三、金屬熱電阻和熱敏電阻及其應(yīng)用1．金屬熱電阻：金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，如圖5圖線①所示．2．熱敏電阻(1)熱敏電阻指用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻．如下圖線②所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線．(2)熱敏電阻分正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩類，電阻值隨溫度升高而增大的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻；電阻值隨溫度升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻．常用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻．例題精練1．（2021?廣東學(xué)業(yè)考試）測(cè)量體溫是新冠疫情防控的一種措施.在許多場(chǎng)合，使用手持測(cè)溫儀測(cè)量體溫，該測(cè)溫儀用到的傳感器通常是（）A．氣體傳感器 B．紅外線傳感器 C．壓力傳感器 D．生物傳感器2．（2021春?洛陽月考）關(guān)于傳感器，下列說法中正確的是（）A．干簧管是一種能夠感知電場(chǎng)的傳感器 B．火災(zāi)報(bào)警器都是利用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警 C．電熨斗通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制 D．話筒是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)的傳感器隨堂練習(xí)1．（2021春?瑤海區(qū)月考）圖甲表示某壓敏電阻的阻值R隨所受壓力變化的情況。把這個(gè)壓敏電阻與秤臺(tái)、電池、電流表組合起來（圖乙），用壓敏電阻作為承重的載體，把電流表的刻度改為相應(yīng)的質(zhì)量刻度，就得到了一個(gè)簡(jiǎn)易電子秤。下列說法正確的是（）A．FA對(duì)應(yīng)的物體質(zhì)量應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且物體質(zhì)量與電流是線性關(guān)系 B．FB對(duì)應(yīng)的物體質(zhì)量應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且物體質(zhì)量與電流是非線性關(guān)系 C．FA對(duì)應(yīng)的物體質(zhì)量應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且物體質(zhì)量與電流是非線性關(guān)系 D．FB對(duì)應(yīng)的物體質(zhì)量應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且物體質(zhì)量與電流是線性關(guān)系2．（2020秋?金臺(tái)區(qū)期末）如圖所示，額溫槍因其具有快速、無接觸測(cè)溫的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各類新型冠狀病毒防控場(chǎng)所．額溫槍核心部件的傳感器是（）A．位移傳感器 B．聲音傳感器 C．力傳感器 D．紅外溫度傳感器3．（2020秋?武漢期末）下列關(guān)于傳感器說法中不正確的是（）A．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它將壓力大小轉(zhuǎn)化為可變電阻，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào) B．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào) C．電熨斗能自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷 D．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量知識(shí)點(diǎn)二：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置一、實(shí)驗(yàn)1門窗防盜報(bào)警裝置1．實(shí)驗(yàn)器材和裝置干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在．繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置．發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用．蜂鳴器H作為報(bào)警提醒．電路設(shè)計(jì)如下圖.2．電路工作原理當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作．當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警．3．實(shí)驗(yàn)操作(1)檢查干簧管．用磁體直接靠近干簧管，觀察干簧管簧片能否正常動(dòng)作．(2)連接電路．連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作．(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．二、實(shí)驗(yàn)2光控開關(guān)1．實(shí)驗(yàn)器材和裝置光敏電阻完成光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變．晶體三極管將電流進(jìn)行放大，同時(shí)具有完成斷路和接通的開關(guān)作用．發(fā)光二極管LED模仿路燈．電路設(shè)計(jì)如圖甲．為了能夠驅(qū)動(dòng)更大功率的負(fù)載，需用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙所示．2．電路工作原理(1)光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值小，三極管不導(dǎo)通，繼電器斷路，處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．(2)光較弱時(shí)，光敏電阻阻值變大，三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合，點(diǎn)亮小燈泡L.3．實(shí)驗(yàn)操作(1)連接電路，檢查無誤后，接通電源．(2)用白光照射光敏電阻，調(diào)節(jié)R1，使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．(3)減弱光敏電阻的光照強(qiáng)度，當(dāng)光減弱到某種程度時(shí)，發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光增強(qiáng)到某種程度時(shí)，發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．綜合練習(xí)一．選擇題（共24小題）1．（2021春?福州期中）下列情況中，應(yīng)用了光敏傳感器的是（）A．商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門 B．夜間自動(dòng)打開的路燈 C．火警報(bào)警器的自動(dòng)報(bào)警 D．自動(dòng)恒溫冰箱2．（2021春?菏澤期中）某樓梯口的電燈開關(guān)裝有傳感器，天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音才能發(fā)光，而白天即使有聲音，電燈也不能發(fā)光，該開關(guān)中有兩種傳感器，它們可能是（）A．光敏電阻和駐極體話筒 B．金屬熱電阻和光敏電阻 C．熱敏電阻和霍爾元件 D．熱敏電阻和光敏電阻3．（2020春?荔灣區(qū)校級(jí)期中）許多飲水機(jī)可以保證出水溫度恒定，采取的方法是（）A．水溫低于設(shè)定溫度時(shí)加熱，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱 B．設(shè)定程序，固定各次加溫時(shí)間及加熱時(shí)間間隔 C．人工控制加溫按鈕 D．持續(xù)加溫4．（2020春?濮陽期末）下列生活中的傳感器，把光信號(hào)變成電信號(hào)的是（）A．走廊照明燈的聲控開關(guān) B．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 C．控制電視機(jī)開關(guān)的遙控器 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器5．（2020春?開封期中）下列物品中應(yīng)用了力傳感器的是（）A．電熨斗 B．電飯鍋 C．電冰箱 D．電子臺(tái)秤6．（2020?廣東學(xué)業(yè)考試）用電飯煲煮飯，當(dāng)飯熟后，它會(huì)自動(dòng)換為保溫狀態(tài)，其使用的傳感器是（）A．溫度傳感器 B．生物傳感器 C．壓力傳感器 D．紅外線傳感器7．（2020春?孝感期中）測(cè)溫是防控新冠肺炎的重要環(huán)節(jié)，在公共場(chǎng)所常用額溫槍為出入人員測(cè)溫。測(cè)溫槍是通過傳感器接收紅外線，得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù)。使用時(shí)只要將測(cè)溫口靠近皮膚表面，修正皮膚與實(shí)際體溫的溫差便能準(zhǔn)確顯示體溫。下列關(guān)于紅外線說法正確的是（）A．紅外遙感是利用紅外線的穿透能力強(qiáng) B．紅外線也可以用來殺菌消毒 C．體溫越高人體發(fā)射的紅外線越強(qiáng) D．微波爐是利用紅外線給物體加熱8．（2020春?煙臺(tái)期中）下列說法正確的是（）A．干簧管是一種簡(jiǎn)易的力電傳感器 B．交警所使用的酒精檢測(cè)儀安裝了“乙醇傳感器”，能夠感知乙醇的濃度 C．一些賓館安裝了“自動(dòng)門”，當(dāng)人靠近時(shí)自動(dòng)打開，是因?yàn)殚T上安裝了溫度傳感器 D．電熨斗能自動(dòng)控制溫度主要因?yàn)檠b有雙金屬片溫度傳感器，兩片金屬的熱膨脹系數(shù)相同9．（2020春?五華縣校級(jí)月考）冠狀病毒疫情期間，口罩脫銷了，消毒酒精脫銷了，其實(shí)醫(yī)用的額溫槍也脫銷了，一槍難求，因?yàn)槠淇焖贉y(cè)溫（1秒測(cè)溫），無接觸測(cè)溫的特點(diǎn)而成了名副其實(shí)的防疫物質(zhì)，其核心部件為一個(gè)傳感器，外部還有幾個(gè)按鍵，小型液晶屏，電池等構(gòu)成。額溫槍的核心部件是什么傳感器？（）A．光傳感器 B．聲音傳感器 C．力傳感器 D．紅外溫度傳感器10．（2020春?沭陽縣期中）交通警察用來檢測(cè)駕駛員酒精含量的檢測(cè)器使用的傳感器是（）A．聲音傳感器 B．電化學(xué)傳感器 C．壓力傳感器 D．溫度傳感器11．（2020春?山丹縣校級(jí)期中）下列關(guān)于傳感器說法中不正確的是（）A．熱敏電阻是由金屬制成的，對(duì)溫度感知靈敏 B．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào) C．電熨斗能自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷 D．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量12．（2020春?山丹縣校級(jí)期中）機(jī)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(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓并及時(shí)轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說法中正確的是（）A．該機(jī)器人“眼睛”利用了光傳感器 B．該機(jī)器人“眼睛”利用了力傳感器 C．該機(jī)器人“眼睛”利用了溫度傳感器 D．該機(jī)器人“眼睛”利用了聲音傳感器13．（2020春?雙峰縣校級(jí)月考）在傳感器的應(yīng)用中，下列器件是應(yīng)用光傳感器的是（）A．電飯鍋 B．室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警器 C．測(cè)溫儀 D．電子秤14．（2020春?萊州市校級(jí)月考）下列說法不正確的是（）A．電熨斗中的雙金屬片是溫度傳感器 B．金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，但靈敏度差 C．霍爾元件是能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這一電學(xué)量的傳感器 D．熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量15．（2020春?肥城市期中）下列有關(guān)傳感器的說法中錯(cuò)誤的是（）A．霍爾元件是能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓的一種磁傳感器 B．光電鼠標(biāo)利用了光傳感器 C．電子秤稱量物體質(zhì)量是利用了力傳感器 D．2020年初新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)中，槍式測(cè)溫儀成了體溫檢測(cè)的“哨兵”，是利用了溫度傳感器16．（2019秋?牡丹江期末）下列有關(guān)傳感器的判斷正確的是（）A．傳感器是將電學(xué)量（電壓、電流等）轉(zhuǎn)化成非電學(xué)量（壓力、溫度、位移等）的裝置 B．把霍爾元件放入磁場(chǎng)中，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在元件的電極間產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C．金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而減小 D．干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器17．（2020春?西城區(qū)校級(jí)月考）全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動(dòng)感應(yīng)裝置，該裝置采用的可能是下列哪種類型的傳感器？（）A．壓力傳感器 B．紅外線傳感器 C．溫度傳感器 D．生物傳感器18．（2020春?鄭州期末）下列說法正確的是（）A．傳感器是把非電信息轉(zhuǎn)換成電信息的器件或裝置 B．真空中的光速在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值是不相同的 C．紫外線常用于醫(yī)院和食品消毒，是因?yàn)樗哂酗@著的熱效應(yīng) D．波源與觀察者相互靠近時(shí)，觀察者接收到的頻率小于波源的頻率19．（2019秋?淄博期末）有的樓道照明燈具有這樣的功能：大黑到一定程度時(shí)，出現(xiàn)聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)，在這種樓道照明燈的控制電路中，可能接入的傳感器是（）A．溫度傳感器和光傳感器 B．光傳感器和聲音傳感器 C．聲音傳感器和熱傳感器 D．熱傳感器和力傳感器20．（2020?廣陵區(qū)校級(jí)模擬）關(guān)于傳感器，下列說法中正確的是（）A．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào) B．電熨斗能夠自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器的作用是控制電路的通斷 C．霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量 D．光敏電阻在光照射下其電阻會(huì)顯著變大21．（2019秋?蕪湖期末）為了讓路燈能在天暗時(shí)自動(dòng)開啟，天亮?xí)r自動(dòng)關(guān)閉，應(yīng)該在自動(dòng)控制電路中使用下述傳感器的哪一種（）A．光傳感器 B．壓力傳感器 C．溫度傳感器 D．氣體傳感器22．（2019春?榆樹市校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而減小 B．干簧管是電控開關(guān) C．電熨斗中的雙金屬片上層膨脹系數(shù)比下層大 D．光敏電阻導(dǎo)電性能隨光強(qiáng)增強(qiáng)而減小23．（2019春?亭湖區(qū)校級(jí)期中）下列關(guān)于傳感器的說法正確的是（）A．電飯鍋里面的溫度傳感器是雙金屬片 B．話筒是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)的裝置 C．霍爾元件是溫度傳感器 D．干簧管利用磁場(chǎng)控制電路的通斷24．（2019春?江油市校級(jí)期中）下列說法中不正確的是（）A．傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，是力、溫度、光、聲、化學(xué)成分轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的主要工具 B．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào) C．干簧管是一種磁敏感元件 D．電熨斗能夠自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器的作用是控制電路的通斷二．多選題（共3小題）25．（2019秋?邯鄲期末）如圖所示是“電容式加速度傳感器”原理圖，電容器的一個(gè)金屬極彈性金屬片板固定在絕緣底座上，另一塊極板用彈性金屬片制成，當(dāng)這種加速度傳感器用在上下移動(dòng)的升降機(jī)中時(shí)，通過測(cè)量電容C的變化就能感知升降機(jī)加速度的變化情況。設(shè)升降機(jī)加速度為零時(shí)電容器的電容為C0，下列說法正確的是（）A．當(dāng)升降機(jī)加速上升時(shí)，C＞C0 B．當(dāng)升降機(jī)減速上升時(shí)，C＞C0 C．當(dāng)升降機(jī)減速下降時(shí)，C＜C0 D．當(dāng)升降機(jī)加速下降時(shí)，C＜C026．（2020春?山丹縣校級(jí)期中）某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他居住的樓房中，樓梯上的過道燈在夜晚天黑時(shí)，用力拍掌燈就亮了；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