5.1認(rèn)識傳感器（原卷版）-2025年高二物理同步培優(yōu)講練（人教版選擇性必修第二冊）

5.1認(rèn)識傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)1.知道什么是傳感器，了解傳感器的種類.2.知道傳感器的組成與應(yīng)用模式物理觀念：知道傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的器件或裝置?？茖W(xué)思維：知道傳感器在生產(chǎn)生活等實踐活動中有廣泛應(yīng)用?？茖W(xué)探究：知道傳感器在某些方面可以代替甚至超過人類對自然的感知，能夠改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：傳感器在理論和實踐之間架設(shè)了一個橋梁，對增強(qiáng)學(xué)生理解自然科學(xué)對社會進(jìn)步的推動作用有重要的意義。002思維導(dǎo)圖003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識：一、神奇的傳感器1.定義：能夠感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等量，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輸出的一類器件或裝置。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等量，或轉(zhuǎn)換為電路的。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，可以方便地進(jìn)行、、處理和控制。二、傳感器的種類1.物理傳感器：利用物質(zhì)的或物理效應(yīng)制作而成，如力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器。2.化學(xué)傳感器：利用，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號，如離子傳感器、氣體傳感器等化學(xué)傳感器。3.生物傳感器：利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)，如、、細(xì)胞傳感器等生物傳感器。三、傳感器的組成與應(yīng)用模式1.傳感器的基本部分：一般由、組成。2.敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)外界的部分;轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成的部分。它們分別完成和兩個基本功能。3.傳感器應(yīng)用的一般模式004題型精講【題型一】傳感器的工作原理和分類1.傳感器的核心元件（1）敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。（2）轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。（3）信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號放大。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)生各種控制動作。傳感器的工作原理如下所示：3.分類比較項目工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理效應(yīng)感知并檢測出待測對象信息壓電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物活性物質(zhì)的選擇性識別和檢測生物化學(xué)物質(zhì)酶傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器等【典型例題1】一個簡單的門窗防盜報警裝置示意圖如圖所示，門的上沿嵌入一塊永磁體，當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；打開時，蜂鳴器響，指示燈滅。為實現(xiàn)上述功能，最適合的傳感器是（）A．光敏電阻 B．電阻應(yīng)變片 C．熱敏電阻 D．干簧管【典型例題2】全自動洗衣機(jī)設(shè)有多段水位自動感應(yīng)裝置，該裝置采用的可能是下列哪種類型的傳感器（

）A．溫度傳感器 B．壓力傳感器 C．霍爾元件 D．干簧管【對點訓(xùn)練1】關(guān)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(dǎo)體材料做成的C．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號D．傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的【對點訓(xùn)練2】下列應(yīng)用中不是利用了傳感器的有（）A．用刻度尺測量課桌的長度B．化工廠控制室內(nèi)為了同時知道相距較遠(yuǎn)的若干個反應(yīng)器中的溫度所用的溫度測試儀C．賓館房間的天花板上會安裝一個報警器，當(dāng)房間發(fā)生火災(zāi)時，它能通過電路發(fā)出警報D．醫(yī)療和防疫需要的快速、準(zhǔn)確而又與被測者身體沒有接觸的體溫測試儀【題型二】傳感器的組成與應(yīng)用模式一冷庫中的自動控溫設(shè)備如圖所示，容器中是導(dǎo)電液體，其液面與兩個電極剛剛接觸，試探究分析其自動控溫原理。［提示］冷庫中溫度較低時，導(dǎo)電液體體積較小，此時兩電極未與導(dǎo)電液體接觸，制冷機(jī)不工作，當(dāng)冷庫中溫度升高，致使導(dǎo)電液體受熱膨脹，體積增大，液面升高，當(dāng)液面與兩電極接觸時，電路接通，制冷機(jī)開始工作，冷庫溫度降低，導(dǎo)電液體溫度降低，液面下降，當(dāng)液面與電極分離時，電路斷開，制冷機(jī)停止工作。1.分析思路物理傳感器是將所感受的物理量（如力、熱、光等）轉(zhuǎn)換為便于測量的電學(xué)量的器件。我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個步驟：（1）信息采集；（2）信息加工、放大、傳輸；（3）利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。2.分析傳感器問題要注意四點（1）感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等。（2）敏感元件分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律。（3）電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律。（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程?！镜湫屠}3】動車上裝有煙霧報警裝置，其原理如圖所示，M為煙霧傳感器，其阻值隨著煙霧濃度的改變而變化，N為定值電阻，滑動變阻器的滑片P已調(diào)整至合適位置，電源電動勢和內(nèi)阻恒定不變。當(dāng)車廂內(nèi)有人抽煙時，煙霧濃度增大，導(dǎo)致N兩端的電壓增大，裝置發(fā)出警報。下列說法正確的是（）A．煙霧濃度增大時，的阻值減小B．煙霧濃度增大時，通過滑動變阻器的電流增大C．滑片P向右移動可以提高報警靈敏度D．煙霧濃度增大時，煙霧傳感器消耗的功率一定增大【典型例題4】圖甲所示為用傳感器測量某直流電源（在圖甲中用電池的符號來表示）的電動勢E和內(nèi)電阻r的實驗電路，按此原理測量得到多組數(shù)據(jù)后作出的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．圖中A、B分別為電壓傳感器和電流傳感器B．閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于b端C．根據(jù)圖乙可求出該電源的電動勢D．根據(jù)圖乙可求出該電源的內(nèi)阻【對點訓(xùn)練3】某型號酒精測試儀的工作原理圖如圖所示，傳感器R的阻值隨氣體中酒精濃度的增大而減小。當(dāng)一位酒駕駕駛員對著測試儀吹氣時（

）A．傳感器的電阻增大 B．電流表的示數(shù)變小 C．電壓表的示數(shù)變大 D．電源的總功率增大【對點訓(xùn)練4】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(nèi)阻為r，電路中的電表均為理想電表。當(dāng)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(shù)變大，電流表的示數(shù)變小B．電壓表的示數(shù)變小，電流表的示數(shù)變小C．酒精氣體濃度越大，的功率越小D．電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對值之比保持不變00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．關(guān)于傳感器，下列說法正確的是（）A．金屬材料也可以制成傳感器B．水銀溫度計是一種傳感器C．傳感器主要是通過感知溫度的變化來傳遞信號的D．所有傳感器都是由塑料制成的2．在“新冠疫情”期間，為了減少人與人之間的接觸，人們采用了無接觸式測溫儀——“額溫槍”來測量人體溫度，該測溫儀利用的是（）A．紅外線傳感器 B．壓力傳感器 C．氣體傳感器 D．聲音傳感器3．關(guān)于傳感器及其應(yīng)用，下列說法正確的是（）A．干簧管是利用電磁感應(yīng)原理控制電路通斷B．機(jī)器人“眼睛”利用了光傳感器C．紅外測溫儀向人體發(fā)射紅外線，從而測量人體溫度D．話筒是一種能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為聲音信號的傳感器4．下列關(guān)于傳感器的說法正確的是（）A．話筒是一種常用的傳感器，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號B．在天黑樓道里出現(xiàn)聲音時，樓道里的燈才亮，它的控制電路中只需要用到聲音傳感器C．光照越強(qiáng)光敏電阻的阻值越大D．霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量5．2024年初，朝鮮測試了一種正在研發(fā)的高超音速電磁導(dǎo)彈，能制造極速變化的磁場來干擾地面通訊，并發(fā)送實時地面狀況，到達(dá)目標(biāo)后還能實現(xiàn)自爆，下列說法錯誤的是（）A．導(dǎo)彈通過發(fā)射波長為m的無線電波來實時發(fā)送信息B．高超音速電磁導(dǎo)彈里有風(fēng)力傳感器，可以間接粗略測出飛行速度C．要制造技極速變化的磁場，可以通過接上高頻電壓來實現(xiàn)D．要引爆火藥，可以通過變壓器升壓來實現(xiàn)引爆6．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(zhǔn)確反映出物體1的左右位置變化，那么應(yīng)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【素養(yǎng)提升】7．（多選）如圖，關(guān)于干簧管，下列說法中正確的是（）A．磁體靠近干簧管，小燈泡會亮B．改變磁體磁極的方向，然后靠近干簧管，小燈泡不亮C．干簧管作為磁傳感器，經(jīng)常被用于控制電路的通斷D．干簧管作為磁傳感器，可被用于定量測量磁感應(yīng)強(qiáng)度8．（多選）圖甲是氯化鋰濕敏電阻原理示意圖，當(dāng)空氣濕度升高時，其電阻率變大。某同學(xué)設(shè)計圖乙的電路來監(jiān)測空氣濕度變化，其中是氯化鋰濕敏電阻，是定值電阻，在環(huán)境溫度一定時，閉合開關(guān)，以下說法正確的是（）A．空氣濕度越高，阻值越小B．空氣濕度越低，電路中電流越大C．空氣濕度越高，電壓表的示數(shù)越大D．空氣濕度越低，電源兩端電壓越大9．（多選）科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，磁敏電阻（GMR）的阻值隨所處空間磁場的增強(qiáng)而增大，隨所處空間磁場的減弱而減小，如圖所示電路中，GMR為一磁敏電阻，R、R2為滑動變阻器，R1、R3為定值電阻，磁敏電阻所在電路的電源電動勢為E、內(nèi)阻為r（r<R1）。當(dāng)開關(guān)S1和S2閉合時，電容器中一帶電微粒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。則（）A．只調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)P1向右端移動時，電阻R1消耗的電功率變小B．只調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)P1向右端移動時，磁敏電阻所在電路電源的輸出功率變大C．只調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)P1向左端移動時，電容器中的帶電微粒向下運(yùn)動D．只調(diào)節(jié)電阻R2，當(dāng)P2向下端移動時，磁敏電阻消耗的電功率變小10．（多選）電容式加速度傳感器在安全氣囊、手機(jī)移動設(shè)備方面應(yīng)用廣泛。其原理如圖所示，質(zhì)量塊左、右側(cè)分別連接電介質(zhì)、輕質(zhì)彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，質(zhì)量塊可帶動電介質(zhì)相對于外框無摩擦左右移動，但不能上下移動。下列關(guān)于該傳感器的說法正確的是（）A．當(dāng)電路中沒有電流時，電容器所帶電荷量保持不變B．當(dāng)電路沒有電流時，傳感器不一定處于平衡狀態(tài)C．當(dāng)電路中有順時針方向的電流時，電容器電容一定增大D．當(dāng)電路中有順時針方向的電流時，傳感器一定向右運(yùn)動11．（多選）電容式加速度傳感器是常見的手機(jī)感應(yīng)裝置，結(jié)構(gòu)如圖所示。質(zhì)量塊的上端連接輕質(zhì)彈簧，下端連接電介質(zhì)，彈簧與電容器固定在外框上，質(zhì)量塊帶動電介質(zhì)移動改變電容，則下列說法正確的是（）A．當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時，電容器不帶電B．電介質(zhì)插入極板越深，電容器所帶電量越多C．當(dāng)傳感器由靜止突然向前加速時，會有電流由a流向bD．當(dāng)傳感器以恒定加速度向前運(yùn)動，達(dá)到穩(wěn)定后電流表指針不偏轉(zhuǎn)12．（多選）電容式加速度傳感器是常見的手機(jī)感應(yīng)裝置，結(jié)構(gòu)如圖所示。質(zhì)量塊的上端連接輕質(zhì)彈簧，下端連接電介質(zhì)，彈簧與電容器固定在外框上，質(zhì)量塊帶動電介質(zhì)移動改變電容，則下列說法正確的是（

）A．電介質(zhì)插入極板越深，電容器電容越大B．當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時，電容器不帶電C．當(dāng)傳感器由靜止突然向前加速時，會有電流由a流向bD．當(dāng)傳感器以恒定加速度向前運(yùn)動，達(dá)到穩(wěn)定后電流表指針不偏轉(zhuǎn)【能力培優(yōu)】13．（多選）交通部門常用測速儀檢測車速。測速原理是測速儀前、后兩次發(fā)出并接收到被測車反射回的超聲波信號（超聲波脈沖），再根據(jù)兩次信號的時間差測出車速，如圖甲所示。某次測速中，測速儀發(fā)出與接收超聲波信號的情況如圖乙所示，x表示超聲波與測速儀之間的距離。假設(shè)超聲波的速度為340m/s且保持不變。下列說法正確的是（）A． B．C．被測汽車速度是13.60m/s D