1、学案 1 认识传感器 传感器的原理 学习目标定位 1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转换成电学量的技术意义 .2. 知道常见敏感元件的工作原理.3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟 基础知识学习和应用的重要性 1电阻率 是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越小，导电性能越好，定义式为 . RSl 2平行板电容器的电容 C . rS4kd 3当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，带电粒子受到的洛伦兹力的大小为 fqvB，方向由左手定则判断 一、什么是传感器 1传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将 检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信
2、息输出，以满足信息的 传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求 2传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成 二、传感器的分类 传感器一般按被测量、工作原理、能量传递方式等进行分类 三、两种重要的传感器 1温度传感器：一种将温度变化转换成电学量变化的装置热敏电阻是利用半导体材料的 阻值随温度的变化而变化的特性实现温度测量的 2光电传感器：一种将光学量变化转换成电学量变化的传感器，就是光电传感器在光照作 用下，其导电性能发生变化，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等 一、什么是传感器及传感器的分类 要点提炼 1传感器是把非电学量变化转换为电学量变化的一种元件认识传感器就是明确传感器如 何“感
3、受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等 2传感器的组成：(如图 1 所示，以话筒为例 ) 图 1 3传感器的分类 (1)按被测量进行划分，可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温 度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等 (2)按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感 器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等 (3)按能量传递方式进行划分，可分为有源传感器和无源传感器两大类 二、传感器的原理 问题设计 如图 2 所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热 敏电阻 RT(
4、温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央若在 RT 上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 图 2 答案 由于酒精蒸发，热敏电阻 RT 温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将 热风吹向热敏电阻，热敏电阻 RT 温度升高，电阻值减小，指针将向右偏 要点提炼 1温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置 2热敏电阻：用半导体材料制成按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可 分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻 (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大 (2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻 )随温
5、度升高电阻减小 3光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器 4光敏电阻一般由半导体材料制成 特点：光照越强，电阻越小 一、对传感器的认识 例 1 如图 3 是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置其中电源电压保持不变，R 是 滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端在装置中使用了一只电压表(图中没有画出) ， 通过观察电压表示数，可以了解油量情况 将电压表分别接在 b、c 之间与 c、d 之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？ 图 3 解析 把电压表接在 b、c 之间，油量增加时，R 减小，电压表的示数减小；油量减少时， R 增大，电压表的示数增大 把电压表接在 c、d 之间，
6、油量增加时，R 减小，电路中电流增大，则 R两端的电压增大， 电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小 答案 见解析 二、对热敏电阻的认识及应用 例 2 如图 4 所示为某一热敏电阻( 电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感 )的 IU 关系曲线图 图 4 (1)为了通过测量得到图示的 IU 关系的完整曲线，在图 5 甲、乙两个电路中应选择的是 图_；简要说明理由：_ _. (电源电动势为 9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为 0 100 ) 图 5 (2)在图丙所示电路中，电源电压恒为 9 V，电流表读数为 70 mA，定值电阻 R1250 .由 热敏电阻的 IU 关系曲线可知
7、，热敏电阻两端的电压为 _ V；电阻 R2 的阻值为 _ . (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子：_. 解析 (1)应选择图甲，原因是图甲所示电路电压可从 0 调到所需电压，调节范围较大 (或图 乙所示电路不能测得 0 附近的数据) (2)根据欧姆定律可得 I1 A0.036 A UR1 9250 所以 I2I I10.07 A0.036 A 0.034 A. 由热敏电阻的 IU 关系曲线可知， 当 I0.034 A34 mA 时，UT5.2 V 所以 R2 111.8 . U UTI2 9 5.20.034 答案 (1)甲 见解析 (2)5.2 111.8 (3)热敏温度计(提出其他实例，
8、只要合理均对 ) 三、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用 例 3 (双选) 如图 6 所示，R1、R2 为定值电阻，L 为小灯泡，R3 为光敏电阻，当入射光强 度增大时( ) 图 6 A电压表的示数减小 BR2 中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大 解析 当光强度增大时，R3 阻值减小，外电路电阻随 R3 的减小而减小，R1 两端电压因干 路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小， A、D 项均错误由路端电压减小，而 R1 两端电压增大知，R2 两端电压必减小，则 R2 中 电流减小，故 B 项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小
9、灯泡的功率 增大，C 项正确 答案 BC 传感器Error! 1(对电容式传感器的认识)(单选)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装 置，由于电容器的电容 C 取决于极板正对面积 S、极板间距离 d 以及极板间的电介质这几 个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理 量的值如图 7 所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法 不正确的是( ) 图 7 A甲图的传感器可以用来测量角度 B乙图的传感器可以用来测量液面高度 C丙图的传感器可以用来测量压力 D丁图的传感器可以用来测量速度 答案 D 解析 甲图角度变化能导致极板正对面
10、积变化；乙图液面高度变化能导致极板正对面积变 化；丙图 F 变化能导致极板间距变化；丁图中位置变化导致电介质变化所以，甲、乙、 丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的的元件故选 D. 2(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)( 双选)如图 8 所示电路中，电源电动势为 E，内阻为 r， RT 为负温度系数热敏电阻，RG 为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡 L 正常发 光，由于环境改变(光照或温度 )，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是 ( ) 图 8 A温度不变，光照增强 B温度升高，光照不变 C温度降低，光照增强 D温度升高，光照减弱 答案 AC 题组一 对传感器的认识 1(
11、双选) 传感器担负着信息采集的任务，它可以( ) A将力学量(如形变量)转变成电学量 B将热学量转变成电学量 C将电学量转变成光学量 D将电学量转变成力学量 答案 AB 解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等) 转换成便于测量 的物理量(一般是电学量)的一类元件故选项 A、B 对，选项 C、D 错 2(单选) 如图 1 所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动 膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属 板构成电容器的两极在两极间加一电压 U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电 容发生变化，从而使声音信号
12、被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两 板间的 ( ) 图 1 A距离变化 B正对面积变化 C电介质变化 D电压变化 答案 A 解析 振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信 号转化为电信号 3(单选) 有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就 开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是 因为( ) A改变湿度 B改变温度 C改变磁场 D改变电容 答案 D 解析 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作， 人是一种导体，可以与其他导体构成电容器，手靠近
13、时相当于连接一个电容器，可以确定 干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故 D 正确；用湿度和温度来 驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内 烘干机 4(单选) 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该水位自动感应装置采用的传感器 是( ) A温度传感器 B压力传感器 C生物传感器 D红外线传感器 答案 B 解析 水位不同，压力不同，压力传感器能将压力信号转换为电信号，B 正确 题组二 对温度传感器、热敏电阻的认识及电路分析 5(单选) 如图 2 所示是观察电阻 R 的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷 水变为热水，关于欧姆
14、表的读数变化情况正确的是( ) 图 2 A如果 R 为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B如果 R 为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 C如果 R 为热敏电阻(用半导体材料制作 )，读数变化非常明显 D如果 R 为热敏电阻(用半导体材料制作 )，读数变化不明显 答案 C 解析 如果 R 为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故 A、B 均错；如果 R 为热 敏电阻，读数变化非常明显，故 C 对，D 错 6(单选) 如图 3 所示，R1 为定值电阻， R2 为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温 度降低时( ) 图 3 AR1 两端的电压增大 B电流表的示数增大 C小灯泡的亮度变强
15、 D小灯泡的亮度变弱 答案 C 解析 R2 与灯泡 L 并联后再与 R1 串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻 R2 阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡 L 两端的电压增大，灯泡的亮度变 强，R1 两端的电压减小，故只有 C 正确 题组三 对光敏电阻的认识及电路分析 7(单选) 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过 程下列属于这类传感器的是 ( ) A红外报警装置 B走廊照明灯的声控开关 C自动洗衣机中的压力传感装置 D电饭煲中控制加热和保温的温控器 答案 A 解析 遥控器是利用红外线传输信号的，故 A 项正确 8(双选) 如图 4 所
16、示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图，其中 A 是发光仪 器，B 是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ( ) 图 4 A当传送带上没有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数 变小 B当传送带上没有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数 变大 C当传送带上有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变 小 D当传送带上有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变 大 答案 AD 解析 光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小当传送带上
17、没有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上 的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项 A 正确；相反，当传送带上有物 品挡住由 A 射向 B 的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电 压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项 D 正确 9(单选) 如图 5 所示，R3 是光敏电阻 (光照增强时电阻变小 )，当开关 S 闭合后，在没有光 照射时，a、b 两点等电势当用光照射电阻 R3 时，则( ) 图 5 Aa 点电势高于 b 点电势 Ba 点电势低于 b 点电势 Ca 点电势等于 b 点电势 Da 点电势和 b 点电势的大小无法比较 答案 A 解析 R3 是光敏电阻，当光照增强时电阻变小， R3 两端电压减小，故 a 点电势升高，因 其他电阻的阻值不变，所以 a 点电势高于 b 点电势
