高中物理第三章传感器第三节传感器的应用预习导学案粤教版选修3_2

第三节传感器的应用[学习目标] 1.列举传感器在日常生活中的应用.2.列举传感器在农业生产和工业生产中的应用.3.了解传感器在航空航天事业中的应用.4.理解常用传感器的工作原理，会分析常见传感器问题．(重点、难点)一、生活中的传感器1．温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器．2．红外线控制器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．3．光敏传感器的应用：照相机中．4．压力传感器的应用：电子秤中．二、传感器在工、农业生产和航天中的应用1．农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．2．工业生产中的传感器安全生产中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)对位移测量，从而实现精密加工．3．飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器．(√)(2)自动门利用了红外线传感器．(√)(3)指纹识别器是利用压力传感器．(×)(4)无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器．(×)(5)位移测量装置用到了位移传感器．(√)2．电子秤使用的传感器是( )A．超声波传感器B．温度传感器C．压力传感器D．红外线传感器C[电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确．]3．类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯．下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )A．是力传感器B．是光传感器C．是温度传感器D．是声音传感器B[遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错．]传感器的应用及工作原理分析1.常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻．2．半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量．3．分析传感器问题要注意的几个问题(1)检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等．(2)敏感元件分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．【例1】加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如图所示为应变式加速度计的示意图．当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R 上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出．已知敏感元件的质量为m ，两侧弹簧的劲度系数均为k ，电源电动势为E ，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R ，有效长度为l ，静态时输出电压为U 0，试推导加速度a 与输出电压U 的关系式．[解析] 设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x ，则敏感元件的输出电压为U 0＝E R ·R lx ＝E lx ① 再设系统向左加速时滑片右移Δx ，则敏感元件的动力学方程为2k Δx ＝ma ②此时敏感元件的输出电压为U ＝E R ·R l (x ＋Δx )＝E l(x ＋Δx )③联立①②③三式可得a ＝2kl U －U 0mE若U >U 0，系统的加速度方向水平向左；若U <U 0，系统的加速度方向水平向右．[答案] a ＝2kl U －U 0mE传感器应用的分析方法(1)要分清哪是主电路部分，哪是控制电路部分．(2)联系主电路和控制电路的关键点就是传感器中的敏感元件．敏感元件感知主电路所处的状态，做出相应的反应，促使控制电路工作，保证主电路能工作在相应的设定状态之下．训练角度1 传感器的电路原理1．传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种．某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的．常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路．下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S 为电源开关)，连接正确的是( )A BC DA[选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开．选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确．]训练角度2 传感器的电路设计2．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I C时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节．已知U约为18 V，I C约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________.②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________．(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．[解析](1)电路图连接如图．(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝I c(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2.(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止．[答案](1)连线如解析图所示．(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警,传感器的应用实例1.力传感器的应用——电子秤(1)构成：电子秤的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成．如图所示．(2)工作原理：在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变片的两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F 的大小．(3)应用：力传感器常用于测量汽车载重，以及商店超市的电子秤．(如图所示)2．温度传感器的应用(1)电熨斗①温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．②电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图所示：常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．(2)电饭锅①结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．②工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103 ℃时，感温磁体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作．3．光传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．【例2】如图甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，R T为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压U ab≤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压U ab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )甲 乙A ．10 ℃B ．20 ℃C ．30 ℃D ．45 ℃C [由题可知U ab ＝0是一个电压的临界点，对应着开关S 的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路图可知，在R 1、R 2、R 3给定的条件下，热敏电阻R T 的阻值决定了U ab 的正负．设电源负极的电势为零，则φa ＝R 2R 1＋R 2U ，φb ＝R T R 3＋R TU ，其中U 为电源的路端电压，令φa ＝φb ，即U ab ＝0，则可得R 2R 1＝R T R 3，代入数据得R T ＝20 k Ω，查表得对应的温度为30 ℃，C 正确．]本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．训练角度1 温度传感器的应用3．电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断．如图所示为电熨斗的结构示意图，关于电熨斗的控制电路，下列说法正确的是 ( )A ．常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的B ．图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C ．熨烫棉麻衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升D ．熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升BD [常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，A 错误；当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的金属片所在处发生弯曲，触点断开，故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数，B 正确；熨烫棉麻衣物时，需要较高温度，要调节调温旋钮，使升降螺钉下移，C 错误；熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升，D 正确．]训练角度2 力传感器的应用4．(多选)如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R 实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G 实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R 随人的体重G 变化的函数关系式为R ＝a －kG (a 、k 是常量，G 和R 的单位分别是N 和Ω)，下列说法正确的是 ( )A ．传感器R 是一个力电传感器B ．闭合电路测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化C ．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘的零刻度处D ．如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R ′接入电路中的电阻应调大AD [根据闭合电路欧姆定律列式得到电流的表达式和量程的表达式进行讨论即可．R 是将压力信号换成电信号的传感器，即力电传感器，故A 正确；闭合电路测量时，电路中的电流为：I ＝Ea －kG ＋r ＋R ′，显然与人的体重不成线性关系，故B 错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故C 错误；由I g ＝E a －kG m ＋r ＋R ′可知，kG m ＝a ＋r ＋R ′－EI g ，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故D 正确．]训练角度3 光传感器的应用5．电源、开关S 和S′、定值电阻R 1、光敏电阻R 2和电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置．当开关S 、S′闭合，并且无光照射光敏电阻R 2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M 点．当用强光照射光敏电阻R 2时，光敏电阻的阻值变小，则 ( )A ．液滴向下运动B ．液滴仍然静止C ．R 2两端的电势差是否升高无法分析D ．当光照强度不变时断开S′，把电容器的上极板向上移动一小段距离，则上极板的电势比A 点的电势高D [当用强光照射光敏电阻R 2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R 1两端间的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故A 、B 错误；当用强光照射光敏电阻R 2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R 2两端间的电压：U R 2＝E －I (R 1＋r )一定减小，故C 错误；当光照强度不变时断开S′，电容器的带电量不变，电势差为U R 1＝QC ＝Q εS4πkd ＝4πkdQ εS，把电容器的上极板向上移动一小段距离，d 变大，故电势差U R 1变大，由于下极板电势为零，故上极板的电势比A 点的电势高，故D 正确．]1．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )A ．两个传感器都是光电传感器B ．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C ．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D ．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作B [题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A 、C 、D 错，B 对．]2．洗衣机中的水位控制装置使用的是( )A ．光传感器B ．压力传感器C ．湿度传感器D ．温度传感器B [当洗衣机内水位升高时，传感器的膜片受到的压力变大，当达到设定值时，关闭进水电磁阀门．]3.如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液中，导线芯和导电液构成电容器的两极．把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，则导电液的深度h 变化为( )A ．h 增大B ．h 减小C．h不变D．无法确定A[由题意知，导线芯和导电液构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极．当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化．与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液正对面积增大，电容器的电容值变大．]4.某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上)．当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态．若将该仪器固定在一辆汽车上，则下列说法正确的是( )A．当汽车加速前进时，甲灯亮B．当汽车加速前进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮B[向右加速时，M向左移动，b与a接触，乙灯亮；当刹车时，M向右移动，b与c接触，甲灯亮．故选项B正确．]。

第3节传感器的应用本节教材分析三维目标1．知识与技能：（1）、了解传感器应用的一般模式；（2）、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。

（3）、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

(4)、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理（5）、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。

2．过程与方法：通过实验结合物理学的知识，探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理，从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用，进一步总结出传感器应用的一般模式。

3．情感、态度与价值观激发学生的学习兴趣，培养动手能力，提高创新意识，提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。

教学重点各种传感器的应用原理及结构。

教学难点各种传感器的应用原理及结构。

教学建议教师应多举生活中应用传感器的例子，让学生有形象的了解然后再深入去学习传感器的应用，对掌握知识有明显的效果。

新课导入设计导入一师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。

传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。

请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？学生思考后回答：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。

热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。

霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。

这节课我们来学习传感器的应用导入二上节课我们学习了力传感器、温度传感器、声音传感器及其工作原理。

请大家回忆一下我们学了哪些具体的力、温度、声音传感器？学生思考后回答：电子秤，动圈式话筒，电容式话筒，驻极体话筒，电熨斗，他们都是传感器。

这节课我们继续来学习一些传感器的应用。

学案3章末总结一、常见敏感元件的特点及应用1．光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增加阻值减小，光照减弱阻值增大．2．热敏电阻：热敏电阻有正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度上升而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度上升而减小．例1如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图．其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处毁灭火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化状况是()图1A．I变大，U变大B．I变大，U变小C．I变小，U变大D．I变小，U变小解析R2所在处毁灭火情时，温度上升，则R2的阻值减小．R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确．答案D针对训练如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则()①当有人通过而遮挡光线时，A、B之间电压上升②当有人通过而遮挡光线时，A、B之间电压降低③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压图2A．①③B．①④C．②③D．②④答案C解析R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮挡光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误，故应选C.二、传感器的应用1．传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．(2)“传”是指通过电路将传感器敏感元件猎取并转化的电学信息传给执行机构．(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．2．传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路．例2传感器担负着信息的采集任务，在自动把握中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如：温度传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻．某热敏电阻R T阻值随温度变化的图线如图3甲所示，图乙是由该热敏电阻R T作为传感器制作的简洁自动报警器线路图．问：图3(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处．(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．(3)假如在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调整滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的缘由可能是__________________________________________________________________．解析热敏电阻R T在温度上升时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增加，把右侧衔铁吸引过来，与a 接触，故c应接在a处；为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑片应左移．答案(1)a(2)左(3)电源供应电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大例3一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图4甲所示．请应用这一热敏电阻自行设计一把握电路．当温度高于某一值时红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮．图4供应的器材有：如图乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关一个、导线若干等．解析由题图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度上升而降低，是负温度系数的热敏电阻，设计的把握电路如图所示．当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮．当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮．滑动变阻器为限流式连接，通过调整满足热敏电阻对某一温度的把握．答案见解析图1．(常见敏感元件的特点及应用)如图5所示，R T为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为抱负电压表，现发觉电压表示数增大，可能的缘由是()图5①热敏电阻温度上升，其他条件不变②热敏电阻温度降低，其他条件不变③光照增加，其他条件不变④光照减弱，其他条件不变A．①③B．①④C．②③D．②④答案D解析电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于R T阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．2．(传感器的应用)如图6所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，毁灭的状况是()图6A．L1灯亮B．L2灯亮C．L1、L2两灯同时亮D．L1、L2两灯都不亮答案B解析由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．3．(传感器的应用)如图7所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当电容值增大引起外电路的电流变化时，说明导电液体的深度h()图7A．增大B．减小C．不变D．无法确定答案A解析由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极．当导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．4．(传感器的应用)用如图8所示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常状况绿灯亮，有险情时电铃报警．可供选择的器材如下：热敏电阻一个、绿灯泡一个、小电铃一个、同学电源两个、继电器一个、滑动变阻器一个、开关一个、导线若干．图8答案如图所示解析将热敏电阻、同学电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端；将同学电源与电铃、绿灯泡分别接入c、d、e之间．正常状况时热敏电阻阻值大，ab间电流小，电磁铁磁性弱，ce接通，绿灯亮．温度上升时，热敏电阻阻值变小，ab间电流变大，电磁铁磁性变强，吸住衔铁，cd接通，ce断开，绿灯灭，电铃响．。

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ρ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ρ＝RS l. 2．平行板电容器的电容C ＝εrS 4πkd. 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f ＝qvB ，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13．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(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①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．②把电压表接在c、d之间，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I－U 关系曲线图．图4(1)为了通过测量得到图示的I－U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 Ω)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R1＝250 Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________ V；电阻R2的阻值为________ Ω.(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＝U R1＝9250A ＝0.036 A 所以I2＝I －I1＝0.07 A －0.036 A ＝0.034 A.由热敏电阻的I －U 关系曲线可知，当I ＝0.034 A ＝34 mA 时，UT≈5.2 V所以R2＝U －UT I2＝9－5.20.034Ω≈111.8 Ω. 答案 (1)甲 见解析(2)5.2 111.8(3)热敏温度计(提出其他实例，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6A ．电压表的示数减小B ．R2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，故小灯泡的功率增大，C 项正确．答案BC传感器⎩⎪⎨⎪⎧ 传感器：能够感受非电学量，并按照一定的规律转换 为电学量或转换为电路的通断的一类元件常用元器件⎩⎪⎨⎪⎧ 光敏电阻：随光照增强，阻值减小热敏电阻⎩⎪⎨⎪⎧ 正温度系数的热敏电阻负温度系数的热敏电阻金属热电阻：随温度升高，阻值增大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7A．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8A．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．(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1A．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，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()图2A．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3A．R1两端的电压增大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4A．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5A．a点电势高于b点电势B．a点电势低于b点电势C．a点电势等于b点电势D．a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．。

第二节传感器及其工作原理【思维激活】如何从传感器的概念来理解传感器的原理及其用途？提示：传感器将非电学物理量转化为电学物理量，故可利用传感器来通过电学信号的转变研究力、热、光、声等。

【自主整理】传感器的工作原理：传感器是能将所感受的非电学物理量（如力、热、光、声）等转化成电学量（电压、电流等）的一种元件，其工作原理是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号转换成便于处置的电信号，温度传感器是利用热敏电阻将温度信号转换成电信号，光电传感器是利用光敏电阻把光信号转换成电信号等等。

【高手笔记】要理解此原理，第一还得从理解传感器的概念着手，传感器是能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量，并能把它们依照必然的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的一类元件。

第二还要了解热敏元件，光敏元件等的工作原理，并明白其在实际生活中都有哪些应用，其实热敏元件和其光敏元件它们是应用半导体导电性能受外界条件影响专门大这一特点制成。

因此，（1）能够依据半导体材料的温度特性，制成体积很小的热敏电阻，它能够将温度转变转化为电信号，测量这种电信号，就可以够明白温度转变的情形，这种测量方式反映快、精度高。

（2）能够依据半导体材料的光照特性，做成体积很小的光敏电阻，它能够起到开关作用，在需要对光照有灵敏反映的自动控制设备中有普遍应用。

【名师解惑】如何理解传感器将其它信号转化为电信号的原理？剖析：1.可制成热敏电阻，把温度的转变转化为电信号。

有的半导体，在温度升高时电阻减小得超级迅速，它能将温度转变转化成电信号，测量这种电信号，就可以明白温度的转变情形。

如自动防火报警器中就有这种热敏电阻，当温度升高到必然（快接近物质的着火点）时，这种热敏电阻的电阻值迅速减小，使电路接通，从而使警铃发出警报。

又如电子测温仪中的热敏电阻，能迅速地把人的体温转变转化为电信号，在显示屏上显示出人的体温。

2.可制成光敏电阻，把光的转变转化为电信号。

§3.3 传感器的应用【学习目标】（一）知识与技能1．认识生产、生活与技术中的传感器；2．知道传感器的应用领域是极其广泛的，它并不神秘；3．传感器与计算机技术结合，可实现自动化和智能化。

（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。

（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。

【学习重点】传感器的应用【知识要点】一．温度传感器的应用——电饭锅1．电饭锅中的温度传感器主要元件是＿＿＿，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。

这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。

2．感温铁氧体是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合烧制而成的。

二．温度传感器的应用——测温仪1．温度传感器可以把＿＿＿转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。

2．测温仪中的测温元件可以是＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿等，还可以是＿＿＿＿＿等。

三．光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器1．机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个＿＿＿＿＿。

2．有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。

平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。

烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。

与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。

【典型例题】例1．电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由 S2、、R1和黄灯组成，工作（加热）部分；有发热电阻R3、、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103℃）时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃—80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、、R2起＿＿＿作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，所以S2是＿＿＿（填断开或闭合）。

第三节传感器的应用［学习目标］1.列举传感器在日常生活中的应用2列举传感器在农业生产和工业生产中的应用3 了解传感器在航空航天事业中的应用4理解常用传感器的工作原理，会分析常见传感器问题.（重点、难点）自主预习©揺新M）一、生活中的传感器1 •温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器.2 •红外线控制器的应用亘动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.3. 光敏传感器的应用：照相机中.4. 压力传感器的应用：电子秤中.二、传感器在工、农业生产和航天中的应用1 .农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器.2 .工业生产中的传感器安全生产中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器（如光栅传感器）对位移测量，从而实现精密加工.3 .飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等.1.思考判断（正确的打“V”，错误的打“x”）⑴ 洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器.（V）⑵ 自动门利用了红外线传感器.（V）⑶指纹识别器是利用压力传感器.（x）(4) 无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器.(X)(5) 位移测量装置用到了位移传感器.(V)2 •电子秤使用的传感器是()A. 超声波传感器B.温度传感器C.压力传感器D.红外线传感器C [电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确.]3 .类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯.下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A.是力传感器B.是光传感器C.是温度传感器D.是声音传感器B [遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C D错.]合作探究町殳重雅传感器的应用及工作原理分析1.常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻.2 .半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量.3 .分析传感器问题要注意的几个问题(1) 检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等.(2) 敏感元件分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律.(3) 电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律.【例1】加速度计是测定物体加速度的仪器.在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源.如图所示为应变式加速度计的示意图.当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态.敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出.已知敏感元件的质量为m两侧弹簧的劲度系数均为k,电源电动势为E,电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R有效长度为I，静态时输出电压为U0,试推导加速度a与输出电压U的关系式.E R［解析］设静态时滑动变阻器的滑片距左端为X,则敏感元件的输出电压为U0= R • T x = pX①再设系统向左加速时滑片右移△ X,则敏感元件的动力学方程为2k A X= mj②此时敏感元件的输出电压为E R E -U= R- p（x+ A x）= -（x + A x）③一2kl U— U b联立①②③二式可得a= mp若U>U b,系统的加速度方向水平向左；若KU,系统的加速度方向水平向右.2kl I— U b［答案］a= mp传感器应用的分析方法（1）要分清哪是主电路部分，哪是控制电路部分.（2）联系主电路和控制电路的关键点就是传感器中的敏感元件. 敏感元件感知主电路所处的状态，做出相应的反应，促使控制电路工作，保证主电路能工作在相应的设定状态之下.训练角度1传感器的电路原理1•传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器（实质是自动开关）是其中的一种•某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的•常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路•下列关于该消毒柜的几种电路图中（图中S为电源开关），连接正确的是（）A BC DA ［选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开•选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确.］训练角度2传感器的电路设计2•现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过6b C 时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I C时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Q )，直流电源(输出电压为U,内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值为1 000 Q )，滑动变阻器F2(最大阻值为2 000 Q )，单刀双掷开关一个，导线若干.在室温下对系统进行调节. 已知U约为18 V, I c约为10 mA流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 C时阻值为650.0 Q .(1) 完成待调节的报警系统原理电路图的连线.(2) 电路中应选用滑动变阻器 _________ (填“ R”或“ F2”).(3) 按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为 _______ Q;滑动变阻器的滑片应置于_________ (填“a”或“ b”)端附近，不能置于另一端的原因是②将开关向_________ (填“c”或“ d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至(4) 保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用.［解析］(1)电路图连接如图.(2) 报警器开始报警时，对整个回路有U= I c( R滑+ R 热)代入数据可得只滑=1 150.0 Q,因此滑动变阻器应选择R.(3) ①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Q .滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近,18若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I = '6506 金27.7 mA超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏•②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止.［答案］(1)连线如解析图所示. (2) R (3)①650.0 b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏②c报警器开始报警传感器的应用实例1.力传感器的应用——电子秤(1)构成：电子秤的测力装置是力传感器,常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成．如图所示．(2) 工作原理：在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变片的两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F 的大小．(3) 应用：力传感器常用于测量汽车载重，以及商店超市的电子秤．(如图所示)2．温度传感器的应用(1) 电熨斗①温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．②电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图所示：常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．(2) 电饭锅①结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的•它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103 C时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．②工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温磁体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103 C时，感温磁体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作.3 •光传感器的应用一一火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED光电三极管和不透明的挡板•平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态•烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小•与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报.【例2】如图甲所示为在温度为10 C左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻20 k Q、10 k Q、R = 40 k Q , Rr为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a b端电压Ub W0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压U b>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（）甲乙A. 10 CB. 20 CC. 30 CD. 45 CC [由题可知U b= 0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降•由电路图可知，在R、F2、F3给定的条件下，热敏电阻F T的阻值决定了R RU b的正负.设电源负极的电势为零，贝y o a = R T R U, o b = R^T R U,其中U为电源的路端电压，艮R r令o a= o b,即U b= 0，则可得R = R,代入数据得Rr= 20 k Q，查表得对应的温度为30 C,C正确.]本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路•正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键.训练角度1温度传感器的应用3 .电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断•如图所示为电熨斗的结构示意图，关于电熨斗的控制电路，下列说法正确的是（）A. 常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的B. 图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C. 熨烫棉麻衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升D. 熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升BD [常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，A 错误；当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的金属片所在处发生弯曲，触点断开,故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数，B正确；熨烫棉麻衣物时，需要较高温度，要调节调温旋钮，使升降螺钉下移，C错误；熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升，D正确.]训练角度2力传感器的应用4.（多选）如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R= a—kQa、k 是常量，G 和R的单位分别是N和Q），下列说法正确的是（）A. 传感器R是一个力电传感器B. 闭合电路测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化C. 该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘的零刻度处D. 如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R接入电路中的电阻应调大AD [根据闭合电路欧姆定律列式得到电流的表达式和量程的表达式进行讨论即可. R是将压力信号换成电信号的传感器，即力电传感器，故A正确；闭合电路测量时，电路中的电流为：I =a—kG Er + R，显然与人的体重不成线性关系，故B错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故C错误；由I g= a kG+ r + R'可知，kG= a+ r + R' —「，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故D正确.]训练角度3光传感器的应用5•电源、开关S和S'、定值电阻R、光敏电阻R和电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置•当开关S、S'闭合，并且无光照射光敏电阻F2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点•当用强光照射光敏电阻艮时，光敏电阻的阻值变小，则（）A. 液滴向下运动B. 液滴仍然静止C. 艮两端的电势差是否升高无法分析D. 当光照强度不变时断开S',把电容器的上极板向上移动一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高D [当用强光照射光敏电阻F2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R两端间的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故A、B错误；当用强光照射光敏电阻F2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R两端间的电压：lfe= E—I （R+ r）一定减小，故C错误；当光照强度不变时断开S',电容器的带电量不3 @4 n kdQ 一变，电势差为LRi= = = ---- ，把电容器的上极板向上移动一小段距离，d变大，故C £ S £ S4 n kd电势差Ik变大，由于下极板电势为零，故上极板的电势比A点的电势高，故D正确.]当堂达标©1.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是（）A. 两个传感器都是光电传感器B. 两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C. 两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D. 只有光照和温度都适合时排气扇才能工作B [题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C D错，B对.]2 .洗衣机中的水位控制装置使用的是（）A.光传感器B.压力传感器C.湿度传感器D.温度传感器B [当洗衣机内水位升高时，传感器的膜片受到的压力变大，当达到设定值时，关闭进水电磁阀门.]3. 如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液中，导线芯和导电液构成电容器的两极•把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，则导电液的深度h变化为（）A. h增大B. h减小C. h不变D.无法确定A [由题意知，导线芯和导电液构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极.当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化.与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液正对面积增大，电容器的电容值变大.]4. 某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上) ．当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态．若将该仪器固定在一辆汽车上，则下列说法正确的是( )A. 当汽车加速前进时，甲灯亮B. 当汽车加速前进时，乙灯亮C. 当汽车刹车时，乙灯亮D. 当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮B [向右加速时，M向左移动，b与a接触，乙灯亮；当刹车时，M向右移动，b与c接触，甲灯亮.故选项B正确.]。

第三章传感器第3节生活中的传感器导学案【学习目标】1、知道洗衣机中传感器的种类及它们在洗衣机中所起的作用，知道温度传感器在电冰箱中的重要作用。

2、合作探究;了解传感器在生活中的应用以及传感器给人们的生活带来的便利。

3.激情投入，领会科学探究中严谨、务实、友好合作的精神和态度【重难点】：传感器在洗衣机中所起的作用和电容传感器在实际中的应用。

【新课标内容标准】（1）知道非电学量转换成电学量的技术意义。

（2）通过实验，知道常见传感器的工作原理。

（3）列举传感器在生活和生产中的应用。

【课前预习案】【使用说明&学法指导】1．同学们要先通读教材，然后依据课前预习案再研究教材；了解传感器在家用电器中的应用，知道在家用电器中传感器的工作过程。

2．勾划课本并写上提示语，熟记基础知识，用红笔标注疑问，并填写到后面“问题反馈”。

3.限时15分钟，独立完成【教材助读】【预习自测】1.(2011·绵阳高二检测)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2.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是( )A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移3.人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位( )A.力传感器B.光传感器C.温度传感器D.生物传感器4.如图所示,电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是( )A.电吉他是光电传感器B.电吉他是温度传感器C.电吉他是声音传感器D.弦改用尼龙材料原理不变5.(2011·长沙高二检测)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器.如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器.当键被按下时，此小电容器的电容发生变化.与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号.这种计算机键盘使用的是( )A.温度传感器B.压力传感器C.磁传感器D.光传感器【我的疑惑】【课内探究案】电容式传感器的原理及应用举例问题1电容式传感器的工作原理问题2电容式传感器的应用(1)如图甲是用来测定角度θ的电容式传感器的工作原理.（2）如图乙测定液面高度h的电容式传感器的工作原理(3)如图丙是测定压力F的电容式传感器的工作原理【典例1】传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路.当压力F作用于可动电极的膜片上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转.在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定的这段时间，灵敏电流计指针的偏转情况为(电流从灵敏电流计正接线柱流入时指针向右偏)( )A.灵敏电流计指针向右偏B.灵敏电流计指针向左偏C.灵敏电流计指针不动D.不能判断灵敏电流计指针向哪边偏【课堂练习1】(2010·东营高二检测)如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极.把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，则导电液体的深度h变化为( )A.h增大B.h减小C.h不变D.无法确定【典例2】传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件.如图所示为一种电容传感器，电路可将声音信号转化为电信号.电路中a、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜.若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中( ) A.a、b板之间的电场强度不变 B.a、b板所带的电荷量不变C.电路中始终有方向不变的电流D.向右位移最大时，电容器的电容量最大★【课堂练习2】一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物. 有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T______＜t＜T______范围之内.(填下标数字) 【当堂检测】1.(2011·德州高二检测)如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号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极间的( )A.距离变化B.正对面积变化C.介质变化D.电压变化2.传感器是一种采集信息的重要器件.如图所示是一种测定压力的电容式传感器.当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么( )A.当F向上压膜片电极时，电容将减小B.当F向上压膜片电极时，电容将增大C.若电流计有示数，则压力F发生变化D.若电流计有示数，则压力F不发生变化★3.用电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路.要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭.可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线.导思：【我的收获】。

学案2传感器的应用用传感器制作自控装置[目标定位] 1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的学问解释一些生活中的问题.2.了解传感器应用的一般模式.3.能设计简洁的应用传感器的把握电路．一、传感器的应用[要点提炼]1．生活中的传感器电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度把握相关的家用电器都要用到温度传感器；自动门、家电摇控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等，均使用了红外线传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等．(1)电熨斗中双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而把握电路的通断．(2)电饭煲的工作原理：电饭煲应用了温度传感器，其主要的感温元件是感温铁氧体．①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”．②自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开头煮饭，当电饭煲内温度达到103_℃时，感温铁氧体失去铁磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．2．农业生产中的传感器无人管理的自动浇灌系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的挂念下实现的；现代粮库接受了温度传感器和湿度传感器．3．工业生产中的传感器生产平安中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等平安隐患；在自动把握系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．4．飞向太空的传感器在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员各种生理状况的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．二、用传感器制作自控装置课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路图1试验器材二极管V D、晶闸管V S、光敏电阻R G、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L.试验原理由晶闸管V S与电灯L构成主回路，把握回路由R与R G组成的分压器及二极管V D构成，如图1所示．1．当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管V S门电极处于低电平，V S关断．2．当夜幕降落时，照在R G上的自然光线减弱，R G呈高阻，使V S的门电极处于高电平，V S获正向触发电压而导通，灯L亮．3．转变R的阻值，即转变其与R G的分压比，可调整电路的起控点．一、传感器的应用实例例1电饭煲的结构如图2所示．图2(1)开头煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后煲内是否会大致保持确定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸取，煲底的温度会有什么变化？这时电饭煲会自动发生哪些动作？(4)假如用电饭煲烧水，能否在水沸腾后自动断电？答案(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开头加热，手松开后，由于煲内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态．(2)煮饭时水沸腾后煲内的温度基本保持在水的沸点不变．由于水沸腾时，温度不变．(3)饭熟后，水分被大米吸取，煲底的温度会上升，当温度上升到“居里温度”(约103 ℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分别，开关自动断开，且不能自动复位．(4)不能，由于假如用电饭煲烧水，水沸腾后，煲内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”103 ℃，电饭煲不能自动断电，只有水烧干后，温度上升到103℃才能自动断电，因此用电饭煲来浇水、煲汤不能实现自动控温．例2电饭煲的工作原理如图3所示，可分为两部分，即把握部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必需较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”、“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．图3解析R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动把握温度开关，当温度低于70 ℃时自动闭合，当温度达到70～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必需当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．答案见解析二、自控装置应用实例例3按图4所示连接好电路，合上S，发觉小灯泡不亮，缘由是____________________________________________________________________________________________________；用电吹风对负温度系数的热敏电阻吹一会儿，会发觉小灯泡________，缘由是___________________________________________________________________________________________；停止吹风，会发觉______________________________________________________________；把热敏电阻放入冷水中会发觉____________________________________________________．图4答案由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁亮了电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁小灯泡不会马上熄灭，由于热敏电阻温度照旧较高小灯泡熄灭例4某同学设计的家庭电路疼惜装置如图5所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法不正确的有()图5A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2中磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．答案 C传感器的应用⎩⎪⎨⎪⎧生活中的传感器(电熨斗、电饭煲、遥控器等)农业、工业生产中的传感器(温度传感器、湿度传感器、光纤传感器等)飞向太空的传感器(用于遥测、遥控)用传感器制作自控装置(利用光敏电阻、热敏电阻等)1．(传感器的应用实例)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了推断升降机运动状态的装置，如图6甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程()图6A．物体处于失重状态B．物体处于超重状态C．升降机确定向上做匀加速运动D．升降机可能向下做匀减速运动答案BD解析电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．2．(传感器的应用实例)在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图7所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下推断正确的是()①通电后，其电功领先增大后减小②通电后，其电功领先减小后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变图7A．①②B．②③C．②④D．①④答案 D解析当温度由零升到t1的过程中，PTC的电阻率ρ随温度上升而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度连续上升，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境的温差也就越大，电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在t1～t2之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，即热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t＜t3时，P＞P′，温度自动上升到t3；当t＞t3时，P＜P′，温度自动降到t3，实现自动保温，正确选项为D.3．(传感器的应用分析)如图8所示是一种自动把握水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b 之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？图8答案见解析解析P、Q应当分别接在触头a、b上，同时，M、N应当分别接e、f，其工作原理是：当水温上升时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到确定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧弹上去，使a、b 之间连接，加热装置开头加热，从而实现水温把握．4．(传感器的应用分析)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电把握设备来避开事故发生的．如图9所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极K端会放出电子)、放大器、电磁继电器等几部分组成．这样，当工人不慎将手伸入危急区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁马上变化，使机床停止工作，避开事故发生．光控继电器的原理是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.图9答案见解析解析光照射光电管时，阴极K放射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁N吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M，右侧电路接通，灯L亮．题组一传感器应用实例1．关于电饭煲的说法正确的是()A．电饭煲中的温度传感器的主要元件是氧化铁B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭煲烧水，水开时能自动断电D．用电饭煲煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位答案BD2．如图1所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮的挡板．平常间电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是()图1A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度上升，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确答案 C解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．3．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，毁灭声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是()A．热敏电阻和光敏电阻B．光敏电阻和霍尔元件C．热敏电阻和霍尔元件D．光敏电阻和声敏电阻答案 D解析两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确．4．如图2是电熨斗的结构图，下列说法正确的是()图2A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分别C．需要较高温度熨烫时，要调整调温旋钮，使升降螺丝上升D．双金属片温度传感器的作用是把握电路的通断答案BD解析电热丝通电加热，双金属片温度上升，双金属片的膨胀系数上大下小，温度上升到确定时，双金属片向下弯曲使触点断开，停止供电．A错，B、D对；需要较高温度熨烫时，要调整调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这样要使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度也需要更高一些，C错．题组二传感器的应用分析5．如图3所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器协作，可完成自动把握的要求．其工作方式是()图3A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联答案 A6．如图4所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简洁的恒温把握电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的上升而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成把握电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则()图4A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度上升到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在A、C端答案 B解析当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误．当温度上升到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L 对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确．恒温箱内温度高到确定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度上升后，A、B端断开，所以工作时，应当把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D 错误．故选B.7．如图5为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )图5A ．温度上升至74 ℃时，L 1亮灯报警B ．温度上升至74 ℃时，L 2亮灯报警C ．温度上升至78 ℃时，L 1亮灯报警D ．温度上升至78 ℃时，L 2亮灯报警 答案 D解析 当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L 1亮，但不报警；当温度上升到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L 2被接通，所以灯L 2亮且报警，温度上升至74 ℃时，只是灯L 1亮，不会报警，故A 、B 、C 项错，D 项正确．8．图6甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R 1＝20 kΩ，R 2＝10 kΩ，R 3＝40 kΩ，R t 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a 、b 端电压U ab <0时，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度上升；当U ab >0时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________ ℃.图6 答案 34解析 设电路路端电压为U ，当U ab ＝0时，有U R 1＋R 2R 1＝U R 3＋R tR 3，解得R t ＝20 kΩ.由题图乙可知，当R t ＝20 kΩ时，t ＝34 ℃.图79．如图7所示为一自动把握温度的电路，请说明其工作原理． 答案 见解析解析 当开关P 在弹簧拉力作用下拉到上面与a 接触时，电热丝工作；随着温度上升，热敏电阻温度上升，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增加到确定程度时把P 吸到b ，电热丝停止工作，指示灯亮．10．如图8所示，1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路．说明这种温度自动报警电路的工作原理．图8答案 见解析解析 当热敏电阻的温度上升时，阻值减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到确定值时，电磁铁吸下衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警．当温度下降后，热敏电阻的阻值增大，电磁铁电路中电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声．。