高考物理专题突破------传感器

实验9：传感器的简单使用一、实验目的1．知道传感器的作用。

2．观察热敏电阻和光敏电阻的阻值是如何随热信号和光信号而变化的。

二、传感器的工作原理1．概念能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成______的器件或装置，叫传感器。

2．组成一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成。

3．原理通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。

例如，光电传感器利用________将光信号转换成电信号；热电传感器利用________将温度信号转换成电信号。

4．流程5．传感器的分类（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器被称为____传感器、____传感器、____传感器、速度传感器、加速度传感器。

（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。

三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、烧杯、温度计、热水、光电计数器、强光源、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关等。

四、实验步骤1．研究热敏电阻的热敏特性（1）将热敏电阻与欧姆表接成电路，如图所示。

（2）把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。

（3）向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。

（4）将热水分几次注入烧杯中。

测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。

（5）根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。

（6）在如图所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图象。

（7）根据实验数据和R－t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。

2．研究光敏电阻的光敏特性（1）将光电传感器、欧姆表、灯泡、滑动变阻器如图所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆“×100”挡。

传感器（原理及典型应用）【学习目标】1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。

2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。

3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。

4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。

【要点梳理】要点一、传感器1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。

把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

2．传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。

传感器原理如下图所示。

3．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。

根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。

物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。

化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。

生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。

要点二、光敏电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。

要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。

要点三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。

如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。

要点诠释：（1）在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数（PTC）热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数（NTC）热敏电阻器。

※概述“传感器”作为信息采集的重要元件，在自动控制、信息处理等技术中发挥着重要的作用，是高中物理的重要章节，是电磁学的基础内容，也是高考的热点内容之一。

从近年高考命题来看，试题越来越贴近物理知识的实际应用。

而近几年关于传感器的高考题也越来越多。

这类试题一方面检测了考生联想、迁移、分析、综合等能力，另一方面也可使考生明白高新科学技术并非空中楼阁，神奇非.※ 知识梳理（一） ※考纲解读传感器温 度 传感器意义：传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。

起自动控制作用。

机械鼠标器火灾报警器光控开关光传感器 敏感元件光敏电阻：是一种能感知光强的传感器，电阻随光照的增强而减小 热敏电阻：是一种能感知温度的传感器，电阻一般随温度升高电阻减小 金属热电阻：是一种能感知温度的传感器，温度升高电阻增大霍尔元件：是一种能感知磁场强弱的传感器电容式位移传感器：是一种能感知位移变化的传感器 干簧管：一种能感知磁场存在的传感器 常见传感器及应用力传感器----电子秤：将应变片的形变量转化为电压差 声传感器----话 筒：将声学量转化为电学量 电熨斗：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断 电饭锅：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断测温仪：将温度转化为电学量（不同温度发射红外线不同） 温度报警器：（二）基础巩固1．传感器是把物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。

起自动控制作用。

2．力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把学信号（位移、速度、加速度等）转化为学信号（电压、电流等）的仪器。

3．热电传感器是利用电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的控制、火警报警器、恒温箱等。

一、传感器 1．定义：传感器是能把力、温度、光、声、化学成分等物理量，按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电路的通断的元件。

2．工作原理：非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量二、常见传感器元件名称输入物理量 输出物理量 变化规律 干簧管磁场 电路通断 有磁场电路接通，无磁场电路断开 金属热电阻温度 电阻 温度越高，电阻率越大 热敏电阻温度 电阻 温度越高，电阻率越小 光敏电阻光强 电阻 光照越强，电阻率越小 电容式位移传感器位移 电容 r 4πS C kd ε=，改变εr 、S 、d 霍尔元件磁感应强度 电压 H IB U k B d =∝ 应变片形变 电压 拉伸电阻变大，压缩电阻变小 双金属片温度 电路通断 热膨胀系数不同，升高相同温度，膨胀程度不同 感温铁氧体 温度电路通断 常温具有铁磁性，温度高于居里温度失去铁磁性（2018·江苏省如东高级中学高二上学期阶段测试）某温控电路的原理如图所示，M R 是半导体热敏电阻，R 是滑动变阻器，某种仪器要求在15~27℃℃的环境中工作，当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备，下列说法中正确的是R的阻值减小A．环境温度降低，MU变大B．环境温度升高，abU变大C．滑片P向下移动时，abD．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度【参考答案】D【详细解析】A、R M是半导体热敏电阻，环境温度降低时，R M的阻值增大，故A错误；B、环境温度升高时，R M的阻值减小，根据串联电路中电压与电阻成正比，可以知道U ab变小，故B错误；C、滑片P 向下移动时，R增大，总电流减小，则U ab变小，故C错误；D、调节滑片P时，可改变U ab，从而改变升温和降温设备启动时的临界温度，所以D选项是正确的。

综上所述本题答案是D。

【名师点睛】电阻类传感器主要分为金属热电阻和半导体材料电阻两类，前者的电阻率随温度升高而增大，后者的电阻率随温度升高或光照增强而减小。

高考物理-选修3-2-传感器专题练习〔含答案〕〔一〕一、单项选择题1.用于火灾报警的离子烟雾传感器如下图．在网罩Ⅰ内有电极Ⅰ和Ⅰ ，a、b两端接电源，Ⅰ是一小块放射性同位素镅241，它能放射出一种很容易使空气电离的粒子．正常情况下镅241放射出的粒子使两个极板间的空气电离，在a、b间形成较强的电流；发生火灾时，大量烟雾进入网罩Ⅰ内，烟尘颗粒吸收其中的带电粒子，导致电流发生变化，从而报警．以下说法中正确的选项是〔〕A.镅241射出的是α粒子，有烟雾时电流增强B.镅241射出的是α粒子，有烟雾时电流减弱C.镅241射出的是β粒子，有烟雾时电流增强D.镅241射出的是β粒子，有烟雾时电流减弱2.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．以下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.电饭锅中控制加热和保温的温控器3.振弦型频率传感器的构造如下图，它由钢弦和永磁铁两局部组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的固有频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．以下说法正确的选项是〔〕A.当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高B.当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高C.膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率低D.膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高4.从2021年始，公安部向各地交警部门发出通令，为确保人民生命财产，严肃打击酒后或醉酒驾车．酒精测试仪就用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如下图的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系，假如二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r0的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的选项是〔〕A.U越大，表示c越大，c与U成正比B.U越大，表示c越大，但是c与U不成正比C.U越大，表示c越小，c与U成反比D.U越大，表示c越小，但是c与U不成反比5.关于传感器，下面说法中不正确的有〔〕A.电冰箱利用的是温度传感器B.光电鼠标利用的是生物传感器C.家电遥控系统利用的是紫外线传感器D.宾馆里的是防火报警利用的是烟雾传感器6.〔2022•浙江〕如下图为一种常见的身高体重测量仪。

实验11 传感器的简单应用【考纲链接】1.本实验在新课标物理《高考大纲》中是必考内容实验之十一.传感器的简单应用。

2. 本实验见普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-2（人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心编著，人民教育出版社出版）的第6章传感器 第4节传感器的应用实验（第70~72页）。

由于本实验是历来的教科书所没有的，许多教师没有做过，不太熟悉，有些学校实验室没有所需器材（如施密特触发器等）,所以要特别重视。

以型号HEF40106B 施密特触发器为例图6-2-1图6-2-1是型号HEF40106B 触发器的引脚示意图，由图可以看出，在同一块集成片上分别做了6块独立的施密特触发器，如果使用第1块，只需要在1i 接输入电压，在1o 接输出电压，然后分别把DD V 接到稳压电源，SS V 接地，就可以工作了。

实验原理：图6-2-2将电路按图6-2-2连接，G R 为光敏电阻，1R ，2R 为电阻箱，LED 为发光二极管，A 点为施密特触发器的输入端，Y 点为施密特触发器的输出端。

适当选择1R ，2R 的阻值后，R上的电阻相对比较小，A点的电压小于Vp，Y点输出高电位，发光当外界光线很强时，GR上的电阻显著增大， A 二极管两端的电势差很小，因此不能发光；当外界光线变弱时，G点的电压也显著增大，当增大到Vp=3.0V时，Y点输出低电位，发光二极管两端有大约R上的电阻减5V的电势差，发光二极管开始正常发光，如果光线强度又进一步开始回升，G小，A点的电压也开始减小，当A点的电压小于Vn=2.2V时，Y点又输出高电位，发光二极管熄灭。

为了更直观地了解整个电路工作过程，也可以分别用两个电压表对A点和Y点的电压进行测量。

实验一：光控开关实验目的：了解光控开关，对自动控制有初步理解。

实验电路：见图6-2-3图6-2-3实验电路实验步骤：1. 当光弱时，光敏电阻阻值大，电流小，A端输入高电位（1），Y端输出低电位（0），发光二极管亮，如图6-2-4.图6-2-42. 当光强时，光敏电阻阻值小，电流大，A 端输入低电位（0），Y 端输出高电位（1），发光二极管不亮，如图6-2-5。