新教材人教版高中物理选择性必修第二册第五章传感器 学案知识点考点汇总及配套习题

第五章传感器1.认识传感器 (1)2.常见传感器的工作原理及应用 (1)3.利用传感器制作简单的自动控制装置 (19)1.认识传感器2.常见传感器的工作原理及应用必备知识·自主学习一、神奇的传感器【情境思考】小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。

如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。

问题：盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？提示：小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件，能起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。

1.传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。

2.楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。

只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。

3.自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。

这种装置就是红外线传感器。

4.便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。

5.非电学量转化成电学量的意义：把非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。

二、传感器的种类1.传感器的种类：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。

2.电化学反应原理：把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。

3.生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。

三、传感器的组成与应用模式1.传感器的基本部分由敏感元件、转换元件组成。

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。

3.传感器的两个重要概念：（1）敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，执行检测的功能。

（2）转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换基本功能。

（3）如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。

这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。

例如，热电偶、压电晶体等都是这种形式的传感器。

4.传感器应用的一般模式：四、光敏电阻1.特点：光照越强，电阻越小。

2.原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

3.作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

五、热敏电阻和金属热电阻如图所示，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R（温度升高，电阻减小）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热的正中央。

若在RT敏电阻，表针将如何偏转？提示：由于酒精蒸发，热敏电阻R温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用T温度升高，电阻值减小，指针将向右吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT偏。

1.热敏电阻：热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。

2.金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。

3.热敏电阻与金属热电阻的区别：热敏电阻金属热电阻六、力传感器的应用——电子秤1.组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。

2.工作原理：3.作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。

【易错辨析】（1）传感器是一种联络传递感知的设备。

（×）（2）传感器是一种感知、探测物理量的工具。

（×）（3）传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。

（√）（4）光敏电阻受到的光照越强，电阻越小。

（√）（5）热敏电阻一定是随温度的升高，其阻值增大。

（×）（6）电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号。

（√ ）关键能力·合作学习知识点一传感器的工作原理及其分类1.传感器的核心元件：（1）敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或外界影响被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。

（2）转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的信号转换成电信号输出。

（3）转换电路：是将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电信号，如电压、电流等。

2.传感器的工作原理：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、电流、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输送给控制系统产生各种控制动作。

传感器的工作原理如图所示：3.分类：工作原理举例物理传感器利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等化学传感器利用化学反应识别和检测信息气敏传感器、湿敏传感器等生物传感器利用生物化学反应识别和检测信号酶传感器、组织传感器、细胞传感器等声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？提示：声控灯全名应该为——声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光线充足的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。

【典例】（多选）（2021·济南高二检测）下列对传感器的工作原理认识正确的是（）A．传感器的结构是由敏感元件和处理电路组成B．敏感元件的功能是把电学量转换成非电学量便于处理电路进行处理C．半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而增大，半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而减小D．干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关【解析】选A、D。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件和处理电路组成，选项A正确；敏感元件的功能是把非电学量转换成电学量便于处理电路进行处理，选项B错误；半导体元件光敏电阻阻值随光照增强而减小，正温度系数半导体元件热敏电阻阻值随温度升高而增大，选项C错误；干簧管属于磁敏元件，是由磁场控制的自动开关，选项D正确。

传感器问题的分析思路不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。

因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。

1.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声压的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号，则当振动膜片向左振动时（）A.电容器的电容增大B．电容器带电荷量减少C．R两端的输出信号电压相对于平衡位置稳定时不变D．电阻R中的电流方向自右向左【解析】选B。

振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大，由C＝εrS4πkd可知电容器的电容减小，A错误；由C＝QU可知，在U不变的情况下，C减小则Q减小，电容器处于放电状态，R中电流方向自左向右，B正确，D错误；因稳定时无电流，R两端输出信号电压为零，有电流通过电压变大，C错误。

2.（多选）人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。

当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中正确的是（）A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例B．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例C．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确D．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确【解析】选A、C、D。

利用脂肪几乎不含水分，其导电性和人体内其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算人体脂肪率，B错误，A正确；人在激烈运动和沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小变化，所以测量数据会不准确，C、D正确。

【加固训练】全面了解汽车的运行状态（速度、水箱温度、油量）是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。

如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器（R≪R′），它的金属滑片是金属杆的一端。

该同学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，你认为电压表应该接在图中的____________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将__________（选填“增大”或“减小”）。

【解析】由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR ＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。

答案：b、c 增大知识点二传感器的应用1.传感器性能的比较：热敏电阻金属热电阻光敏电阻电阻应变片特点正温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻变大；负温度系数的热敏电阻，随温度升高电阻减小电阻率随温度的升高而增加在强光下电阻小，在暗光下电阻大受到拉力时，电阻变小；受到压力时，电阻变大敏感材料半导体金属把硫化镉涂敷在绝缘板上，其表面镀银金属材料优点灵敏度好测温范围大灵敏度好灵敏度好原理温度影响电阻率无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好R＝ρSL应用空调机电饭煲照相机电子秤2.光敏电阻的导电特性：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光。