人教2019选择性必修第二册高二物理备课必备讲义5.1认识传感器(原卷版+解析)

第五章传感器第1节认识传感器【核心素养目标】物理观念知道什么是传感器，了解传感器的种类.科学思维知道传感器的组成与应用模式.科学探究知道非电学量转换为电学量的技术意义。科学态度与责任通过传感器知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一神奇的传感器【情境导入】夜晚，楼道里漆黑一片。但随着我们的脚步声响，或者“路见不明一声吼”，楼道的灯亮了，经过后，灯则依次熄灭。这其中的奥妙是什么？【知识梳理】1．定义：能够感受力、温度、光、声、化学成分等量，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的一类器件或装置。通常转换成的可用信号是电压、电流等量，或转换为电路的。2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行、、处理和控制。【典例精析】例1．关于传感器，下列说法正确的是()A．所有传感器都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．水银温度计是一种传感器知识点二传感器的种类【情境导入】干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？【知识梳理】1．物理传感器：利用物质的或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。2．化学传感器：利用，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等化学传感器。3．生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如、、细胞传感器等生物传感器。【典例精析】例2．(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示．下列说法正确的是()A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高知识点三传感器的组成与应用模式【情境导入】在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？【知识梳理】1．传感器的基本部分：传感器的基本部分一般由、组成。2．敏感元件是指能直接感受或响应外界的部分；转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成的部分。它们分别完成和两个基本功能。3．传感器应用的一般模式【典例精析】例3．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，这两个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．光传感器针对训练一、单选题1．电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化。如图是四个电容式传感器的示意图。下列通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递的是（）A．图（a）、图（b）B．图（b）、图（c）C．图（c）、图（d）D．图（a）、图（d）2．如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。和为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是（

）A．当处的磁场增强时，电流表示数增大B．当处的磁场增强时，a、b两端的电压减小C．增大的阻值，更容易触发报警器报警D．增大的阻值，更容易触发报警器报警3．电梯超载时会自动报警，它用到的传感器和下列哪个装置用到的传感器相同（）A．红外报警装置 B．门窗防盗报警装置C．电子自动称重装置 D．湿手自动烘干装置4．抗疫期间，志愿者使用的电子测温枪通过非接触的方式感应人体的体温以此来排查病毒的疑似感染病例。这种体温枪利用的电磁波是（）A．X射线 B．紫外线 C．红外线 D．γ射线5．传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若流经灵敏电流计的电流方向向左时，指针向右偏。当待测压力突然增大时，下列说法中正确的是（）A．电容器的电容将减小B．灵敏电流表指针向左偏转C．点的电势比点的低D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力不再变化6．利用电磁感应原理工作的是（）A．动圈式扬声器 B．磁电式仪表 C．发电机 D．电磁炮7．据统计交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，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。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，则以下说法正确的是（）A．U越大，表示c越小B．U越大，表示c越大C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越少8．教材中测量小车从固定斜面下滑到某位置的瞬时速度所用到的传感器是（）A．力传感器 B．光电门传感器 C．位移传感器 D．电流传感器9．现代大部分复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体（OPC）。没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程如图所示。下列关于这类复印机的说法不正确的是（

）A．这种复印机应用了静电吸附B．OPC是一种光敏半导体材料C．在显影过程中，墨粉飞向OPC时做匀变速运动D．光照会激发OPC中受束缚的电子从而导电，因此入射光需大于一定的频率10．在一些机场、车站、饭店的洗手间通常都装有自动热风干手器。人们洗于后将湿手靠近干手器，机内传感器发出感应信号，使干手器工作吹出“热风”，将湿手烘干（如图所示）。自动热风干手器之所以能实现这种自动控制，主要是由于湿手靠近它时（）A．改变了传感器附近的湿度 B．改变了传感器附近的温度C．改变了传感器的电容 D．改变了传感器的电阻11．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置实际上就是传感器把压力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．门窗防盗报警装置C．电子秤中的电阻应变片D．洗手后将湿手靠近会有热空气喷出的自动干手机12．某加速度计工作原理如图所示，滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接，R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定连接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，并将此加速度计按图示方式固定在一辆运动的汽车上，汽车沿弹簧方向向前行驶，发现指针向零点左侧偏转。下列说法正确的是（）A．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速B．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速C．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速D．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速13．社区是疫情联防联控的第一线，为了严防死守“最后一公里”，某小区门口新增了AI人脸识别机。当有人进入“人脸识别区”，大概0.5m处时，摄像机会捕捉面部信息，对其面部特征进行快速核对，判断是否是业主。下列哪一组传感器可实现这一功能（）A．声传感器和压力传感器B．光传感器和位移传感器C．速度传感器和温度传感器D．压力传感器和加速度传感器二、多选题14．下列说法正确的是（）A．利用电容传感器可制成麦克风B．物体受合外力越大，则动量变化越快C．利用红外传感器可制成商场的自动门D．牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用15．传感器在现代生产生活中的应用十分广泛。下列传感器中，输入物理量为温度的是（）A．热敏电阻 B．电阻应变片 C．金属热电阻 D．电容式位移传感器第五章传感器第1节认识传感器【核心素养目标】物理观念知道什么是传感器，了解传感器的种类.科学思维知道传感器的组成与应用模式.科学探究知道非电学量转换为电学量的技术意义。科学态度与责任通过传感器知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一神奇的传感器【情境导入】夜晚，楼道里漆黑一片。但随着我们的脚步声响，或者“路见不明一声吼”，楼道的灯亮了，经过后，灯则依次熄灭。这其中的奥妙是什么？【答案】在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关。【知识梳理】1．定义：能够感受力、温度、光、声、化学成分等被测量，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的一类器件或装置。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。【典例精析】例1．关于传感器，下列说法正确的是()A．所有传感器都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．水银温度计是一种传感器【答案】B【解析】传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误，B正确；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误．知识点二传感器的种类【情境导入】干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？【答案】(1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通．(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器．【知识梳理】1．物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。2．化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等化学传感器。3．生物传感器：利用生物活性物质的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。【典例精析】例2．(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示．下列说法正确的是()A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高【答案】BD【解析】金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，且灵敏度高，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度差，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错误，D正确．知识点三传感器的组成与应用模式【情境导入】在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．【知识梳理】1．传感器的基本部分：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。2．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；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。它们分别完成检测和转换两个基本功能。3．传感器应用的一般模式【典例精析】例3．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，这两个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【答案】B【解析】小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误。针对训练一、单选题1．电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化。如图是四个电容式传感器的示意图。下列通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递的是（）A．图（a）、图（b）B．图（b）、图（c）C．图（c）、图（d）D．图（a）、图（d）【答案】A【解析】由图可知图（a）、图（b）通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递；图（c）通过改变电容器两极板的距离实现信号传递；图（d）通过改变电容器两极板间的电介质实现信号传递。故选A。2．如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。和为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是（

）A．当处的磁场增强时，电流表示数增大B．当处的磁场增强时，a、b两端的电压减小C．增大的阻值，更容易触发报警器报警D．增大的阻值，更容易触发报警器报警【答案】C【解析】B．当处的磁场增强时，由图像可知其阻值变大，则电路的总电阻增大，由可知总电流变小，a、b两端的电压为则a、b两端的电压增大，故B错误；A．根据并联分压可知，电流表的电流为总电流变小，而变大，则电流表示数减小，故A错误；C．因越大越容易触发报警器报警；而增大的阻值，总电阻增大，总电流变小，内阻和的电压变小，可知a、b两端的电压变大，故更容易触发报警器报警；故C正确；D．增大的阻值，总电阻增大，总电流变小，此时a、b两端的总电阻不变，则a、b两端的电压变小，要触发报警器报警更难，故D错误。故选C。3．电梯超载时会自动报警，它用到的传感器和下列哪个装置用到的传感器相同（）A．红外报警装置 B．门窗防盗报警装置C．电子自动称重装置 D．湿手自动烘干装置【答案】C【解析】A．红外报警装置是将光信号转化为电信号，故A错误；B．门窗防盗报警装置一般用干簧管磁性开关，将磁信号转化为电信号，故B错误；C．电子自动称重装置是将压力信号转化为电信号，故C正确；D．湿手自动烘干装置是通过改变传器的电容，控制芯片启动电机和加热装置，故D错误。故选C。4．抗疫期间，志愿者使用的电子测温枪通过非接触的方式感应人体的体温以此来排查病毒的疑似感染病例。这种体温枪利用的电磁波是（）A．X射线 B．紫外线 C．红外线 D．γ射线【答案】C【解析】测温枪利用的是红外线，又称为红外测温仪，自然界中一切物体都在不停向外辐射红外线，物体的温度越高，红外线的辐射能力越强。故选C。5．传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若流经灵敏电流计的电流方向向左时，指针向右偏。当待测压力突然增大时，下列说法中正确的是（）A．电容器的电容将减小B．灵敏电流表指针向左偏转C．点的电势比点的低D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力不再变化【答案】C【解析】A．由题可知，电容器的电压不变，当待测压力突然增大时，F向上压膜片电极，由，可知d减小，电容增大，故A错误；BC．由题可知，电容器的电压不变，若F向上压膜片电极，电容增大，电量增大，电容器充电，电路中形成逆时针方向的电流，则灵敏电流计指针向右偏；电流从N流向M，故点的电势比点的低，故B错误，C正确；D．若电流计示数稳定且不为零，说明电容器正在充放电，电容器的电容变化，说明压力变化，故D错误。故选C。6．利用电磁感应原理工作的是（）A．动圈式扬声器 B．磁电式仪表 C．发电机 D．电磁炮【答案】C【解析】A．动圈式扬声器是变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，通电导体在磁场中受安培力力，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，故A错误；B．磁电式仪表主要的结构是螺旋弹簧线圈通电后在磁场中受到安培力偏转，从而能反映相关物理量的大小，故B错误；C．发电机是利用电磁感应原理，将其他形式的能源转换成电能的机械设备，故C正确；D．电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，故D错误。故选C。7．据统计交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，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。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，则以下说法正确的是（）A．U越大，表示c越小B．U越大，表示c越大C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越少【答案】B【解析】AB．图中酒精传感器与R、R0串联，电压表测R0两端的电压，U越大，说明电路中电流越大，酒精传感器的电阻减小，由题意可知：酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度c成正比，可知，c越大，故A错误，B正确；C．检测到驾驶员喝了酒时，c增大，减小，电路中总电阻减小，电路中电流增大，则U的示数增大，故C错误；D．由上分析可知，U越大，c增大，表示检测到驾驶员喝酒越多。故D错误。故选B。8．教材中测量小车从固定斜面下滑到某位置的瞬时速度所用到的传感器是（）A．力传感器 B．光电门传感器 C．位移传感器 D．电流传感器【答案】B【解析】A．力传感器是用来检测力的，故A错误；B．光电门传感器是用来测量某一固定点的瞬时速度，故B正确；C．位移传感器是用来测量位移和速度的，但是这个速度是指某一过程的连续的速度变化，故C错误；D．电流传感器是用来检测电流的，故D错误。故选B。9．现代大部分复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体（OPC）。没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程如图所示。下列关于这类复印机的说法不正确的是（

）A．这种复印机应用了静电吸附B．OPC是一种光敏半导体材料C．在显影过程中，墨粉飞向OPC时做匀变速运动D．光照会激发OPC中受束缚的电子从而导电，因此入射光需大于一定的频率【答案】C【解析】AB．复印机复印利用了静电吸附的原理，OPC是一种光敏半导体材料，在光照后由绝缘体变为导体，故AB正确，不符合题意；C．在显影过程中，墨粉受到的静电力随着与OPC的距离改变面改变，加速度不断改变，故C错误，符合题意；D．光照射到OPC表面时，材料中的电子被激发而远离原子核，从而变为导体，所以只有当光子能量（频率）大于某一数值时才可以导电，故D正确，不符合题意。故选C。10．在一些机场、车站、饭店的洗手间通常都装有自动热风干手器。人们洗于后将湿手靠近干手器，机内传感器发出感应信号，使干手器工作吹出“热风”，将湿手烘干（如图所示）。自动热风干手器之所以能实现这种自动控制，主要是由于湿手靠近它时（）A．改变了传感器附近的湿度 B．改变了传感器附近的温度C．改变了传感器的电容 D．改变了传感器的电阻【答案】C11．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置实际上就是传感器把压力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．门窗防盗报警装置C．电子秤中的电阻应变片D．洗手后将湿手靠近会有热空气喷出的自动干手机【答案】C【解析】A．红外报警装置将光信号转化为电信号，A错误；B．门窗防盗报警装置一般用干簧管这种磁性开关，将磁信号转化为电信号，B错误；C．电子秤中的电阻应变片是将压力信号转化为电信号，C正确；D．洗手后将湿手靠近自动干手机改变了传感器的电容，从而发送启动信号给控制芯片，控制芯片启动电机和加热装置工作，D错误。故选C。12．某加速度计工作原理如图所示，滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接，R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定连接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，并将此加速度计按图示方式固定在一辆运动的汽车上，汽车沿弹簧方向向前行驶，发现指针向零点左侧偏转。下列说法正确的是（）A．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速B．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速C．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速D．加速度表盘的刻