5.1认识传感器（解析版）-2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第二册）

5.1认识传感器学习目标学习目标课程标准物理素养1.知道什么是传感器，了解传感器的种类.2.知道传感器的组成与应用模式物理观念：知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置。科学思维：知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。科学探究：知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活。科学态度与责任：传感器在理论和实践之间架设了一个桥梁，对增强学生理解自然科学对社会进步的推动作用有重要的意义。002思维导图003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、神奇的传感器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。二、传感器的种类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。三、传感器的组成与应用模式1.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004题型精讲【题型一】传感器的工作原理和分类1.传感器的核心元件（1）敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。（2）转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。（3）信号调整与转换电路：将转换元件输出的电信号放大。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下所示：3.分类比较项目工作原理举例物理传感器利用物质的物理性质或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活性物质的选择性识别和检测生物化学物质酶传感器、组织传感器、细胞传感器等【典型例题1】一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是（）A．光敏电阻 B．电阻应变片 C．热敏电阻 D．干簧管【答案】D【解析】根据题意，应使用干簧管，使得门动时穿过干簧管磁通量变化，产生感应电流。故选D。【典型例题2】全自动洗衣机设有多段水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器（

）A．温度传感器 B．压力传感器 C．霍尔元件 D．干簧管【答案】B【解析】洗衣机在不同段式水位时压力不同，水位自动感应装置可能使用的是压力传感器，故B正确，ACD错误。故选B。【对点训练1】关于传感器，下列说法正确的是（）A．金属材料不可以制成传感器B．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的C．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号D．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的【答案】C【解析】AB．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，故AB错误；C．话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号的，故C正确；D．传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故D错误。故选C。【对点训练2】下列应用中不是利用了传感器的有（）A．用刻度尺测量课桌的长度B．化工厂控制室内为了同时知道相距较远的若干个反应器中的温度所用的温度测试仪C．宾馆房间的天花板上会安装一个报警器，当房间发生火灾时，它能通过电路发出警报D．医疗和防疫需要的快速、准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪【答案】A【解析】A．刻度尺测量课桌长度，直接观察读数，与传感器无关，故A符合题意；BD．医疗和防疫需要一种快速、准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪，化工厂的控制室为了同时知道相距较远的若干个反应器中的温度所用的温度测试仪，都是把温度这个热学量转化为电学量，利用了传感器，故BD不符合题意；C．当房间失火时，房间会有烟雾，将烟雾信号转换成电信号，从而发出警报，利用了传感器，故C不符合题意。故选A。【题型二】传感器的组成与应用模式一冷库中的自动控温设备如图所示，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理。［提示］冷库中温度较低时，导电液体体积较小，此时两电极未与导电液体接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液体受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液体温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作。1.分析思路物理传感器是将所感受的物理量（如力、热、光等）转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：（1）信息采集；（2）信息加工、放大、传输；（3）利用所获得的信息执行某种操作。2.分析传感器问题要注意四点（1）感受量分析要明确传感器所感受的物理量，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基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。（4）执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。【典型例题3】动车上装有烟雾报警装置，其原理如图所示，M为烟雾传感器，其阻值随着烟雾浓度的改变而变化，N为定值电阻，滑动变阻器的滑片P已调整至合适位置，电源电动势和内阻恒定不变。当车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致N两端的电压增大，装置发出警报。下列说法正确的是（）A．烟雾浓度增大时，的阻值减小B．烟雾浓度增大时，通过滑动变阻器的电流增大C．滑片P向右移动可以提高报警灵敏度D．烟雾浓度增大时，烟雾传感器消耗的功率一定增大【答案】A【解析】A．定值电阻N两端的电压增大，干路电流增大，传感器两端的电压一定减小，则并联部分电阻一定减小，可知烟雾浓度增大时，的阻值减小，故A正确；B．烟雾浓度增大时，的阻值减小，并联部分电压减小，根据欧姆定律可知，通过滑动变阻器的电流减小，故B错误；C．滑动变阻器接入电路的阻值越大，滑动变阻器与烟雾传感器并联的电阻越接近，烟雾浓度增大时，N两端的电压增大得越明显，即能够提高报警灵敏度，可知滑片P向左移动可以提高报警灵敏度，故C错误；D．烟雾浓度增大时，的阻值减小，干路电流增大；烟雾传感器两端的电压一定减小，通过滑动变阻器的电流减小，通过烟雾传感器的电流增大，其消耗的功率可能增大，也可能减小或不变，故D错误。故选A。【典型例题4】图甲所示为用传感器测量某直流电源（在图甲中用电池的符号来表示）的电动势E和内电阻r的实验电路，按此原理测量得到多组数据后作出的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A．图中A、B分别为电压传感器和电流传感器B．闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于b端C．根据图乙可求出该电源的电动势D．根据图乙可求出该电源的内阻【答案】D【解析】A．测量一电池的电动势E和内阻r需要测路端电压和电流，电流传感器应串联接入电路，电压传感器应并联接入电路，由电路图可知图中A、B分别为电流传感器和电压传感器，故A错误；B．滑动变阻器采用限流接法，为了保护电路，闭合开关前滑片置于阻值最大处，由图可知，滑片应置于a处，故B错误；CD．由闭合电路欧姆定律可知图像的纵轴截距表示电源电动势为斜率的绝对值为电源内阻为故C错误，D正确。故选D。【对点训练3】某型号酒精测试仪的工作原理图如图所示，传感器R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时（

）A．传感器的电阻增大 B．电流表的示数变小 C．电压表的示数变大 D．电源的总功率增大【答案】D【解析】ABC．酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器R的阻值减小，则电流增大，根据可知电压表示数变小，故ABC错误；D．根据功率的公式可知可知电源的总功率增大，故D正确；故选D。【对点训练4】交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是（）A．电压表的示数变大，电流表的示数变小B．电压表的示数变小，电流表的示数变小C．酒精气体浓度越大，的功率越小D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变【答案】D【解析】AB．当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器的电阻R减小，电路的总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知总电流变大，电流表的示数变大，电阻R0以及内阻r上的电压变大，则R上的电压减小，可知电压表示数变小，故AB错误；C．的功率为酒精气体浓度越大，电阻R越小，电流总电流I越大，的功率越大，故C错误；D．根据闭合回路欧姆定律可知电压表示数为电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比为即电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变，故D正确。故选D。00501强化训练【基础强化】1．关于传感器，下列说法正确的是（）A．金属材料也可以制成传感器B．水银温度计是一种传感器C．传感器主要是通过感知温度的变化来传递信号的D．所有传感器都是由塑料制成的【答案】A【解析】AD．传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A正确，D错误；B．水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，故B错误；C．传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故C错误。故选A。2．在“新冠疫情”期间，为了减少人与人之间的接触，人们采用了无接触式测温仪——“额温枪”来测量人体温度，该测温仪利用的是（）A．红外线传感器 B．压力传感器 C．气体传感器 D．声音传感器【答案】A【解析】“额温枪”是利用人体能发出红外线来测量人体温度的，故该测温仪利用的是红外线传感器。故选A。3．关于传感器及其应用，下列说法正确的是（）A．干簧管是利用电磁感应原理控制电路通断B．机器人“眼睛”利用了光传感器C．红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度D．话筒是一种能够将电信号转换为声音信号的传感器【答案】B【解析】A．干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，故A错误；B．机器人“眼睛”利用了光传感器，故B正确；C．红外测温枪是接受人体向外发射红外线的强弱，从而测量人体温度，故C错误；D．话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故D错误。故选B。4．下列关于传感器的说法正确的是（）A．话筒是一种常用的传感器，其作用是将电信号转换为声音信号B．在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，它的控制电路中只需要用到声音传感器C．光照越强光敏电阻的阻值越大D．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量【答案】D【解析】A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电流信号，故A错误；B．楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，使用了光与声传感器，故B错误；C．光照越强光敏电阻的阻值越小，故C错误；D．霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故D正确；故选D。5．2024年初，朝鲜测试了一种正在研发的高超音速电磁导弹，能制造极速变化的磁场来干扰地面通讯，并发送实时地面状况，到达目标后还能实现自爆，下列说法错误的是（）A．导弹通过发射波长为m的无线电波来实时发送信息B．高超音速电磁导弹里有风力传感器，可以间接粗略测出飞行速度C．要制造技极速变化的磁场，可以通过接上高频电压来实现D．要引爆火药，可以通过变压器升压来实现引爆【答案】A【解析】A．导弹通过发射微波来实时发送信息，故A错误，符合题意；B．高超音速电磁导弹里有风力传感器，可以间接粗略测出飞行速度，故B正确，不符合题意；C．高频电压可以制造技极速变化的磁场，故C正确，不符合题意；D．变压器升压可以来实现引爆火药，故D正确，不符合题意。故选A。6．如图，是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2部分插在线圈3中，并且可以随着物体1在线圈中左右平移。要能够准确反映出物体1的左右位置变化，那么应该在a、b间连接的是（）A．在a、b间串接干电池和灵敏电流计B．在a、b间接灵敏电流计C．在a、b间串接交流电源和灵敏电流计D．在a、b间电压表【答案】C【解析】根据题意可知，软铁芯2随着物体1向左平移，可以使线圈3的自感系数增大，同理软铁芯2随着物体1向右平移，可以使线圈3的自感系数减小，这一变化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到了被测物体位移的变化，则应将线圈3与灵敏电流计串联后与交流电源相连，线圈自感系数的变化将使它对交变电流的感抗发生变化，从而引起电路中电流的变化，再由灵敏电流计显现出来。故选C。【素养提升】7．（多选）如图，关于干簧管，下列说法中正确的是（）A．磁体靠近干簧管，小灯泡会亮B．改变磁体磁极的方向，然后靠近干簧管，小灯泡不亮C．干簧管作为磁传感器，经常被用于控制电路的通断D．干簧管作为磁传感器，可被用于定量测量磁感应强度【答案】AC【解析】AB．当磁体靠近干簧管时，磁体的磁场使簧片磁化，两片簧片端点位置附近产生不同的极性，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合，当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开，可知，当磁体靠近干簧管时，小灯泡会亮，与磁体是否改变磁极的方向无关，故A正确，B错误；C．结合上述可知，干簧管就是一个由磁场控制的自动开关，其作为磁传感器，经常被用于控制电路的通断，故C正确；D．结合上述可知，干簧管通过外界磁场使两片簧片的触点部分被磁化成异名磁极相互吸引，从而控制电路通断，其并不能定量测量磁感应强度，故D错误。选AC。8．（多选）图甲是氯化锂湿敏电阻原理示意图，当空气湿度升高时，其电阻率变大。某同学设计图乙的电路来监测空气湿度变化，其中是氯化锂湿敏电阻，是定值电阻，在环境温度一定时，闭合开关，以下说法正确的是（）A．空气湿度越高，阻值越小B．空气湿度越低，电路中电流越大C．空气湿度越高，电压表的示数越大D．空气湿度越低，电源两端电压越大【答案】BC【解析】A．依题意，空气湿度越高，其电阻率越大，根据可知阻值越大。故A错误；BD．同理，空气湿度越低，阻值越小，根据可知电路中电流越大。由电源两端电压越小。故B正确；D错误；C．同理，可知，空气湿度越高，阻值越大，电路中电流越小，由可知电压表的示数越大。故C正确。故选BC。9．（多选）科学家研究发现，磁敏电阻（GMR）的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而减小，如图所示电路中，GMR为一磁敏电阻，R、R2为滑动变阻器，R1、R3为定值电阻，磁敏电阻所在电路的电源电动势为E、内阻为r（r<R1）。当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。则（）A．只调节电阻R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率变小B．只调节电阻R，当P1向右端移动时，磁敏电阻所在电路电源的输出功率变大C．只调节电阻R，当P1向左端移动时，电容器中的带电微粒向下运动D．只调节电阻R2，当P2向下端移动时，磁敏电阻消耗的电功率变小【答案】BC【解析】A．只调节电阻R，当P1向右端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，电源电动势不变，所以电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱，导致了磁敏电阻GMR的阻值减小，由可知通过R1的电流增大，根据可知R1电功率增大。故A错误；B．同理，只调节电阻R，当P1向右端移动时，磁敏电阻所在电路电源的输出功率依题意r<R1可知当减小时，电源的输出功率变大。故B正确；C．根据上面分析可知，只调节电阻R，当P1向左端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，电源电动势不变，所以电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，导致了磁敏电阻GMR的阻值增大，磁敏电阻所在电路的电流减小，根据可知端电压减小，电容器极板间电压也随之减小，带电微粒所受电场力减小，将向下运动。故C正确；D．只调节电阻R2，当P2向下端移动时，不改变磁敏电阻所在电路的电流。则磁敏电阻消耗的电功率不变。故D错误。故选BC。10．（多选）电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛。其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动。下列关于该传感器的说法正确的是（）A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量保持不变B．当电路没有电流时，传感器不一定处于平衡状态C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器一定向右运动【答案】ABC【解析】A．当电路中没有电流时，说明电容器充放电结束，处于稳定状态，电荷量保持不变，故A正确；B．当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极的电压不变，则电容器的电量不变，因此电路中没有电流，故当电路没有电流时，传感器不一定处于平衡状态，故B正确；C．当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据可知，电容器的电容在增大，故C正确；D．当电路中有顺时针方向电流时，由上述分析可知，电容器的电容在增大，插入极板间电介质加深，电介质受到的弹簧弹力向右，加速度向右，因此传感器可能向左减速，也可能向右加速，故D错误。故选ABC。11．（多选）电容式加速度传感器是常见的手机感应装置，结构如图所示。质量块的上端连接轻质弹簧，下端连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容，则下列说法正确的是（）A．当传感器处于静止状态时，电容器不带电B．电介质插入极板越深，电容器所带电量越多C．当传感器由静止突然向前加速时，会有电流由a流向bD．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后电流表指针不偏转【答案】BD【解析】A．当传感器处于静止状态时，电容器带电，左极板带正电，右极板带负电，且两极板之间电势差大小恒等于电源电动势。故A错误；B．根据电容器的定义式可知，电解质插入极板越深，电容器电容越大，电容器电压不变，则电容器所带电量越多，故B正确；C．当传感器由静止突然向前加速时，向上弹力增加，弹簧会伸长，电介质插入极板深度增加。根据电容器的决定式可知电容器电容增大，根据电容器的定义式可知，电容器电压不变，电容增大，则两极板电荷量增大，会有电流由b流向a，故C错误；D．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后弹簧弹力不变，电介质插入极板深度不变，则电容器电容不变，极板电荷量也不变，故电流表中没有电流通过，指针不偏转，故D正确。故选BD。12．（多选）电容式加速度传感器是常见的手机感应装置，结构如图所示。质量块的上端连接轻质弹簧，下端连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容，则下列说法正确的是（

）A．电介质插入极板越深，电容器电容越大B．当传感器处于静止状态时，电容器不带电C．当传感器由静止突然向前加速时，会有电流由a流向bD．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后电流表指针不偏转【答案】AD【解析】A．电介质插入极板越深变大，电容器电容越大，A正确；B．当传感器处于静止状态时，电容器带电，左极板带正电，右极板带负电，且两极板之间电势差大小恒等于电源电动势，B错误；C．当传感器由静止突然向前加速时，弹簧会伸长，向上的弹力增加，电介质插入极板深度增加，根据电容器的决定式可知电容器电容增大，因电容器两端的电压不变，根据Q=CU可知，两极板间的电荷量增大，会有电流由b流向