单元复习【过知识】 第五章 传感器-2022-2023学年高二物理单元复习（人教版2019选修第二册）

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一、传感器及其工作原理1.传感器的定义：能够感受诸如力、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.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，可以很方便地进行测量、 、处理和 .3.传感器的组成：传感器的基本部分一般由 、 组成.
4.传感器应用的一般模式
二、光敏电阻光敏电阻在被光照射时 发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为 这个电学量.三、金属热电阻和热敏电阻1.金属热电阻：金属的电阻率随温度的 而增大，利用这一特性，金属丝可以制作 传感器，称为热电阻.2.热敏电阻：用 材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而 .
四、电阻应变片1.电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象.2.电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和 ，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的 .3.电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为 这个电学量.
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
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.
2.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，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，下列有关该传感器的说法正确的是( )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
解析　楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确.
3.(多选)如图3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( )A.电压表的示数增大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　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，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项正确，D项错误；
因路端电压减小，且R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，B项正确；因干路电流增大，且R2中电流减小，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.
4.(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图6所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时( )A.电容器C的带电荷量增大B.理想电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大
由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；
5.有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图8所示.它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表　(其实质是电流表).其中AO∶BO＝5∶1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端电压恒为4.68 V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
答案　R＝300－0.6F　
解析　由表中数据可归纳得出：R＝300－0.6F.
(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？
答案　15.6 mA　
解析　依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为零，电阻R1＝300 Ω，电路中的电流为I1＝ ＝15.6 mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6 mA处.
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少？(取g＝10 N/kg)
由R＝300－0.6F，解得F2＝110 N.再由F2·AO＝G·BO，可得G＝550 N.
6.(对传感器的理解)关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是( )A.非电信息→敏感元件→处理电路→电信息B.电信息→处理电路→敏感元件→非电信息C.非电信息→敏感元件→电信息→处理电路D.非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
7.(光敏电阻的应用)(2020·海南海口四中高二上期中)如图9所示，电源的电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻，光照强度增大时，其阻值减小.现增加光照强度，则下列判断正确的是( )A.B灯变暗，A灯变亮 B.R2两端的电压变大C.B灯变亮，A灯变暗 D.电源的总功率变小
解析　增加光照强度时，R1的阻值减小，电路的总电阻减小.根据闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流增大，电源的总功率增大，路端电压减小，A灯变暗，A中的电流变小，则R2的电流变大，R2两端的电压变大，R1两端的电压变小，B灯变暗，选项B正确，A、C、D错误.
8.(热敏电阻的应用)(多选)如图10所示，R1为定值电阻，R2是正温度系数的热敏电阻(即温度越高，电阻值越大)，L为小灯泡，当温度下降时( )A.理想电流表的示数增大 B.R1两端的电压增大C.小灯泡变亮 D.小灯泡变暗
解析　当温度下降时，R2减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，电流表测量总电流，则知其示数增大，选项A正确；总电流增大，则R1两端的电压增大，而路端电压减小，所以灯泡两端的电压减小，灯泡变暗，选项B、D正确，C错误.
9.(电阻应变片、力传感器的应用)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图11甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是( )A.0到t1时间内，升降机一定静止B.t1到t2时间内，升降机可能做匀 加速直线运动C.t1到t2时间内，升降机运动时的 加速度在变化D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
实验1　门窗防盗报警装置1.实验器材和装置干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在.继电器(虚线框部分)作为执行装置.发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用.蜂鸣器H作为报警提醒.电路设计如图1.
2.电路工作原理当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作.当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警.3.实验操作(1)检查干簧管.用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作.(2)连接电路.连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作.(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象.
实验2　光控开关1.实验器材和装置光敏电阻完成光信号向电信号的转变.晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用.发光二极管LED模仿路灯.电路设计如图2甲.
为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示.
2.电路工作原理(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮.(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L.
3.实验操作(1)连接电路，检查无误后，接通电源.(2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光.(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光.(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭.
1.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图3所示，制成光电报警装置.当报警器有光照射时，峰鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小.②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成.当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力
作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态.电路已经连接一部分，请将电路完整连接好.
解析　电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面的接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的接线构成又一个回路.当有光照时，光敏电阻阻值变小，使得干簧管继电器开关产生磁场，使开关接通，最终使得蜂鸣器发声，电路如图所示.
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Ic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，Ic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)完成如图4所示待调节的报警系统原理电路图的连线.
解析　热敏电阻工作温度达到60 ℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其电阻为60 ℃时的热敏电阻的阻值，即将阻值调节到650.0 Ω，使报警器能正常报警，电路图如图所示.
(2)电路中应选用滑动变阻器______(填“R1”或“R2”).
解析　U＝18 V，通过报警器的电流10 mA≤Ic≤20 mA，电路中总电阻R＝ ，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑动变阻器选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________________________________________________________.
接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，
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　热敏电阻阻值为650.0 Ω时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻箱阻值也应为650.0 Ω，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警.为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端.
3.(光控开关)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用.街道路灯自动控制就是应用之一，如图5所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B
为电磁继电器，C为电流信号放大器，D为路灯.请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.
解析　当有光照射时，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作，电路如图所示.
4.(温控装置)如图6甲所示为一热敏电阻的R－t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为200 Ω.当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电电池的电动势E＝8 V，内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热电源.
(1)图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而______(选填“增大”“减小”或“不变”).
解析　由题图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小；
(2)应该把恒温箱内加热器接______(选填“AB”或“CD”)端.
解析　当温度较低的时候，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在AB端.