第五章　传感器\n1．认识传感器\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．知道非电学量转换成电学量的技术意义。2．了解传感器在生产生活中的应用。3．深入认识物理学对现代生活和科技发展的促进作用。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．传感器的应用实例(1)楼道的灯安装了“____________”开关。这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。(2)自动门装有一种装置，这种装置就是______________。(3)酒精检测仪上装有“____________”，它能感知乙醇的浓度。声控—光控知识点1神奇的传感器红外线传感器乙醇传感器\n2．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等________，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的__________输出的一类器件或装置。3．非电学量转换为电学量的意义：把__________转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的______，可以很方便地进行测量、传输、处理和______。被测量可用信号非电学量通断控制\n1．物理传感器根据物质的__________或__________制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等。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________，如离子传感器、气体传感器等。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、________传感器、______传感器等。物理特性知识点2传感器的种类物理效应电信号微生物细胞\n1．传感器的基本部分：由__________、__________组成。2．传感器原理：传感器感受的通常是__________，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是________，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______后，再送给______系统产生各种控制动作。敏感元件知识点3传感器的组成与应用模式转换元件非电学量电学量放大控制敏感转换信号转换\n思考辨析『判一判』(1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。()(2)传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。()(3)传感器担负着信息采集的任务，它常常是将电学量转化为力学量。()(4)敏感元件是指能直接感受或响应外界被测电学量的部分。()(5)话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。()√√××√\n『选一选』机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A．力传感器B．光传感器C．温度传感器D．声音传感器解析：遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，故选项B正确，选项A、C、D错误。B\n『想一想』晚上上楼时，随着发出的脚步声响，楼梯灯亮了；登上一层楼，灯光照亮一层楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能“听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，其中的原因是什么呢？解析：电路中安装了光声控延时开关，光声控延时开关中安装有光敏感元件，用于感知外界光线的强弱。还安装有声敏感元件，用于感知外界声响。当白天外界光线较强时，光声控延时开关总处于断开状态，灯不亮；当夜晚光线较弱且有声响时，光声控延时开关处于导通状态，灯亮，延时一段时间后，开关断开，灯熄灭。\n课内互动探究\n探究如图，机器人在踢足球，机器人就是通过传感器“看到”事物的。想一想，传感器的作用是什么？神奇的传感器情景导入提示：传感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，接收外界的光、声音、温度等信息并把它们转换为便于测量、传输、处理和控制的电学量(电压、电流)。\n1．传感器的作用：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用的输出信息的器件和装置，叫作传感器。传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”。要点提炼\n2．传感器的分类(1)按工作原理分：电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。(2)按感受物理量分：力、速度、位移、温度、流量、烟雾等传感器。(3)按输出信号分：开关型、模拟型、数字型传感器。(4)根据检测量的不同，可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。\n下列情况中，应用了温度传感器的是()A．商场里的自动玻璃门B．夜间自动打开的路灯C．夜间有声音时就亮的楼梯灯D．自动恒温冰箱思路引导：解答此类题目的关键是明确传感器的定义及传感器的工作原理，传感器是将感受到的非电学量转换成电学量，再经过放大，最后送给控制系统产生各种控制作用的器件或装置。典例1典例剖析D\n解析：商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器，A错误；夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了“光、声”传感器，C错误；自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确。\n1.光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。该报警器利用的传感器是()A．力传感器B．声传感器C．位移传感器D．光传感器解析：该报警器利用的是光传感器。对点训练D\n探究干簧管结构：如图甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。将干簧管接入图乙电路，当磁铁靠近干簧管时：会发生什么现象，为什么？干簧管的作用是什么？传感器的组成及工作过程情景导入提示：灯泡会亮，因为当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通；干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。\n1．传感器的组成(1)敏感元件相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。(3)转换电路是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。要点提炼\n\n(多选)如图所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图。图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R。当油箱内油面下降时，下列分析正确的有()A．触点O向下滑动B．触点O向上滑动C．电路中的电流增大了D．电路中的电流减小了典例2典例剖析BD\n思路引导：分析传感器时要明确的问题(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的。解析：当油箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项B、D正确。\n2．(多选)(2020·江苏宿迁沭阳修远中学高二上第一次段考)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是()对点训练\nA．白天有光照时，光传感器自动闭合B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合C．有人走动发出声音时，声传感器自动闭合D．无人走动没有声音时，声传感器自动闭合答案：BC解析：白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。\n核心素养提升\n声传感器——电容式话筒1．话筒把声音信号转换成电信号的传感器。2．结构组成如图所示为电容式话筒的组成结构示意图。话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层。膜后相距几十微米有一个金属片(固定电极)，它们构成电容器的两个极板。3．工作原理电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。\n(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示。Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。在膜片向右运动的过程中()A．电容变大B．电容变小C．导线AB中有向左的电流D．导线AB中有向右的电流解析：声波使膜片向右振动，MN间距减小，电容变大，A正确，B错误；由Q＝CU知：C变大，若U不变，则Q变大，继续充电，则导线AB中有向左的电流，C正确，D错误。AC案例\n课堂达标检测\n1．(多选)(2020·黑龙江省绥化市安达七中高二下学期期中)陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量，常用于检查酒后驾驶的人员。如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷吹传感器，传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的电导(即电阻的倒数)与气体中酒精蒸气浓度C的关系如图甲所示。现用其组成如图乙所示的检测电路(电池内阻为r，电流表内阻不计)。对此，以下说法正确的是()\nA．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比B．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大C．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小D．电池用的时间长了，电动势降低，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低答案：BD\n解析：由图传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度成反比，故A错误；因为酒精蒸气的浓度C越大，电阻越小，电流越大，故B正确；酒精蒸气的浓度C越大，电阻越小，电流越大，路端电压越小，R0电压越大，故C错误；若电池时间长了，电动势变小，内阻变大，则同样电流时，气敏传感器的电阻大，测量的C变小，故D正确。玉\n2.(2021·河南驻马店高二检测)目前许多手机都有指纹解锁功能，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫作“嵴”，凹下部分叫作“峪”，传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和与之正对的皮肤表面就形成了大量的小电容器，由于距离不同，所以这些小电容器的电容不同。此时传感器给所有的小电容器充电达到某一电压值，然后开始放电，其中电容值较小的小电容器放电较快，于是根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹的图像数据。根据以上信息，下列说法中正确的是()\nA．在峪处形成的小电容器电容较大B．在峪处形成的小电容器放电较慢C．在嵴处形成的小电容器充电后带电荷量较大D．潮湿的手指对指纹识别没有任何影响答案：C解析：在峪处，小极板和正对的皮肤表面的距离变大，根据C＝可知形成的电容器电容较小。A错；电容值小的电容器放电较快，在峪处形成的小电容器电容较小，放电较快。B错；充电后在嵴处形成的小电容器电容较大，根据Q＝CU可知电容器的电荷量较大。C对；潮湿的手指会使表皮有皱褶，影响指纹识别的效果。D错。\n3．(多选)(2021·安徽省六安市一中高二下学期期末)振弦型频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端固定，下端与一膜片相连接，弦上的张力越大，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的压力的变化，下列说法正确的是()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．膜片上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率较高D．膜片上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率较高BC\n解析：当软铁块与磁铁靠近时，软铁会磁化，穿过线圈的磁通量变大，根据楞次定律，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，线圈中的原磁场向左，故感应电流磁场向右，据安培定则可知电流从b点流出，故b点的电势较高，故A错误，B正确；膜上的压力较小时，弦的张力越大，弦的振动频率变大，磁通量变化频率大，感应电流频率越高，故C正确；膜上的压力较大时，弦的张力越小，弦的振动频率变小，磁通量变化频率小，感应电流频率越低，故D错误。