第5章 1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（人教版2019）

DIWUZHANG 第五章 1　认识传感器 2　常见传感器的工作原理及应用 1 1.知道什么是传感器，了解传感器的种类(重点)。 2.知道传感器的组成与应用模式。 3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片、电容式传感器的工作原理及应用(难点)。 学习目标 2 一、传感器及其工作原理 二、光敏电阻 三、金属热电阻和热敏电阻 四、电阻应变片 内容索引 课时对点练 五、电容式传感器 3 传感器及其工作原理 一 4 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？ 答案　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)干簧管的作用是什么？ 答案　干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。 1.传感器 (1)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 　　 　　(通常是_______、电流等电学量)输出，或转换为电路的 的器件或装置。 (2)功能：把　　　　量转化为　　　量，可以方便地进行测量、传输、处理和　　　。 梳理与总结 可用信号 电压 通断 非电学 电学 控制 2.传感器的种类、组成与应用模式 (1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为　　　传感器、______传感器和 传感器。 (2)组成：传感器主要由 　　　　 、转换元件组成。 ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。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：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 物理 化学 生物 敏感元件 (3)应用模式： 　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 例1 √ 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； 传感器是通过把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。 　 (2024·高邮市高二月考)洗衣机能根据洗衣量来控制桶内的水量，你认为洗衣机是用什么传感器检测水量的 A.压力传感器 B.光线传感器 C.声音传感器 D.温度传感器 例2 √ 洗衣机能根据洗衣量来控制桶内的水量，即根据所洗衣服的重力，当放入衣物进入洗衣机而洗衣机未工作时，衣物受重力与洗衣机对衣物的支持力，衣物处于平衡状态，根据牛顿第三定律可知，洗衣机对衣物的支持力大小等于衣物对洗衣机的压力，由此可知衣物对洗衣机压力的大小等于衣物重力的大小，因此洗衣机通过压力传感器来判断所洗衣物的重量，从而控制桶内的水量。故选A。 返回 光敏电阻 二 14 1.特点：在被光照射时　　　发生变化，阻值随光照强度的增强而明显______。 2.阻值发生变化的原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子　　　，导电性能　　；随着光照的增强，载流子　　　，导电性　　　。 3.作用：把　　　　　这个光学量转换为　　　这个电学量。 电阻 减小 极少 差 增多 变好 光照强弱 电阻 4.应用实例：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。当光被产品挡住时，R1电阻 　　　(填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压 　　 (填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到 (填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次 　　(填“高”或“低”)电压，并计数一次。 增大 减小 低 低 　 (多选)(2024·温州市高二期中)为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是 A.外界光照强度增加时，电流表示数减小 B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C.外界光照强度增加时，A灯、B灯均变暗 D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消 　耗功率增大 例3 √ √ √ 外界光照强度增加时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由I总=，可知电路中总电流增大，电流表示数增大，故A错误； 电路中总电流增大，由U内=Ir，可知电源内电压增大，由E=U内+U外，可知路端电压减小，所以灯泡A中的电流IA减小，由I总=IA+，可知外界光照强度增加时，通过R0的电流增加，故B正确； 外界光照强度增加时，灯泡A中的电流IA减小，A灯变暗；由于通过R0的电流增加，所以R0两端的电压增大，又外电压减小，因此B灯两端的电压减小，所以B灯变暗，故C正确； 外界光照强度增加时，电路中总电流增大，电源消耗功率P内=I2r增大，所以该电路不可用于实际光控路灯中，故D正确。 返回 金属热电阻和热敏电阻 三 20 1.金属热电阻：金属丝制作的温度传感器。金属的电阻率随温度的升高而　　　，如图中图线①所示。 2.热敏电阻 (1)热敏电阻指用半导体材料制成的电阻值随温度变化发 生明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。 (2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而_____的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。 减小 增大 3.作用：金属热电阻和热敏电阻都能够把 　　这个热学量转换成_____这个电学量。 说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 温度 电阻 思考与讨论 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？ 答案　由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。 　 (2023·钦州市高二期中)金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是 例4 √ 根据电阻的定义式R=，可知，I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻值的倒数，金属铂的电阻值随温度的升高而增大，则I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率随着电压增大逐渐减小，故选C。 　 (2024·东北师范大学附中高二月考)某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，R是可变电阻。控制开关电路具有下列特性：当电压表示数小于某一数值U时，控制开关处于断路状态；当电压表示数大于U时，控制开关接通电路，M开始运转。电路两端的电压U0恒定，下列说法中正确的是 A.环境温度升高时，电压表示数变小 B.可变电阻R阻值调大时，电压表示数变大 C.可变电阻R阻值调小时，排风扇开始工作 　的临界温度降低 D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作 例5 √ 当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0阻值减小，则电路中的电流增大，可变电阻R两端的电压增大，电压表示数变大，故A错误； 可变电阻R阻值调大时，可变电阻R的分压变大， 则电压表示数变大，故B正确； 可变电阻R阻值调小时，电压表示数变小；需要升高临界温度减小热敏电阻阻值，使电压表示数大于U，控制开关接通电路，M开始运转，排风扇开始工作，故C错误； 若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致电压表示数变小，则开关会处于断开状态，起不到散热排风的作用，故D错误。 返回 电阻应变片 四 29 1.金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时，其电阻也随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。 2.电阻应变片：除金属电阻应变片外，电阻应变片还有_______________ ______，它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。 半导体电阻应 变片 压阻效应 电阻 “小”)，下表面应变片两端的电压变 (填“大”或“小”)。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越___ (填“大”或“小”)。 4.应用实例：如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变____ (填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变 (填“大”或“小”)。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变 (填“大”或 大 小 大 小 大 　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 例6 √ 从0~t1时间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误； t1~t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN-mg=ma，合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确； t2~t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN'-mg=ma'，合力 返回 向上，加速度向上且大小不变，所以t2~t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。 电容式传感器 五 35 电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。 如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个固定金属片，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作，试分析它的工作原理。 思考与讨论 答案　电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化。将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号。 　电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中的应用说法正确的是 A.甲图中，手指作为电容器一个电 　极，如果改用绝缘笔在电容式触 　摸屏上仍能正常操作 B.乙图中，力F增大过程中，电流计 　中的电流从a流向b C.丙图中，油箱液位上升时，电容变小 D.丁图中，当传感器由静止突然向左加 　速，电容器处于充电状态 例7 √ 题图甲中，绝缘笔不能作为电容器的一个电极，所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作，故A错误； 题图乙中，力F增大过程中，电容器极板间距减小，电容变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，故B错误； 返回 题图丙中，油箱液位上升时，相当于电介质的介电常数变大，电容变大，故C错误； 题图丁中，当传感器由静止突然向左加速，电介质插入电容器的部分变长，电容变大，电容器处于充电状态，故D正确。 课时对点练 六 41 考点一　传感器及其工作原理 1.(2024·保定市高三期末)电梯是高层住宅用户必不可少的日常工具，但有些小朋友不懂事，总做出一些危险行为。某小朋友在电梯门口放了一障碍物，发现电梯门不停地开关，这是电梯门上安装了传感器的结果，他以此为乐，殊不知这种行为有一定的危险性。下列说法中正确的是 A.电梯门上安装了温度传感器 B.电梯门上安装了光传感器 C.电梯门上的传感器将温度信号转变为电信号 D.电梯门上的传感器将电信号转化为光信号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电梯能够识别障碍物，并不断开关电梯门，是因为电梯门安装了光传感器，这个传感器能够将光信号转变为电信号，故B正确，A、C、D错误。 2.现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为 A.光传感器和距离传感器 B.磁传感器和温度传感器 C.磁传感器和声传感器 D.压力传感器和加速度传感器 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当人将手机靠近耳朵接听电话时，改变了手机与耳朵之间的距离，并且耳朵会挡住光线，所以可能用到的传感器为光传感器和距离传感器，A正确，B、C、D错误。 考点二　常见传感器及其应用 3.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不发生变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为 A.铜 B.合金 C.半导体 D.绝缘体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题意可知，该电阻为热敏电阻，热敏电阻由半导体材料制成，故C正确，A、B、D错误。 4.位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是 A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化 B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C.物体M不动时，电路中没有电流 D.物体M不动时，电压表没有示数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电压表为理想电表，则电压表不分流，故滑片P移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，且电路中始终有电流，故A、C错误； 电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的运动即滑片P的移动而变化，物体M不动时，电压表仍有读数，故B正确，D错误。 5.(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻(光照强度增大时电阻减小)，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，则R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时电源内电压增大，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。 6.(多选)(2024·云南师范大学附中高二月考)陶瓷作为一种古老而又重要的工艺品，其制作过程中的温度掌控直接影响到陶瓷成品的质量。如图所示是制陶过程中一种监控温度的报警原理图，R为滑动变阻器，用来调节电路报警温度，调节完成后保持触头不动。R0为定值电阻，RT为热敏电阻，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压低于设定值时，报警器就会自动报警。针对此电路，下列说法正确的是 A. 报警器的作用是防止制陶过程中温度过高 B.当制陶过程中温度升高时，电源的输出效率增加 C.当制陶过程中温度降低时，定值电阻R0上消耗的功率减小 D.如果使报警温度提高，需要将滑动变阻器R的触头向左滑动 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 因为报警器两端的电压低于设定值时，报警器就会自动报警，即热敏电阻的阻值低于某一阻值，即温度高于某一温度时，报警器会自动报警，故A正确； 当温度升高时，外电阻减小，电源的输出效率降低，故B错误； 当温度降低时，热敏电阻阻值增大，总电阻增大，干路电流减小，R两端电压减小，电源内电压减小，路端电压增大，故并联部分两端的电压增大，定值电阻R0上消耗的功率增加，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 如果使报警温度提高，需要在提高温度后，报警器上的报警电压与之前相等，热敏电阻的阻值减小了，则回路的电流要增加，滑动变阻器的阻值要减小，所以滑动触头需要向左滑动，故D正确。 7.(多选)(2023·汕头市高二月考)有款市面上流行的指针式恒温“温奶器”，如图是其内部调温系统的工作示意图，温度的敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。则关于该装置，下列说法正确的是 A.传感器工作的一般流程：电信息→敏感元件 　→处理电路→非电信息 B.电源刚接通时上下触点是接触的 C.若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮下移一些 D.若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮上移一些 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 传感器工作的一般流程：非电信息→敏感元件→处理电路→电信息，故A错误； 电源刚接通时上下触点是接触的，电热丝电路为通路，温度升高到某值，由于上层金属的膨胀大于下层金属，触点断开，停止加热， 故B正确； 若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮下移一些，使弹性铜片和双金属片更近一些，温度更高一些时，触点才断开，故C正确，D错误。 8.霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示水平放置长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷。则下列说法正确的是 A.该元件能把电学量转换为磁学量 B.左表面的电势高于右表面 C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表 　面呈水平状态 D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应 　强度成正比 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 霍尔元件把磁学量转换为电学量，A错误； 由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误； 如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则左、右表面间无电压产生，C错误； 根据qvB=q得，U=Bdv，又I=nqSv，联立解得U=，可知保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。 9.(多选)(2023·台州市高二期末)图甲是由导电的多晶硅制成的电容式加速度传感器，图乙是其原理图。传感器可以看成由两个电容C1、C2组成，当传感器沿着箭头方向变速运动时，多晶硅悬臂梁的右侧可发生弯曲形变，形变程度只与加速度大小相关，且加速度向上时，悬臂梁的右侧向下弯曲。下列说法正确的是 A.传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧， 　C1增大，C2减小 B.传感器保持匀速向上运动，C1与C2均不变 C.传感器由静止突然加速向上运动，C1减小，C2增大 D.传感器向下做匀减速运动，C1不断减小，C2不断增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅距离变大、与底层多晶硅距离变小，由C=可知，C1减小，C2增大，故A错误； 传感器保持匀速向上运动，多晶硅悬臂梁相对于顶层多晶硅和底层多晶硅位置不变，C1与C2均不变，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 传感器由静止突然加速向上运动，多晶硅悬臂梁的右侧发生弯曲形变，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅距离变大、与底层多晶硅距离变小，由C=可知，C1减小，C2增大，故C正确； 传感器向下做匀减速运动，加速度向上且大小恒定，多晶硅悬臂梁的右侧向下弯曲形变且形变量不变，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅、底层多晶硅的距离均不变，由C=可知，C1、C2大小不再变化，故D错误。 10.(2023·江门市第二中学高二期中)如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，R0为定值电阻， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下列判断正确的是 A.当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压 B.当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压 C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响 D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于大电阻，根据闭 合电路欧姆定律，回路电流很小， R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于小电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确； 如果扫描速度发生变化，在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑、白条纹宽度，可能出现错误识别信息，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会进入光敏三极管，从而出现错误信息，导致不能正常工作，D错误。 11.(2022·北京卷)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 A.U1<U2 B.R2为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低 D.若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于U1，根据串联电路电压分布特点可知，R1为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值变小，压力传感器R1两端电压变小，U1>U2，A、B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为U=R1=，若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警a、b两端的电压大于U1时，压力传感器R1阻值越大，水位越低；当a、b两端的电压小于U2开启高水位预警时，压力传感器R1阻值越大，水位越低，C正确，D错误。 12.(2024·昆明市高二期末)有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线框部分所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 尖子生选练 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G(其实质是电流表)，其中AO∶BO=1∶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： 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5 V，则： (1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数 关系式为　　　　　　　。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 R=300-F(Ω) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据表中所给数据可得电阻R随压力F变化的函数关系式为 R=300-F(Ω) 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 (2)该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘　　 mA处。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据题意，电子秤空载时压力传感器感受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻 R=300 Ω 由闭合电路的欧姆定律可得电路中的电流为 I== A=15 mA 所以该电子秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15 mA处。 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 (3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为37.5 mA，这个人的体重是　　 kg(取g=10 m/s2)。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当电流表刻度盘的示数为I'=37.5 mA 时，压力传感器的电阻R'== Ω=120 Ω 而由R=300-F(Ω) 可得F'=300 N 再由F'·AB=G·BO 由于AO∶BO=1∶1 则AB∶OB=2∶1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解得G=600 N 根据G=mg 可得m=60 kg (4)该秤的刻度(体重刻度)是否是均匀的　　　(填“是”或“不是”)。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 不是 根据压力F与重力G之间的关系，即2F=G 可得R=300-G(Ω) 则根据闭合电路欧姆定律可得 I=== 根据上式可知，该秤的刻度(体重刻度)不是均匀的。 返回 BENKEJIESHU 本课结束 $$ 1　认识传感器 2　常见传感器的工作原理及应用 ［学习目标］　1.知道什么是传感器，了解传感器的种类(重点)。2.知道传感器的组成与应用模式。3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片、电容式传感器的工作原理及应用(难点)。 一、传感器及其工作原理 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。 1.传感器 (1)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(通常是电压、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置。 (2)功能：把非电学量转化为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.传感器的种类、组成与应用模式 (1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 (2)组成：传感器主要由敏感元件、转换元件组成。 ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。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：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 (3)应用模式： 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；传感器是通过把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。 例2　(2024·高邮市高二月考)洗衣机能根据洗衣量来控制桶内的水量，你认为洗衣机是用什么传感器检测水量的 (　　) A.压力传感器 B.光线传感器 C.声音传感器 D.温度传感器 答案　A 解析　洗衣机能根据洗衣量来控制桶内的水量，即根据所洗衣服的重力，当放入衣物进入洗衣机而洗衣机未工作时，衣物受重力与洗衣机对衣物的支持力，衣物处于平衡状态，根据牛顿第三定律可知，洗衣机对衣物的支持力大小等于衣物对洗衣机的压力，由此可知衣物对洗衣机压力的大小等于衣物重力的大小，因此洗衣机通过压力传感器来判断所洗衣物的重量，从而控制桶内的水量。故选A。 二、光敏电阻 1.特点：在被光照射时电阻发生变化，阻值随光照强度的增强而明显减小。 2.阻值发生变化的原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；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。 4.应用实例：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。当光被产品挡住时，R1电阻增大(填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压减小(填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到低(填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次低(填“高”或“低”)电压，并计数一次。 例3　(多选)(2024·温州市高二期中)为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是 (　　) A.外界光照强度增加时，电流表示数减小 B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C.外界光照强度增加时，A灯、B灯均变暗 D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大 答案　BCD 解析　外界光照强度增加时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由I总=，可知电路中总电流增大，电流表示数增大，故A错误；电路中总电流增大，由U内=Ir，可知电源内电压增大，由E=U内+U外，可知路端电压减小，所以灯泡A中的电流IA减小，由I总=IA+，可知外界光照强度增加时，通过R0的电流增加，故B正确；外界光照强度增加时，灯泡A中的电流IA减小，A灯变暗；由于通过R0的电流增加，所以R0两端的电压增大，又外电压减小，因此B灯两端的电压减小，所以B灯变暗，故C正确；外界光照强度增加时，电路中总电流增大，电源消耗功率P内=I2r增大，所以该电路不可用于实际光控路灯中，故D正确。 三、金属热电阻和热敏电阻 1.金属热电阻：金属丝制作的温度传感器。金属的电阻率随温度的升高而增大，如图中图线①所示。 2.热敏电阻 (1)热敏电阻指用半导体材料制成的电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。 (2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。 3.作用：金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换成电阻这个电学量。 说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？ 答案　由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。 例4　(2023·钦州市高二期中)金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是 (　　) 答案　C 解析　根据电阻的定义式R=，可知，I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻值的倒数，金属铂的电阻值随温度的升高而增大，则I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率随着电压增大逐渐减小，故选C。 例5　(2024·东北师范大学附中高二月考)某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，R是可变电阻。控制开关电路具有下列特性：当电压表示数小于某一数值U时，控制开关处于断路状态；当电压表示数大于U时，控制开关接通电路，M开始运转。电路两端的电压U0恒定，下列说法中正确的是 (　　) A.环境温度升高时，电压表示数变小 B.可变电阻R阻值调大时，电压表示数变大 C.可变电阻R阻值调小时，排风扇开始工作的临界温度降低 D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作 答案　B 解析　当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0阻值减小，则电路中的电流增大，可变电阻R两端的电压增大，电压表示数变大，故A错误； 可变电阻R阻值调大时，可变电阻R的分压变大，则电压表示数变大，故B正确； 可变电阻R阻值调小时，电压表示数变小；需要升高临界温度减小热敏电阻阻值，使电压表示数大于U，控制开关接通电路，M开始运转，排风扇开始工作，故C错误； 若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致电压表示数变小，则开关会处于断开状态，起不到散热排风的作用，故D错误。 四、电阻应变片 1.金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时，其电阻也随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。 2.电阻应变片：除金属电阻应变片外，电阻应变片还有半导体电阻应变片，它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 3.电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 4.应用实例：如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大(填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变小(填“大”或“小”)。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大(填“大”或“小”)，下表面应变片两端的电压变小(填“大”或“小”)。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大(填“大”或“小”)。 例6　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 答案　C 解析　从0~t1时间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1~t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN-mg=ma，合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确；t2~t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN'-mg=ma'，合力向上，加速度向上且大小不变，所以t2~t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。 五、电容式传感器 电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。 如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个固定金属片，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作，试分析它的工作原理。 答案　电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化。 将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号。 例7　电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中的应用说法正确的是 (　　) A.甲图中，手指作为电容器一个电极，如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作 B.乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b C.丙图中，油箱液位上升时，电容变小 D.丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态 答案　D 解析　题图甲中，绝缘笔不能作为电容器的一个电极，所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作，故A错误；题图乙中，力F增大过程中，电容器极板间距减小，电容变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，故B错误；题图丙中，油箱液位上升时，相当于电介质的介电常数变大，电容变大，故C错误；题图丁中，当传感器由静止突然向左加速，电介质插入电容器的部分变长，电容变大，电容器处于充电状态，故D正确。 课时对点练　［分值：100分］ 1~7题每题7分，共49分 考点一　传感器及其工作原理 1.(2024·保定市高三期末)电梯是高层住宅用户必不可少的日常工具，但有些小朋友不懂事，总做出一些危险行为。某小朋友在电梯门口放了一障碍物，发现电梯门不停地开关，这是电梯门上安装了传感器的结果，他以此为乐，殊不知这种行为有一定的危险性。下列说法中正确的是 (　　) A.电梯门上安装了温度传感器 B.电梯门上安装了光传感器 C.电梯门上的传感器将温度信号转变为电信号 D.电梯门上的传感器将电信号转化为光信号 答案　B 解析　电梯能够识别障碍物，并不断开关电梯门，是因为电梯门安装了光传感器，这个传感器能够将光信号转变为电信号，故B正确，A、C、D错误。 2.现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为 (　　) A.光传感器和距离传感器 B.磁传感器和温度传感器 C.磁传感器和声传感器 D.压力传感器和加速度传感器 答案　A 解析　当人将手机靠近耳朵接听电话时，改变了手机与耳朵之间的距离，并且耳朵会挡住光线，所以可能用到的传感器为光传感器和距离传感器，A正确，B、C、D错误。 考点二　常见传感器及其应用 3.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不发生变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为 (　　) A.铜 B.合金 C.半导体 D.绝缘体 答案　C 解析　由题意可知，该电阻为热敏电阻，热敏电阻由半导体材料制成，故C正确，A、B、D错误。 4.位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是 (　　) A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化 B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C.物体M不动时，电路中没有电流 D.物体M不动时，电压表没有示数 答案　B 解析　电压表为理想电表，则电压表不分流，故滑片P移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，且电路中始终有电流，故A、C错误；电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的运动即滑片P的移动而变化，物体M不动时，电压表仍有读数，故B正确，D错误。 5.(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻(光照强度增大时电阻减小)，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 答案　ABC 解析　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，则R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时电源内电压增大，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。 6.(多选)(2024·云南师范大学附中高二月考)陶瓷作为一种古老而又重要的工艺品，其制作过程中的温度掌控直接影响到陶瓷成品的质量。如图所示是制陶过程中一种监控温度的报警原理图，R为滑动变阻器，用来调节电路报警温度，调节完成后保持触头不动。R0为定值电阻，RT为热敏电阻，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压低于设定值时，报警器就会自动报警。针对此电路，下列说法正确的是 (　　) A. 报警器的作用是防止制陶过程中温度过高 B.当制陶过程中温度升高时，电源的输出效率增加 C.当制陶过程中温度降低时，定值电阻R0上消耗的功率减小 D.如果使报警温度提高，需要将滑动变阻器R的触头向左滑动 答案　AD 解析　因为报警器两端的电压低于设定值时，报警器就会自动报警，即热敏电阻的阻值低于某一阻值，即温度高于某一温度时，报警器会自动报警，故A正确；当温度升高时，外电阻减小，电源的输出效率降低，故B错误；当温度降低时，热敏电阻阻值增大，总电阻增大，干路电流减小，R两端电压减小，电源内电压减小，路端电压增大，故并联部分两端的电压增大，定值电阻R0上消耗的功率增加，故C错误；如果使报警温度提高，需要在提高温度后，报警器上的报警电压与之前相等，热敏电阻的阻值减小了，则回路的电流要增加，滑动变阻器的阻值要减小，所以滑动触头需要向左滑动，故D正确。 7.(多选)(2023·汕头市高二月考)有款市面上流行的指针式恒温“温奶器”，如图是其内部调温系统的工作示意图，温度的敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。则关于该装置，下列说法正确的是 (　　) A.传感器工作的一般流程：电信息→敏感元件→处理电路→非电信息 B.电源刚接通时上下触点是接触的 C.若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮下移一些 D.若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮上移一些 答案　BC 解析　传感器工作的一般流程：非电信息→敏感元件→处理电路→电信息，故A错误；电源刚接通时上下触点是接触的，电热丝电路为通路，温度升高到某值，由于上层金属的膨胀大于下层金属，触点断开，停止加热，故B正确；若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮下移一些，使弹性铜片和双金属片更近一些，温度更高一些时，触点才断开，故C正确，D错误。 8~11题每题9分，共36分 8.霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示水平放置长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷。则下列说法正确的是 (　　) A.该元件能把电学量转换为磁学量 B.左表面的电势高于右表面 C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态 D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比 答案　D 解析　霍尔元件把磁学量转换为电学量，A错误；由于霍尔元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的上表面保持水平，则左、右表面间无电压产生，C错误；根据qvB=q得，U=Bdv，又I=nqSv，联立解得U=，可知保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。 9.(多选)(2023·台州市高二期末)图甲是由导电的多晶硅制成的电容式加速度传感器，图乙是其原理图。传感器可以看成由两个电容C1、C2组成，当传感器沿着箭头方向变速运动时，多晶硅悬臂梁的右侧可发生弯曲形变，形变程度只与加速度大小相关，且加速度向上时，悬臂梁的右侧向下弯曲。下列说法正确的是 (　　) A.传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧，C1增大，C2减小 B.传感器保持匀速向上运动，C1与C2均不变 C.传感器由静止突然加速向上运动，C1减小，C2增大 D.传感器向下做匀减速运动，C1不断减小，C2不断增大 答案　BC 解析　传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅距离变大、与底层多晶硅距离变小，由C=可知，C1减小，C2增大，故A错误；传感器保持匀速向上运动，多晶硅悬臂梁相对于顶层多晶硅和底层多晶硅位置不变，C1与C2均不变，故B正确；传感器由静止突然加速向上运动，多晶硅悬臂梁的右侧发生弯曲形变，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅距离变大、与底层多晶硅距离变小，由C=可知，C1减小，C2增大，故C正确；传感器向下做匀减速运动，加速度向上且大小恒定，多晶硅悬臂梁的右侧向下弯曲形变且形变量不变，多晶硅悬臂梁与顶层多晶硅、底层多晶硅的距离均不变，由C=可知，C1、C2大小不再变化，故D错误。 10.(2023·江门市第二中学高二期中)如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，R0为定值电阻，下列判断正确的是 (　　) A.当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压 B.当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压 C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响 D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作 答案　B 解析　信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于大电阻，根据闭合电路欧姆定律，回路电流很小，R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于小电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；如果扫描速度发生变化，在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑、白条纹宽度，可能出现错误识别信息，C错误；扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会进入光敏三极管，从而出现错误信息，导致不能正常工作，D错误。 11.(2022·北京卷)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 (　　) A.U1<U2 B.R2为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低 D.若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高 答案　C 解析　由题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于U1，根据串联电路电压分布特点可知，R1为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值变小，压力传感器R1两端电压变小，U1>U2，A、B错误；根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为U=R1=，若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警a、b两端的电压大于U1时，压力传感器R1阻值越大，水位越低；当a、b两端的电压小于U2开启高水位预警时，压力传感器R1阻值越大，水位越低，C正确，D错误。 12.(15分)(2024·昆明市高二期末)有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线框部分所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、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G(其实质是电流表)，其中AO∶BO=1∶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： 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5 V，则： (1)(3分)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式为　　　　　　　　　　　　　。  (2)(4分)该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘　　　　 mA处。  (3)(4分)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为37.5 mA，这个人的体重是　　　　 kg(取g=10 m/s2)。  (4)(4分)该秤的刻度(体重刻度)是否是均匀的　　　　(填“是”或“不是”)。  答案　(1)R=300-F(Ω)　(2)15　(3)60　(4)不是 解析　(1)根据表中所给数据可得电阻R随压力F变化的函数关系式为 R=300-F(Ω) (2)根据题意，电子秤空载时压力传感器感受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻 R=300 Ω 由闭合电路的欧姆定律可得电路中的电流为 I== A=15 mA 所以该电子秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15 mA处。 (3)当电流表刻度盘的示数为I'=37.5 mA 时，压力传感器的电阻R'== Ω=120 Ω 而由R=300-F(Ω) 可得F'=300 N 再由F'·AB=G·BO 由于AO∶BO=1∶1 则AB∶OB=2∶1 解得G=600 N 根据G=mg 可得m=60 kg (4)根据压力F与重力G之间的关系，即2F=G 可得R=300-G(Ω) 则根据闭合电路欧姆定律可得 I=== 根据上式可知，该秤的刻度(体重刻度)不是均匀的。 学科网（北京）股份有限公司 $$