第五章 传感器 全章知识点归纳整合 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件系统梳理了传感器的定义、工作原理、应用及实验制作等核心内容，通过知识网络将非电学量转换为电学量的流程、传感器类型及应用场景串联，构建完整的知识逻辑体系。 其特色在于融合科学思维与科学探究，结合高考真题（如压力传感器电路分析）和情境化问题（如光强报警器制作），培养模型建构与实验探究能力。分层设计从基础原理到综合应用，助力学生巩固知识，教师精准把握复习方向。

第五章　传感器 全章知识点归纳整合 知识建构•思维整合 电学量 通断 温度传感器 光传感器 电学量 一、知识网络 二、思维方法 1.模型化与理想化思维:将实际传感器(如光敏、热敏、力敏传感器)抽象为理想电路元件(可变电阻、电容等),简化分析过程。 2.信号转换与放大思维:将非电学量(光强、温度、压力)转换为电信号(电压、电流),并通过放大电路增强信号。 3.控制变量法与实验探究:通过固定其他变量,研究单一因素对传感器输出的影响(如光照强度对光敏电阻阻值的影响)。 4.电路设计与系统集成思维:将传感器与逻辑电路(如与非门)、执行机构(如继电器、电机)结合,构建自动控制系统。 5.误差分析与校准方法:识别传感器测量误差来源(如环境干扰、元件老化),并通过校准提高精度。 6.多学科综合应用思维:结合物理、电子技术、计算机编程等知识,实现智能化测量与控制。 7.实际问题解决的逆向思维:从需求出发逆向设计传感器系统(如“如何检测水位超过阈值?”→ 设计浮子开关或电容式水位传感器)。 教考衔接•高考分析 1.(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 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,根据串联电路的分压特点可知,R1为压力传感器,故高水位时压力传感器的电阻值越小,压力传感器两端的电压越小,则U1>U2,A、B错误。根据闭合电路欧姆定律可知,a、b两 大于U1时开启低水位预警,压力传感器阻值越大,则水位越低;当a、b两端的电压小于U2时开启高水位预警,压力传感器阻值也越大,则水位越低,C正确,D错误。 试题情境 生活实践问题情境 必备知识 压力传感器、串并联电路规律 关键能力 理解能力和推理能力 教材衔接 与人教版选择性必修第二册第109页第2题图乙的电路原理图相似 思维方法 根据压力传感器电阻与压力的关系和串联电路的分压特点 2.(2024河北卷)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0~20 V)、数字电流表(0~20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0~50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。 甲 乙 丙 丁 (1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙),由此判断M端为二极管的　　　　(选填“正极”或“负极”)。  负极 (2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。 ①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的示数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的　　　　　、　　　　　、　　　　　接线柱。(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)  ②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而　　　　(选填“增大”或“减小”)。  A A D或C 减小 (3)组装光强报警器电路并测试其功能,图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应　　　　　(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。  戊 增大 解析 (1)根据多用电表的结构,使用多用电表电阻挡时黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端时,电阻无穷大,当红表笔接M端时,有一定的电阻,说明M端为二极管的负极。 (2)要求电压表、电流表示数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路,故L1、L2接滑动变阻器的接线柱A,L3必须接在金属杆两端的接线柱中的任意一个,即C或D。由题图丁可知,随光照强度增加,I-U图像斜率增大,所以光敏电阻的阻值减小。 (3)三极管未导通时,RG与R1串联。随着光照强度增强,RG电阻减小,此时三极管仍未导通,说明R1分压小,故需要增大R1。 试题情境 学习探索问题情境 必备知识 多用电表的使用、伏安法测电阻和自动控制电路 关键能力 理解能力、推理能力和实验探究能力 教材衔接 人教版教材选择性必修第二册P107页B组第3题考查情境和考查知识点相同 思维方法 先根据二极管的单向导电性的特点判断出二极管的正负极;利用伏安法测电阻得出光敏电阻在不同光照下的电阻;最后根据串联电路的分压特点分析控制电路 情境链接•专项提升 本章的试题情境聚焦物理量转换与智能化应用,强调实际问题的模型构建。题目常以传感器工作原理(如热敏、光敏电阻特性)为核心,结合生活与科技场景(如自动报警装置、汽车尾气监测)设计。典型情境包括:非电学量(温度、光照、压力)转化为电学量的电路分析(如桥式电路、分压电路)、传感器特性曲线(如R-T图)的数学解读,以及控制系统的逻辑设计(如触发阈值设定)。命题注重电路动态分析、数据推理与跨学科应用,例如通过光控路灯电路考查光敏电阻与继电器的协同逻辑,或结合霍尔元件分析磁感应强度的定量测量,突出物理规律与工程思维的融合。 情境一　传感器在电子测量装置中的应用 1.(2025广东江门高二期末)图甲是一个压力传感器设计电路,要求从电流表表盘上直接读出压力大小,其中R1是保护电阻,R2是调零电阻(总电阻200 Ω),电流表量程为10 mA(内阻10 Ω),电源电动势E=10 V(内阻10 Ω),压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的关系如图乙所示。 甲 乙 (1)压敏电阻所受压力越大,电流表示数　　　　(选填“越大”或“越小”)。  (2)有以下规格的定值电阻,保护电阻R1应选　　　　。  A.10 Ω　　　　　　B.100 Ω C.200 Ω D.800 Ω (3)将(2)中选取的保护电阻接入电路后,要对压力传感器进行调零,调零电阻R2应调为　　　　 Ω。  (4)现对表盘进行重新赋值,原8 mA刻度线应标注　　　　 N。  (5)由于电源用久了,电源内阻变大,电动势可认为不变,如果某次使用时,先调零、后测量,则读出压力的测量值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)实际压力的真实值。  越小 D 80 250 不变 解析 (1)由题图乙可知压力越大,压敏电阻的阻值越大,根据闭合电路欧姆定律可得电流越小。 (2)电流表满偏时,电路的总电阻R总==1 000 Ω,由题图乙可知,当F=0时,压敏电阻的阻值为100 Ω,由于调零电阻R2最大为200 Ω,故R1只要不小于700 Ω即可,故选D。 (3)安装保护电阻后,对压力传感器进行调零,电流表满偏时,电路的总电阻 R总=1 000 Ω,当F=0时,压敏电阻为100 Ω,R1=800 Ω,R表=10 Ω,r=10 Ω,故R2只要调整为R2=1 000 Ω-800 Ω-100 Ω-10 Ω-10 Ω=80 Ω。 (4)电流为8 mA时,电路的总电阻R总'==1 250 Ω,因为R1=800 Ω,R2=80 Ω,R表=10 Ω,r=10 Ω,压敏电阻为R'=350 Ω,由图像可得压敏电阻R与压力F的关系为R=100 Ω+kF,又k= Ω/N=1 Ω/N,可得F=250 N。 (5)电源用久后,内阻变大,电动势不变,则调零后的总电阻不变,故压力不变。 情境二　传感器在自动控制装置中的应用 2.(2025广东湛江高二期末)纯电动汽车蓄电池的安全性,主要体现在对其温度的控制上,当电池温度过高时,必须立即启动制冷系统进行降温。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图,电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源两端(电源内阻不计)。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于20 mA时,衔铁被吸合,热敏电阻置于温度监测区域,其阻值Rt与温度t的关系如图乙所示,滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。则: 甲 乙 (1)图甲中,开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应移至　　　　(选填“左”或“右”)端。  (2)图甲中应将b端与　　　　(选填“a”或“c”)端相连。  (3)若设置电池温度为50 ℃时启动制冷系统,由图乙可知,当温度为50 ℃时,Rt的阻值为　　　　 Ω,此时滑动变阻器对应阻值应为　　　　 Ω。  (4)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是　　　　 ℃。  左 c 100 150 74 解析 (1)开关闭合前,为了保护电路,滑动变阻器的滑片应位于阻值最大处,故滑片应移至左端。 (2)由题意可知,当控制电路电流达到20 mA时衔铁被吸合,制冷系统工作,所以题图甲中,应将b端与c端相连。 (3)若设置电池温度为50 ℃启动制冷系统,由题图乙可知,当温度为50 ℃时,Rt的阻值为100 Ω,此时控制电路的总电阻R= Ω=250 Ω,由串联电路的电阻规律,可知滑动变阻器接入的电阻为RP=R-Rt=250 Ω-100 Ω=150 Ω。 (4)当滑动变阻器的最大阻值为200 Ω时,热敏电阻的阻值Rt'=R-RP'=250 Ω-200 Ω=50 Ω,由题图乙可知此时对应的温度为74 ℃,所以此时该电路可设置启动制冷系统的最高温度是74 ℃。 端的电压为U=R1=,若定值电阻的阻值越大,当a、b两端的电压 $