第五章 1 认识传感器-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

于基站辐射的功率，故辐射区域中心10m位置处，辐 射量大约是=Wm-0.0s18W/m38 40 uW/cm2,远小于美国4G通信基站的安全标准，故A、 C错误，B正确：因17uW/cm>3.18uW/cm2,所以长 时间使用该款手机对人体的电磁辐射远高于我国5G通 信基站对人体的正常电磁辐射，故D错误。 >"4.电磁波谱 知识梳理 知识点1 1.波长大小频率高低2.3.0×10m/s4.反射 折射衍射干涉 知识点2 1.干涉衍射穿透2.不同大小 要点突破 例1C【解析】根据发生明显的衍射现象的条件 可知障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要 小。电磁波谱中无线电波的波长范围在102~104m,而 红外线的波长范围在10~10m,可见光、紫外线、y射 线的波长更短，故只有无线电波才能发生明显的衍射 现象。 变式训练1D 例2D【解析】X射线有很高的穿透本领，医学 第五章 "1.认识传感器 知识梳理 知识点1 4.非电学量电学量 知识点3 2.检测转换 要点突破 例D【解析】在0~t内，I恒定，压敏电阻阻值不 变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速 直线运动；在~内，I变大，压敏电阻阻值变小，压 力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在2~t3内， I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D 正确。 变式训练C 参考答案与解析⊙ 上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外 线照射对人的皮肤有害，B错误：电磁波中频率最大的 为y射线，其波长最短，最不容易发生衍射，C错误； 紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确。 变式训练2(1)C(2)B(3)D 例3ACD【解析】由公式U=f可得，=” 3×108 00m-03m,A点-2300m=15m,A正 3×108 确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B 错误；由雷达的工作原理可知C正确；波长越短的电 磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D正确。 变式训练3(1)电磁波，3×108m/s(2)2.0× 102m(3)375m/s 情境拓展 ACD【解析】生活中用微波炉来加热食物，可见电 磁波具有能量，故A正确；电磁波在真空中或空气中传 播的速度=3.0×10°m/s,空间站到地球表面的距离s=4x 10m,电磁波从空间站传播到地面的时间t=ミ≈0.0013 S,故B错误；1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波， 证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开 拓了道路，故C正确；英国物理学家麦克斯韦系统总结 了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，在此 基础上，他最终建立了经典电磁场理论，故D正确。 感 器 情境拓展 0402)左3)9(4)光 【解析】(1)加速度为零时，滑块应处于电阻器的 中央，电阻器全长8.0cm,应将滑片调到距电阻器左端 4.0cm处。 (2)当物体具有图示方向的加速度α时，滑块所受 的弹簧拉力的合力向右，滑块向左移动，根据顺着电流 方向电势降低可知，P端的电势低于Q点的电势，则电 压表的指针将向零点左侧偏转。 (3)设加速度最大时，滑块向左移动的距离为xm, 根据牛顿第二定律得2kxm=mam,解得xm=3cm。此时电 压表的读数为U=m2E=9V。故电压表的量程应为9V。 (4)设加速度为a时，电压表的读数为U,则2kx= mm。又U=产2E,联立解得U瓷a 37N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 第五章传感器 知识网络图 是能将所感受到的物理量转换成便于传递和处理的可用信号输出的一类元件或装置；包括敏感元件 传感器 和转换元件两部分 材料不同：金属热电阻由金属制成，热敏电阻由半导体材料制成 区别 导电机理不同：金属热电阻是自由电子定向移动，热敏电阻是自 由电子和空穴定向移动 金属热电阻 电阻率变化不同：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，负温 和热敏电阻 度系数热敏电阻的电阻率随温度升高而减小 电阻率都随温度变化而变化 联系 都是将温度变化转化为电阻变化 敏感元件 光敏电阻：由半导体材料制成，光照强度越强，电阻越小 传感器 工作原理：把物体形变转化为电阻 电阻应变片 金属材料应变片：金属杆受力向下时，上部分应变片电阻变大，下部分应变片 电阻变小 霍尔元件：霍尔电压与霍尔元件的材料、厚度、通过的电流以及外加磁场的磁感应强度有关。 力学传感器的应用—电子秤 应用 温度传感器的应用 电饭煲、电熨斗 光传感器的应用 光控开关 干簧管作用：传感器和控制开关 门窗防盗报警 继电器作用：自动的双向开关 判断干簧管是否正常工作的方法：用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否 实验 正常动作 二极管具有单相导电性 光控开关 三极管的作用：电子开关和电流放大 60)学 第五章传感器。 1.认识传感器 来识别和测定生物化学物质，如酶传感 知识梳理 器、微生物传感器、细胞传感器等生物传 感器。 川知识点1神奇的传感器 川知识点3传感器的组成与应用模式」 1.楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的 明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于：1.敏感元件：是指能直接感受或响应外界被 某一数值，同时声强高于某一数值时，声 测非电学量的部分。 控一光控开关才会接通，灯才会亮。 2.转换元件：是指能将敏感元件输出的信号 2.自动门：有的自动门装有一种装置，当人 直接转换成电信号的部分。它们分别完成 走近时，可以检测出人体向外辐射的红外 花 两个基本功能。 线，从而发出使自动门开关启动的命令。 要点突破 这种装置就是红外线传感器。 3.便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒 川要点1传感器的工作原理 精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气 体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有 传感器感受的通常是非电学量，如压 “乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。 力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等， 4.传感器：它能够感受诸如力、温度、光、： 而它输出的通常是电学量，如电压、电流、 声、化学成分等被测量，并能把它们按照： 电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通 一定的规律转换为便于传送和处理的可用： 常要经过放大后再输送给控制系统产生各种 信号输出。通常转换成的可用信号是电 控制动作。传感器的工作原理如下所示： 压、电流等电学量，或转换为电路的通 非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 断。把 转换为 可 电学量 以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 知识点2传感器的种类 川要点2传感器分类 1.传感器的种类：力传感器、磁传感器、声 : 分类 工作原理 举例 : 传感器等物理传感器。 利用物质的物理性压电传感器、温度传 2.电化学反应原理：把无机或有机化学物质 物理 质和物理效应感知感器、光电传感器 的成分、浓度等转换为电信号。 传感器并检测出待测对象电感传感器、电容传 信息 感器等 3.生物活性物质：利用生物活性物质选择性 61 高中物理选择性必修第二册（人教版） 续表A.C增大表示h减小 分类 工作原理 举例 B.C减小表示h增大 化学 利用化学反应识别 气敏传感器、湿敏传 C.C减小表示h减小 传感器 和检测信息 感器等 D.C的变化与h变化无直接关系 生物 利用生物化学反应 酶传感器、组织传感 传感器 识别和检测信号 器、细胞传感器等 情境拓展 例 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减 某同学设计了 小。有位同学利用压敏电阻设计了判断小车 一个加速度计，如 运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，： 图所示。较重的滑 将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，： 块2可以在光滑的 中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运： 框架1中平移，滑 动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判： 块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4 断正确的是( 是滑片，它与电阻器任一端间的电阻值都与 它到这端的距离成正比，这个装置实际上 压敏电阳 是一个加速度传感器。工作时将框架固定在 被测物体上，使弹簧及电阻R均与物体的运 动方向平行。当被测物体加速运动时，滑块 例题图 将在弹簧的作用下，以同样的加速度运动。 A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 通过电路中仪表的读数，可以得知加速度的 B.从t1到2时间内，小车做匀加速直线运动 ，1 大小。 C.从到t3时间内，小车做匀速直线运动 已知两个电池E的电动势相同，均为 D.从到t3时间内，小车做匀加速直线运动 :E=12V,内阻可以忽略不计：滑块的质量为 m=0.8kg，两弹簧的劲度系数均为k=2× 变式训练 102N/m,电阻器的全长L=8.0cm,被测物 传感器是把非电学 导电液金属芯线 电介质 体可能达到的最大加速度为am=15m/s2(此 量（如温度、速度、压 时弹簧仍为弹性形变)，电压表为指针式直 力等)的变化转换为电 流电压表（可视为理想电压表），零刻度在 学量变化的一种元件， 表盘中央（即可显示正负电压），当P端的 在自动控制中有着相当 变式训练题图 电势高于Q端时，指针向零右侧偏转。当被 广泛的应用。如图是一种测量液面高度h的： 测物体的加速度为零时，电压表的示数为 电容式传感器的示意图。从电容C大小的变：零；当被测物体的加速度达到最大时，电压 化就能反映液面的升降情况。关于两者关系： 表的示数为满偏量程。 的说法正确的是() (1)当加速度为零时，应将滑片调到距电阻 62 第五章传感器。 器左端 cm处（结果保留两位： (3)所提供电压表量程为 V。 有效数字)。 (4) 若将电压表的表盘换成直接表示加速度 (2)当物体具有图示方向的加速度a时，电 的刻度盘，只需满足关系式U= 压表的指针将向零点 (选填 lal(用字母m,E,k,L表示，各量均 “左”或“右”)侧偏转。 采用国际单位)。 2.常见传感器的工作原理及应用 称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻 知识梳理 的温度特性曲线。 川知识点1光敏电阻 3.热敏电阻与金属热电阻的区别 区别 热敏电阻 金属热电阻 1.特点：光照越强，电阻越小。 电阻随温度的变化而 2.原因：光敏电阻的构成物质为半导体材 特点 电阻率随温度的 变化，且非常明显 升高而增大 料，无光照时，载流子极少，导电性能不 制作材料 半导体 金属导体 好；随着光照的增强，载流子增多，导电 性能变好。 优点 灵敏度好 化学稳定性好 测温范围大 3.作用：把光照强弱这个 转换为电 能够将温度这个热学量转换为电阻这 作用 阻这个 个电学量 川知识点2热敏电阻和金属热电阻 4.注意：在工作温度范围内，电阻值随温度 上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏 1.热敏电阻 电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随 温度系数(NTC)热敏电阻器。 温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图 甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的 川知识点3电阻应变片一电子秤 特性曲线。 1.组成及敏感元件：由金属梁和应变片组 成，敏感元件是应变片。 2.工作原理： 金属梁 金属梁 应变片 两应变片 甲 自由端 发生弯 的电阻 上电压的 2.金属热电阻 受力F 曲 变化 差值变化 有些金属的电阻率随温度的升高而 3.作用：应变片将物体形变这个 转 ，这样的电阻也可以制作温度传感器， 换为电压这个 学 63