5.1 认识传感器-【重难点手册】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）浙江专用

第五章 传感器 第1节 认识传感器 重点和难点 课标要求 1.通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概 念，感受传感技术在信息时代的作用与意义， 重点：非电学量转换成电学量的技术意义， 2.知道非电学量转换成电学量的技术意义，进一步拓展学生 难点：传感器的组成与应用模式. 的思维，进一步探讨科技发展给人类带来的利与弊」 3.了解传感器应用的一般模式. 01必备知识梳理。 知识点1神奇的传感器 1.实验探究 习拓视野 (1)探究过程：如图甲所示，小盒子A的侧面露出一个小灯 “声控一光控”开关能感 泡，盒外没有开关，将磁铁B靠近或远离盒子，观察盒内灯泡的发 知环境的明暗和声音的强弱. 光情况，并分析原因. 只有环境的亮度低于某一数 值，同时声音强度高于某一数 (2)现象：当磁铁B靠近盒子时，灯泡就会发光；把磁铁移走， 值时，“声控一光控”开关才会 灯泡熄灭 接通，灯才会亮；自动门有红 (3)分析论证：小盒子A中有一个干簧管，当磁铁B靠近干 外线传感器，可以通过检测人 簧管时，两个簧片被磁化而接通电路，如图乙所示。 体向外辐射的红外线，从而使 (4)结论：干簧管将盒子周围磁场的有无转换为电路的通断. 门打开或关闭；交通警察使用 B B 的“便携式酒精检测仪”中装 有乙醇传感器，可以显示司机 呼出气体中的酒精浓度 小灯泡 甲 乙 2.传感器 传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化 学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和 处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电 路的通断 3.传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、酸 132 第五章 传感器 碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等.这些 刀划重点司 输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再传送给控制系统 传感器的工作原理如图 产生各种控制动作 所示 知识点2传感器的种类 敏感 转换 被测量 1.传感器的种类 元件 元件 根据检测量的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物 转换 放大 输 电学量 型三类 电路 电路出 (1)物理型传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并 非电学量→需要被测量的物理量 检测出相关的信息.如电容式传感器、电感传感器、光电传感器、 直接感受被测量并将 力传感器等 敏感元件，其转换成与被测量成 一定关系的易于测量 (2)化学型传感器：利用化学反应识别和检测信息.如气敏传 的物理量 感器、湿敏传感器等」 将敏感元件输出的物 转换元件→ (3)生物型传感器：利用各种生物或生物物质的特性制成，用 理量转换成电学量输出 以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要 将转换元件输出的电学 是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、 转换电路→量转换成易于测量的电 学量 免疫传感器等。 2.电容式传感器 易于测量的电学量如 电学量 电流、电压、频率等 (1)原理 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 极板间的电介质这几个因素.如果某一物理量（如角度0、位移x、 深度五等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的 变化，那么，通过测定电容器的电容变化就可以确定上述物理量 的变化.我们把这种用途的电容器称为电容式传感器， (2)应用 ①测量液面高度：如图甲所示是测量液面高度h的电容式传 感器.在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电溶液中，导线 芯和导电溶液构成电容器的两极，导线芯外面的绝缘物质就是电 介质.液面高度五发生变化时，引起两极板正对面积发生变化，使 电容C发生变化.知道电容C的变化情况后，就可以知道液面高 度h的变化情况， 电介质 动片 导电 溶液 甲 乙 ②测角度：如图乙所示是用来测定角度为0的电容式传感 133 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 器.当动片与定片之间的角度0发生变化时，引起极板正对面积 S的变化，从而使电容C发生变化.知道电容C的变化情况后， 就可以知道0的变化情况， ③测压力：如图丙所示是测定压力F的电容式传感器.待测 压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间 距离d发生变化，从而引起电容C的变化.知道电容C的变化情 况后，就可以知道F的变化情况， 固定电极 极板 可动电极 电介质 待测压力F 极板 丙 丁 ④测位移：如图丁所示是测定位移x的电容式传感器.随着 电介质进人极板间的长度发生变化，电容C发生变化.知道电容 C的变化，就可以知道x的变化情况. 知识点3传感器的组成与应用模式 1.传感器应用的一般模式 刀划重点7 问题引人：传感器虽然可以把非电学量转换为电学量，但是 分析传感器问题时要注意四点 在一般情况下，传感器输出的电信号是相当微弱的，难以带动执 1.感受量分析：要明确传 行机构去实现控制操作，因此需要把这个电信号进行放大等操 感器所感受的物理量，如力、 热、光、磁、声等」 作.概括起来，传感器应用的一般模式如下： 2.输出信号分析：明确传 →执行机构 感器的敏感元件，分析它的输 传感器 放 转换电路 显示器（指针式 入信号、输出信号以及输入信 电表、数字屏) 号与输出信号间的变化规律. 计算机系统 3.电路结构分析：认真分 2.生活中的传感器 析传感器所在的电路结构，在 (1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空 熟悉常用电学元件工作特点 的基础上，分析电路输出信号 调、消毒碗柜等，都用到温度传感器」 与输入信号间的规律。 (2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红 4.执行机构工作分析：传 外测温仪以及防盗、防火报警器等。 感器的应用，不仅包含非电学 (3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器」 量如何向电学量转化的过程， (4)动圈式话筒：如图是动圈式话筒的构造原理图，它是利用 还包含根据所获得的信息控 电磁感应现象制成的.当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上 制执行机构进行工作的过程， 的线圈（叫作音圈）随着一起振动.音圈在永磁铁的磁场里振动， 其中就会产生感应电流（电信号）.感应电流的大小和方向都变 134 第五章 传感器 化，振幅和频率的变化由声波决定，这个电信号经扩音器放大后 传给扬声器，从扬声器中就发出被放大的声音. 磁铁 音圈 (声波 金属膜片 02关键能力提升。 题型1对传感器的理解 C.光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值 例①在产品生产的流水线上，常需要对 为0.5k2 产品计数.图甲是利用光敏电阻自动计数的示 D.每分钟通过计数装置的产品数量为300个 意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的 解析已知t=0.1s时光信号被产品挡 仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光 住，光敏电阻的阻值此时较大，此时电路中的 电传感器.当传送带上没有产品挡住由A射向 电流较小，那么定值电阻的电压应较小，根据 B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有产品 图丙可知此时电阻R1的电压是较小的，故R 挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值 为定值电阻，故A错误；电源两端的电压恒为 变大.实现自动计数功能的电路如图乙所示， 6V,根据图丙可知t=0.1s光信号被产品挡 α、b之间接示波器.水平传送带匀速前进，产品 住时，定值电阻R1的电压为2V,根据串联电 通过时会挡住光信号.示波器显示的电压随时 路分压原理可知光敏电阻的电压为4V,可得 间变化的图像如图丙所示.若计数电路中的电 此时光敏电阻的阻值是定值电阻R1的2倍， 源两端的电压恒为6V,光敏电阻与阻值为 即光敏电阻的阻值为2kΩ，故B正确，C错误； 1k2的定值电阻串联.已知t=0.1s时光信 由图丙可知电压随时间变化的图像的周期为 号被产品挡住，下列说法正确的是( 0.4s,可知每隔0.4s通过一件产品，每分钟通 过计教装置的产品数量为60s个=150个，故 0.4s D错误. 甲 AU/V 答案B 4 题型2求解电容式传感器问题 0 例②（多选）传感器是把非电学量转换成 0.20.40.60.8t/s 的 电学量的一种元件.图乙、丙是两种常见的电 A.R1为光敏电阻 容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到 B.光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值 如图甲所示的电路中进行实验（电流从电流表 为2k2 正接线柱流入时指针向右偏).下列实验现象 135 重难点手册高中物理选择性必修第二册)（浙江专用） 中正确的是(). 的决定式C= ErS G 固定电极 4k知，电容减小，而电压不变， 可动电极 由Q=CU可知，电容器所带的电量减小，电容 器放电，电路中有顺时针方向的电流，则电流 待测压力F 甲 乙 表指针向左偏转，故A错误；当乙传感器接入 电路实验时，若F变大，电容器两极板间的距 金属芯线 电介质 离减小，根据电容的决定式C知，电容 亭电 增大，而电压不变，由Q=CU可知，电容器所 液体 带的电量增加，电容器充电，电路中有逆时针 丙 方向的电流，则电流表指针向右偏转，故B正 A.当乙传感器接入电路实验时，若F变 确；当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液 小，则电流表指针向右偏转 深度h变大，两电极正对面积增大，电容增大， B.当乙传感器接入电路实验时，若F变 而电压不变，则电容器充电，电路中有逆时针 大，则电流表指针向右偏转 方向的电流，则电流表指针向右偏转，故C错 C.当丙传感器接人电路实验时，若液体深 误；当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液 度h变大，则电流表指针向左偏 深度五变小，两电极正对面积减小，电容减小， D.当丙传感器接入电路实验时，若液体深 而电压不变，则电容器放电，电路中有顺时 度h变小，则电流表指针向左偏 针方向的电流，则电流表指针向左偏转，故 解析当乙传感器接入电路实验时，若F D正确. 变小，电容器两极板间的距离增大，根据电容 答案BD 136