第5章 传感器 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

该高中物理单元复习讲义通过框架图系统梳理了传感器原理、动量定理等核心知识，将电容、红外、压敏等传感器类型及其应用按“概念-原理-实例”逻辑组织，结合教材情境呈现知识内在联系，突出重难点分布。 讲义亮点在于“考教衔接”的练习设计，如2023湖南高考压力传感器电路题衔接教材习题，引导学生通过数据处理和电路分析培养科学思维，针对练和易错辨析帮助不同层次学生巩固，支持教师实施精准化复习教学。

单元综合提升 (多选)(2023·浙江高考)下列说法正确的是(　　) A．利用电容传感器可制成麦克风 B．物体受合外力越大，则动量变化越快 C．利用红外传感器可制成商场的自动门 D．若物理问题牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用 答案：ABC 解析：声音使振动膜片振动，改变两极板间距离，使声音信号转换成电信号，则可以利用电容传感器制成麦克风，故A正确；由动量定理有F合t＝Δp，可得＝F合，可知，物体受合外力越大，则动量变化越快，故B正确；人体可以向外界释放红外线，感应装置接收到红外线后，可以开门，则可以利用红外传感器制成商场的自动门，故C正确；牛顿运动定律只适用于宏观低速问题，不适用于微观高速问题，而动量守恒定律既适用于低速宏观问题，也适用于高速微观问题，故D错误。故选ABC。 [衔接教材]　教材P127“讨论与交流”情境 仔细观察自动门我们会发现，自动门上有一个凸起的装置。里面实际上是一个红外线传感器，其内部结构如图所示。人体都有恒定的体温，会发出特定波长的红外线。当人接近自动门时，门上的红外线传感器就能够接收到人体发出的红外线。 结合上述信息和生活经验，请绘制出自动门的工作流程图。 [衔接分析]　该高考题C选项以红外传感器控制自动门的素材为背景，考查传感器的原理与应用。与教材P127中“讨论交流”中的物理情境相同。 光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻等可制成半导体式传感器，可以利用它们随光学量、热学量的灵敏变化，制作自动开关，实现自动控制，如日升而熄、日落而明的路灯、恒温箱等。 针对练1．(2024·北京东城高二期中)在街旁的路灯，江海里的航标灯都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的(　　) A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．磁敏性 答案：B 解析：在街旁的路灯，江海里的航标灯都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的光敏性。故选B。 针对练2．许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇之处在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是(　　) A．该传感器能够测量的物理量是位移和温度 B．该传感器能够测量的物理量是位移和光强 C．该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D．该传感器能够测量的物理量是压力和位移 答案：C 解析：楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确。 (2023·湖南高考)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图(a)所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。 学生用书第124页 　 (1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是________Ω； (2)适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为_______(用R1、R2、R3表示)； (3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示： 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压U/mV 0 57 115 168 225 285 根据表中数据在图(c)上描点，绘制U -m关系图线； (4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200 mV，则F0大小是________ N(重力加速度取9.8 m/s2，保留2位有效数字)； (5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则F1________ F0(选填“>”“＝”或“<”)。 答案：(1)1 000(或1 000.0)　(2)　(3)图见解析　(4)1.7×10-2　(5)> 解析：(1)欧姆表读数为10×100 Ω＝1 000 Ω。 (2)当电压传感器读数为零时，C、D两点电势相等，即UCB＝UDB，即RF＝R3 解得RF＝。 (3)绘出U -m图像如图所示 (4)由图像可知，当电压传感器的读数为200 mV时，所放物体质量为1.75 g，则F0＝mg＝1.75×10-3×9.8 N＝1.7×10-2 N。 (5)可将CD以外的电路等效为新的电源，电动势为E′，内阻为r′，C、D两点电压看做路端电压，因为换用非理想毫伏表后内阻不是无穷大，此时电压传感器读数U′＝，当读数为U′＝200 mV时，实际C、D间断路(接理想电压传感器时)时的电压等于E′，大于200 mV，则此时压力传感器的读数F1>F0。 [衔接教材]　教材P130T1 如图(a)和图(b)所示是一种测量血压的压力传感器工作时的示意图。薄金属片P有4个电阻R1、R2、R3、R4。如图(c)所示是它的侧面图。这四个电阻连接成如图(d)所示的电路，试回答下列问题。 (1)开始时，金属片中心点O未加任何压力，欲使电压表无示数，这4个电阻应满足怎样的关系？ (2)在点O加一个压力F后金属片会发生形变，此时4个电阻也随之发生形变。形变后各电阻大小如何变化？ (3)电阻变化后，金属片上的A、B两点哪点电势高？ [衔接分析]　 该高考题以利用压敏电阻制造的自动控制电路实现压力的测定为背景，考查传感器的原理与应用。与教材P130T1中的物理情境相同。 压敏电阻、光敏电阻、热敏电阻等电阻随压力、光照强度、温度的变化而变化，进而可以实现电路的动态分析，影响电路中的电压和电流，将非电学量按一定规律转变成电学量呈现出来。 针对练1．(2024·揭阳市高二统考)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲所示，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E、内阻为r，电路中的电表均为理想电表，且定值电阻R0＝r。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是(　　) 学生用书第125页 A．电压表的示数减小，电流表的示数减小 B．电压表的示数增大，电流表的示数增大 C．定值电阻功率增大 D．电源对外输出功率减小 答案：C 解析：当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器电阻减小，电路中电流增大，内电阻和R0的分电压增大，则传感器电阻上的电压减小，电压表示数减小，故A、B错误；因电路中电流增大，故定值电阻功率增大，故C正确；当内、外电阻相等时，电源输出功率最大，当传感器电阻减小时，外电阻阻值接近内电阻，所以电源输出功率增大，故D错误。故选C。 针对练2．(多选)一种油箱内油面高度检测装置的示意图如图所示。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，下列分析正确的是(　　) 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 答案：BD 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A、C错误，B、D正确。 1．(传感器的工作原理) (2024·东莞市联考)如图为电容式传感器的原理图，其中的某个量的变化，能够引起电容的变化，现通过测定电容就可以确定上述物理量的变化。下列说法正确的是(　　) A．传感器是通过电容的变化确定液面高度的变化 B．传感器是通过电容的变化确定电介质厚度的变化 C．液面升高，则电容器的介电常数变大 D．液面升高，则电容器的正对面积变小 答案：A 解析：由传感器原理图可知，液体高度变化，引起电容器的正对面积变化，从而引起电容的变化，A正确，B错误；电容器的介电常数由材料决定，液面升高，电容器的介电常数不变，C错误；液面升高，电容器的正对面积变大，D错误。故选A。 [易错分析]　传感器是将其他物理量转化为电学物理量的元件，液面的升高或降低影响的是正对面积还是两板间距离是本题的易错点，理解电容器的两个极板是解决本题的关键。 2．(力传感器的原理)(2024·江门市高二联考)如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从表盘上直接读出压力大小，其中R1＝250 Ω是保护电阻，R2是调零电阻(总电阻100 Ω)，理想电流表量程为10 mA，电源电动势E＝3 V(内阻不计)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的对应关系如图乙所示。 (1)根据图乙写出对应R -F函数表达式R＝________。 (2)要对压力传感器进行调零(即压力为0时，使电流表达到满偏)，调零电阻R2应调为________Ω。 (3)现对表盘进行重新赋值，原3 mA刻度线应标注________N。 答案：(1)R＝F＋30　(2)20　(3)2 800 解析：(1)根据题图乙可知对应R -F函数表达式R＝F＋30。 (2)对压力传感器进行调零，因R1＝250 Ω，当F＝0时R＝30 Ω，根据Ig＝，代入数据解得R2＝20 Ω。 (3)当电流为3 mA时，根据I＝，解得R＝730 Ω；根据R＝F＋30，解得F＝2 800 N。 [易错分析]　压力传感器是将力转化为电路中的电阻，本题易错点是电路中电流与电阻的关系式要通过闭合电路欧姆定律来表示，结合电阻与压力的对应点数值代入表达式。 3．(传感器的应用)酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题图甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R1与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。 (1)某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器R1、电源(电动势为9.0 V，内阻未知)、电流表(满偏电流为100 mA，内阻为9.5 Ω)，闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为___________Ω；用该仪器___________(选填“能”或“不能”)检测酒驾； 学生用书第126页 驾驶员状态 非酒驾 酒驾 酒精气体浓度标准(mg/mL) 小于0.2 大于或者等于0.2 检测器状态 只有绿灯亮 绿灯红灯都亮 (2)另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到图表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为9.0 V，内阻不计，R2为定值电阻，R1为酒精气体传感器，L1、L2是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到0.7 V才会发光，则红灯为_______(选填“L1”或“L2”)，当红灯刚亮时通过其的电流为___________A(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)0.5　不能　(2)L1　0.28 解析：(1)当酒精浓度为零时，R1为80 Ω，电流表刚好满偏，则电源内阻为r＝－R1－RA＝0.5 Ω；当酒精浓度增大时，总电阻减小，电流超过满偏值，说明该仪器不能检测酒驾。 (2)当酒精浓度增大时，R1减小，根据“串反并同”，可知灯泡L1电压增大，达到0.7 V会发光，说明L1是红灯。当红灯刚亮时，小灯泡电压达到0.7 V，R1两端电压为8.3 V，此时R1阻值为30 Ω，则红灯电流为I＝ A≈0.28 A。 [易错分析]　电表满偏的原理是闭合电路欧姆定律，红灯亮起时R1的阻值是本题的易错点。 4．(利用传感器制作自动控制装置)(2024·广东高二联考期中)中秋节是象征团圆的节日，在以往孩子们在这一天会手提着蜡烛灯笼，在大街小巷游玩。随着科技的进步，现在的灯笼改用电灯泡照明，不仅更安全，还有更加丰富的玩法。某实验小组购置了一个电灯泡灯笼，其电路如图甲所示，当单刀双掷开关S0拨到1的时候，所有灯泡常亮，当开关拨到2的时候，在控制芯片的作用下灯泡就会闪一闪，非常好看。 (1)某一次拨动开关到2后，发现灯泡不闪亮，为了判断电路故障，实验小组借用了学校的多用电表的________(选填“电压”或“欧姆”)挡进行检测，当表笔接2、B点位置时，现象是________(选填“有示数”或“无示数”)，当表笔接B、C时，现象是________(选填“有示数”或“无示数”)，发现是控制芯片断路； (2)该实验小组为了实现到了晚上自动亮灯而白天不亮灯，于是在电路中将C、D间的导线去除，在这两点间增加了一个亮度感应开关(其结构主要是一个电磁继电器和一个光敏电阻R)，如图乙所示。其工作原理如下： ①开关S0任意接通1或2，接通开关S1； ②若环境较暗，灯泡亮起； ③若环境中光亮度较高，光敏电阻的电阻________(选填“较高”或“较低”)，电磁继电器中的线圈电流________(选填“较大”或“较小”)，两个触点与铁片________(选填“相接”或“分离”)，灯笼的灯泡________(选填“亮起”或“不亮”) (3)该实验小组还想实现自动亮度功能，即灯泡的亮度可以随着环境亮度的变化而变化，环境越亮的时候灯泡越暗。他们向电路中加入了一个定值电阻 R0和一个光敏电阻 R2(光照越强，电阻越小)，如图丙所示，请你尝试将他们的元器件放入电路中虚线框所在的位置，并补充电路图(填写电阻符号 R0或R2)。　 答案：(1)电压　有示数　无示数　(2)较低　较大　分离　不亮　(3)见解析 解析：(1)拨动开关到2后，电源处在电路中，不能借用学校多用电表的欧姆挡进行检测，可知，实验小组借用了学校的多用电表的电压挡进行检测；若故障是控制芯片断路，则当表笔接2、B点位置时，相当于将电压表连接到电源正负极上，此时现象是有示数；若故障是控制芯片断路，当表笔接B、C时，电压表检测部分与电源断开，此时现象是无示数。 (2)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，可知若环境中光亮度较高，光敏电阻的电阻较低；根据闭合电路欧姆定律可知，光敏电阻的电阻较低，通过电磁继电器中的线圈电流较大。根据上述可知，电磁继电器中的线圈电流较大，线圈激发出的磁场增强，在磁场力作用下，铁片向下运动，两个触点与铁片在磁场力的作用下分离，灯笼的灯泡不亮。 (3)若将光敏电阻R2置于干路上，环境越亮，光敏电阻阻值减小，干路电流越大，灯泡并联部分电压越大，灯泡越亮，不符合题意。当将光敏电阻R2置于灯泡并联电路中时，环境越亮，光敏电阻的电阻越小，干路电流越大，电源内阻与定值电阻承担的电压越大，则灯泡并联部分电压越小，灯泡越暗，故应将定值电阻置于干路上，将光敏电阻置于灯泡并联电路中，作出电路图如图所示。 [易错分析]　梳理电路的连接，理解光敏电阻的阻值由于光照引起的变化，会影响电路中电流的大小；理解电路原理图是解决本题的关键，光敏电阻在电磁继电器中的作用是光照强度增大，衔铁会与电路断开，灯泡变暗；但是光敏电阻在干路中的作用不是接通电路，而是调节灯泡两端的电压。 学科网（北京）股份有限公司 $