第5章 传感器 章末小结与质量评价（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

本讲义聚焦电磁场与电磁波、传感器及其应用核心知识点，系统梳理电磁波的产生与传播规律、传感器敏感元件特性，构建从基础概念（如电磁波波长计算）到实际应用（如雷达、自动控制电路）的知识支架。 通过典例解析（如歼-20隐形原理分析）和对比归纳（电磁波与机械波异同）强化科学思维，结合自动售货机投币系统、共享电单车等实例渗透科学态度与责任。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过对点训练和价值好题查漏补缺。

一、知识体系建构——理清物理观念　　　 二、综合考法融会——强化科学思维　　　 考法一　电磁场与电磁波问题 　　[典例]　如图所示,歼⁃20隐形战斗机的横空出世,极大增强了我国的国防力量,其隐形的基本原理是机身通过特殊的结构或者涂料,使得侦测雷达发出的电磁波出现漫反射,或被涂料吸收,从而避过雷达的侦测。已知目前雷达发射的电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列说法正确的是 (　 ) A.隐形战斗机具有“隐身”的功能,是巧妙地利用了雷达波的衍射能力 B.雷达发射的电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C.雷达发射的电磁波在真空中的波长范围在0.3 m 至1.5 m 之间 D.雷达发射的电磁波可能是纵波也可能是横波 [解析]　由题干可知A错误;雷达发射的电磁波是由周期性变化的电场或者磁场产生的,恒定不变的电场或磁场不能产生电磁波,B错误;雷达发射的电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内,根据公式c=λf知,当f1=200 MHz时,λ1== m=1.5 m,当f2=1 000 MHz时,λ2== m=0.3 m,故雷达发射的电磁波在真空中的波长范围在0.3 m至1.5 m之间,C正确;电磁波都是横波,D错误。 [答案]　C [融会贯通] 　　电磁波的特点以及与机械波的区别 1.相同点 (1)都有波的一切特性,如:都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象。 (2)波速、波长、频率之间具有同样的关系,即v=λf。 2.不同点 (1)产生机理不同,机械波是由机械振动产生的;电磁波是由周期性变化的电磁场产生的。 (2)介质对传播速度的影响不同。 ①机械波的传播速度由介质决定。 ②电磁波在真空中传播速度相同,均为3×108 m/s。在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同,频率越大传播速度越小。 (3)机械波不能在真空中传播,电磁波能在真空中传播。 (4)电磁波是横波;机械波既有横波,也有纵波。 [对点训练] 1.如图所示是LC振荡电路及其中产生的振荡电流随时间变化的图像,电流的正方向规定为顺时针方向,则在t1到t2时间内,电容器C的极板上所带电量及其变化情况是 (　 ) A.上极板带正电,且电场能逐渐增加 B.上极板带正电,且电场能逐渐减少 C.下极板带正电,且电场能逐渐增加 D.下极板带正电,且电场能逐渐减少 解析:选B　在t1到t2时间内,电流为负且增大,即逆时针增大,说明该过程是放电的过程,且负电荷正由下极板向上极板移动,由此可知上极板带正电,且其所带正电荷量逐渐减小,电场能逐渐减少,B正确。 2.雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲,遇到障碍物会发生反射,雷达在发射和接收电磁波时,荧光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt=5×10-4 s,它跟踪一个匀速移动的目标的过程中,某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图甲所示,30 s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为10-4 s,电磁波在空气中的传播速度为3×108 m/s,则被监视目标的移动速度最接近 (　 ) A.1 200 m/s B.900 m/s C.500 m/s D.300 m/s 解析:选C　已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10-4 s,从题图甲中可以看出两次时间间隔为4个刻度线,即:t=4×10-4 s利用公式可得刚开始相距:s1== m=6×104 m;同理30 s后相距:s2== m=4.5×104 m;移动速度:v== m/s=500 m/s,C正确。 考法二　传感器及其敏感元件问题 　　[典例]　节能环保路灯采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强时(如白天)电阻几乎为0;照射光较弱时(如夜晚)电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,夜晚打开,电磁开关的内部结构如图所示,1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于等于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。 (1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,在下面虚线框中画出电路原理图。 光敏电阻R1,符号; 灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号; 保护电阻R2,符号; 电磁开关,符号; 蓄电池E,电压36 V,内阻很小; 开关S,导线若干。 (2)①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　　V,保护电阻R2的阻值范围为　　　　Ω。  ②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通,为此,电磁开关内部结构应如何改造?请结合本题中电磁开关内部结构图说明。 答:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。  ③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。 答: 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  [解析]　(1)电路原理如图所示。 (2)①由题意知:U=IR=0.1 A×200 Ω=20 V;R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大,即Imax=,解得Rmin=160 Ω;R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小,即Imin=,解得Rmax=520 Ω。故保护电阻R2的阻值范围为160~520 Ω。 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。 ③电磁起重机、电磁打点计时器、电铃等答案合理均可。 [答案]　(1)见解析图　(2)①20　160~520　 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当磁铁吸合铁片时,3、4之间接通,不吸合时,3、4之间断开　③见解析 [融会贯通] 几种传感器及与其相联系的物理知识 传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识 光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析 温度传感器 热敏电阻 直流电路问题 力传感器 压敏电阻 力学、运动学与直流电路 电容传感器 电容器 力、运动与含电容电路 [对点训练] 1.已知光敏电阻在没有光照射时电阻很大,并且光照越强阻值越小,利用光敏电阻作为传感器设计了如图所示电路,电源电动势E和内阻r不变,当光照强度增强时,则 (　 ) A.电灯L变亮 B.光敏电阻两端的电压减小 C.定值电阻R的功率减小 D.电源的输出功率增大 解析:选B　当光照强度增强时,光敏电阻阻值变小,则总电流变大,内电压变大,路端电压变小,灯泡L变暗,A错误;总电流变大,通过灯泡L的电流减小,则通过定值电阻支路的电流增大,则定值电阻R两端电压增大,又路端电压变小,则光敏电阻两端电压减小,B正确;定值电阻R两端的电压增大,功率增大,C错误;当外电阻等于内阻时,电源的输出功率最大,本题中不明确外电阻和内阻的关系,电源输出功率不一定增大,D错误。 2.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器________ (填“R1”或“R2”)。  (3)按照下列步骤调节此报警系统: ①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为__________Ω;滑动变阻器的滑片应置于__________ (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是____________________________________。  ②将开关向__________ (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至________________________ _____________________________________________________________________________________。  (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。 解析:(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时,对整个回路有 U=Ic(R滑+R热) 代入数据可得R滑=1 150.0 Ω,因此滑动变阻器应选择R2。 (3)①在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值,即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a时,闭合开关,则电路中的电流I= A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合,移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警为止。 答案:(1)连线见解析图　(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 三、价值好题精练——培树科学态度和责任　 1.如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理说法不正确的是 (　 ) A.当硬币被投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻,如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,硬币沿斜面滚下 B.当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小 C.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受 D.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度过快,开关B就打开,硬币被接受 解析:选D　选项A、B、C即为自动售货机投币系统工作原理,故A、B、C正确,D错误。 2.著名物理学家弗曼曾设计过一个实验,如图所示在一块绝缘圆板中央的上部固定一个线圈,与圆板不接触,并接有电源,板的四周固定有许多带负电荷的小球,整个装置支撑起来忽略各处的摩擦,当电源接通的瞬间,从上往下看圆盘,下列关于圆盘的说法中正确的是 (　 ) A.圆盘将逆时针转动　　 B.圆盘将顺时针转动 C.圆盘不会转动 D.无法确定圆盘是否会动 解析:选A　线圈接通电源瞬间,变化的磁场产生电场,从而导致带电小球受到电场力,使其转动。接通电源瞬间,向上磁场变大,则产生顺时针方向的电场,带负电荷小球受到的电场力与电场方向相反,则有逆时针方向的电场力,故圆盘将沿逆时针方向运动,A正确。 3.如图所示为共享电单车,是一种新的交通工具,用户可通过扫码开锁,循环共享。电单车的车锁内集成了嵌入式芯片、卫星定位模块和SIM卡等,能实时显示位置、可行驶的里程便于监控电单车。用户仅需用手机上的客户端软件(App)扫描二维码,即可自动开锁,骑行时手机App上能实时了解电单车的位置以及该电单车能行驶的里程;骑行结束关锁后App就显示计时、计价、里程等信息。此外,电单车能够在骑行过程中为车内电池充电,满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息,下列说法正确的是 (　 ) A.电单车和手机之间是利用声波传递信息的 B.电单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的 C.电单车是直接插电实现充电的 D.手机App上显示的里程,是由雷达测出的 解析:选B　电单车和手机之间是利用电磁波传递信息的,A错误;电单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的,B正确;电单车在运动过程通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电,C错误;手机App上显示的里程是由通信卫星GPS定位确定的,D错误。 4.(2025·达州高二检测)如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,可知灯的亮灭情况能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比的变化情况为 (　 ) A.红灯亮,UR2变大　　　 B.绿灯亮,UR2变大 C.绿灯亮,UR2变小 D.红灯亮,UR2变小 解析:选D　当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,则电路中总电阻减小,总电流I增大,R2两端电压UR2=E-I(R1+r)减小,R2中电流IR2=减小,所以R3中电流IR3=I-IR2增大,电磁继电器产生的磁场增强,把衔铁吸下,红灯亮,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $