第五章 传感器 讲义-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

本高中物理讲义以“传感器”为核心知识点，系统梳理从认识传感器（定义、种类）到组成与应用模式，再到常见传感器（光敏电阻、热敏电阻等）工作原理及应用的脉络，构建从基础概念到实际应用的学习支架。 资料通过考向分类（原理、光控开关等）和例题变式，结合实验题（如热敏电阻特性探究），培养学生科学思维与科学探究能力。课中辅助教师引导分析实际案例，课后练习题帮助巩固知识，体现理论联系实际的学科特色。

第五章 传感器 知识点1 认识传感器 1．神奇的传感器 (1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 (2)楼道灯白天不亮，晚上有声音时亮，是因为楼道的灯安装了声控—光控开关。 (3)一些宾馆安装了自动门，当有人走近时，门会自动打开，是因为自动门安装了红外线传感器。 (4)交通警察在检查司机是否酒后开车时，用的是“便携式酒精检测仪”，上面安装了乙醇传感器。 (5)传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能够把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的如电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的装置。 (6)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2．传感器的种类 (1)物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成的传感器，如力传感器、磁传感器、声传感器等。 (2)化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器，如离子传感器、气体传感器等。 (3)生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。 知识点2 传感器的组成与应用模式 (1)传感器的基本组成部分 ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 ②转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 (2)传感器应用的一般模式 知识点3 常见传感器的工作原理及应用 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻越小。 (2)原因：光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 (3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 2．金属热电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 3．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。 4．电阻应变片 (1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。 (2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。 (3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。 (4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某个物理量变化的传感器。 知识点4 考向1 常见传感器的原理 【例1】我国智能家电、智能家居技术处于世界领先水平，多款家用设备利用传感器实现自动控制。关于生活中传感器的应用，下列说法正确的是（　　） A．家用燃气泄漏报警器利用温度传感器检测燃气浓度并发出报警 B．智能调光台灯通过光敏电阻将光照强弱信号转化为电信号实现调光 C．家用全自动洗衣机的水位控制装置使用的是红外线传感器 D．电子体温计能够快速测温，核心部件是力传感器 【答案】B 【详解】A．家用燃气泄漏报警器需用气敏传感器检测燃气浓度，温度传感器检测的是温度，故A错误； B．光敏电阻的阻值随光照强弱而变化，能把光信号转化为电信号，智能调光台灯可利用这一特性调节亮度，故B正确； C．洗衣机水位控制装置可用压力传感器检测由水位变化引起的压强变化，不是红外线传感器，故C错误； D．电子体温计的核心部件是温度传感器，如热敏电阻，不是力传感器，故D错误。 故选B。 【变式】如图所示是探究“热敏电阻的温度特性”实验装置。实验过程需要观测的数据是（     ） A．多组温度T和热敏电阻R B．多组温度T和热敏电阻中的电流I C．多组热敏电阻中的电流I和电阻R D．多组酒精灯加热时间t和热敏电阻R 【答案】A 【详解】本实验的目的是探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律，即 R−T 关系。实验中通过温度计直接测量水的温度 T，通过欧姆表直接测量热敏电阻的阻值 R。为了得出普遍规律，需要改变温度，记录多组对应的温度 T 和电阻 R 的数据，无需测量加热时间和电流。 故选A。 考向2 光控开关 【例2】如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法正确的是（     ） A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄 B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄 C．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄 D．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用 【答案】C 【详解】A．若只要光控开关接收到红光，此时仅光控开关闭合，若没有机动车经过导致压力开关处于断开状态，整个控制电路仍为断路，电磁铁不产生磁性不能吸引衔铁，摄像系统不会自动拍摄，故A错误； B．若机动车驶过埋有压力开关的路口，此时仅压力开关闭合，若未亮红灯导致光控开关处于断开状态，整个控制电路仍为断路状态，电磁铁不能吸引衔铁，摄像系统不会自动拍摄，故B错误； C．只有当光控开关和压力开关都闭合时，即红灯亮起且有机动车违章越线经过时，控制电路被接通，电磁铁产生磁性吸引衔铁，摄像系统的工作电路接通，摄像系统才会自动拍摄，故C正确； D．若将光控开关和压力开关并联接入控制电路，则只要红灯亮起（无论是否有车辆通过）或者有车辆经过（无论红绿灯处于何种状态），控制电路都会被接通，这会导致绿灯正常行驶的车辆被误拍，或者在无车时也持续拍摄，不能起到准确抓拍违章的作用，故D错误。 故选C。 【变式】如图所示的4种传感器，图1为用来监测液面高度变化的“液位监测仪”；图2为测量人体重的称重计，压力传感器是阻值随压力增大而减小的电阻器；图3为电熨斗的构造示意图，双金属片的温度升高时，上层金属的膨胀大于下层金属；图4为光控开关控制电路，是阻值随光照强度减弱而增大的光敏电阻。它们的基本工作原理是把非电学量转换为电学量，从而方便进行测量、传输和控制。下列说法正确的是（　　） A．图1中数字电容表的示数减小时，液面的高度上升 B．图2中流过称重计的电流越大，人的体重越轻 C．图3中熨烫衣物需设较低温度时，应降低升降螺钉的高度 D．图4中若仅换用电动势更小的电源时，则傍晚时照明系统更晚打开 【答案】D 【详解】A．根据电容的决定式 可知，当液面高度上升时，电容器极板间的正对面积 S 增大，电容 C 增大，数字电容表的示数应增大；反之，示数减小时，说明电容 C 减小，正对面积 S 减小，液面高度下降，故A错误； B．根据闭合电路欧姆定律 可知，流过称重计的电流 I 越大，说明电路总电阻越小，即压力传感器电阻 R 越小。由题意知 R 随压力增大而减小，所以此时压力越大，人的体重越重，故B错误； C．双金属片温度升高时，上层金属膨胀大于下层，双金属片向下弯曲，使触点分离。若需设较低温度，即双金属片在较小形变（较低温度）下触点就能分离，应减小触点间的压力，即应升高升降螺钉的高度；若降低升降螺钉的高度，弹性铜片被压得更低，触点接触更紧，需要双金属片发生更大的形变（更高温度）才能分离，故C错误； D．光控开关并联在 R1 两端，其两端电压 照明系统打开需要 U1 达到特定阈值电压。若换用电动势 E 更小的电源，为使 U1 达到同样的阈值，分母中的必须减小，即 R1 必须增大。因 R1 阻值随光照强度减弱而增大，所以此时光照强度需更弱，即傍晚时照明系统更晚打开，故D正确。 故选D。 考向 3 温度报警器 【例3】如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95℃刻度线对齐，温度超过95℃，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的A是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．只把控制电路电源的正、负极对调，不会影响自动报警器工作 C．如果要降低报警温度，需要将图中金属丝往上提 D．使用水银液体温度计的最主要原因是水银的密度很大 【答案】B 【详解】A．电磁铁的南北极由线圈的绕向和电流方向共同决定，电流由正极流向负极，根据电流流向可判断上端为N极，故A错误； B．此控制电路只需使电磁铁通电以带动触点，调换电源的正负极仅改变电磁铁两端的极性，不影响其吸合功能，故B正确； C．若要降低报警温度，应使水银更早接触金属丝，需将金属丝适当下移而非上提，故C错误； D．采用水银液体温度计的主要原因是水银导电，密度并非是选用的主要依据，故D错误。 故选B。 【变式】如图所示为一个简易的高温报警器原理图。为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5V，下列说法正确的是（　　） A．A端为高电势时蜂鸣器报警 B．温度升高时，热敏电阻阻值增大 C．滑片P向a端移动，可提高温度报警器的报警温度 D．若无斯密特触发器，可通过将与调换位置，同样实现高温报警功能 【答案】D 【详解】A．A端为高电势时， Y 端从高电势跳到低电势，小于蜂鸣器工作的电压，不报警，故A错误； B．温度升高，热敏电阻阻值减小，故B错误； C．滑片P向a端移动，连入电路中的电阻变大，根据串联电路特点，要使报警时A端电势不变， 应增大，即温度降低，所以滑片P向a端移动，可降低温度报警器的报警温度，故C错误； D．若无斯密特触发器，将 与 调换位置后，当温度升高时， 阻值减小，A端电势升高，蜂鸣器工作，当温度降低时， 阻值增大，A端电势降低，蜂鸣器不工作，与斯密特触发器的功能一致，故D正确。 故选D。 考向4 位移传感器 【例4】．如图是一种位移传感器的原理图。先将开关S接到a，给电容器充电，稳定后再将开关S拨到b，线圈与电容器C构成的回路中产生振荡电流。则（　　） A．开关S刚拨到b时，振荡回路中电流最大 B．线圈中自感电动势最大时，电容器中电场能最大 C．若振荡电流的频率增加，说明待测物体向左运动 D．若振荡电流的频率增加，说明待测物体在加速运动 【答案】B 【详解】A．开关S刚拨到b时，电容器所带的电荷量最大，振荡回路中电流为零，故A错误； B．当线圈中自感电动势最大时，电流的变化率最大，电流为零，电容器所带的电荷量最大，电容器中电场能最大，故B正确； C．根据振荡回路中的频率 可知若检测到振荡电流的频率增加，则说明自感系数减小，铁芯正向外拔出线圈，说明待测物体向右运动，故C错误； D．根据振荡回路中的频率 振荡电流的频率由L和C决定，和待测物体的运动速度、加速度无关，频率增加只能说明L变化，不能说明物体在加速运动，故D错误。 故选B。 【变式】．一部普通的智能手机就安装有十几种传感器，下列关于传感器的说法中正确的是（　　） A．如图甲，是应变片测力原理图，在梁的自由端施加向下的力F时，上表面拉伸应变片电阻变小 B．如图乙，是电容式话筒的原理示意图，当膜片向左运动时，A点的电势比B点的低 C．如图丙，是一种电感式微小位移传感器，当物体1向左移动时，线圈自感系数变大 D．如图丁，是霍尔元件工作原理示意图，在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 【答案】C 【详解】A．应变片粘贴在弹性元件表面。当梁的自由端受向下的力时，上表面发生拉伸形变，导致应变片的电阻丝长度增加、横截面积减小，由可得电阻应增大，故A错误； B．电容式话筒的振膜与固定电极构成平行板电容器，且已由直流电源充电。当膜片向左运动时，板间距增大，由可知电容减小。因电源始终提供恒定电压，由可知电荷量减小，电容器放电，放电电流从原正极板流出，经电阻到达负极板。 由图可知，在电阻左侧，靠近正极板，电流从流过电阻流向，故A点的电势比B点的高，故B错误； C．该传感器利用线圈自感系数随铁芯位置变化的原理。当物体1向左移动时，铁芯更深入线圈，磁路磁阻减小，线圈的自感系数变大，故C正确； D．地球赤道上方的地磁场方向水平指北。霍尔元件的工作原理要求磁场必须垂直穿过元件工作面，才能产生霍尔电压。水平时磁场平行穿过，无霍尔电压因此，测量时工作面应竖直放置，故D错误。 故选C。 一、单选题 1．如图1是一个简单的门窗磁控防盗报警装置示意图，门的上沿嵌入一小块永磁体，门框内与相对的位置嵌入干簧管，其电路如图2所示。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。关于本装置说法正确的是（　　） A．干簧管的簧片由铜制成 B．对调永磁体的磁极，干簧管不能正常工作 C．磁体靠近干簧管时，干簧管断开 D．上通电时，与连接 【答案】D 【详解】AC．干簧管为磁控开关，当门窗关闭时，磁体靠近干簧管，干簧管两簧片接通。 铜不是磁性材料，则干簧管不可以由铜制成，故AC错误； B．如将门上镶嵌永磁体磁极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故B错误。 D．当门窗紧闭时，干簧管两簧片接通，上通电。 此时蜂鸣器不响，指示灯亮，故与连接，D正确。 故选D。 2．如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。闭合开关，两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的示数为0。当P端电势高于Q端时，电压表的示数为正。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是（　　） A．若M位于R的中点右侧，电压示数为负 B．若电压表示数为负时，则滑块的速度方向向左 C．若电压表示数为负时，则滑块的加速度方向向左 D．电压表的示数大小随滑块加速度的增大而增大，且成正比 【答案】D 【详解】A．设Q点的电势为0，即P点电势若大于零，电压表示数为正；P点电势若小于零，电压表示数为负。此时，R左端电势为，R右端电势为，又因为滑动变阻器接入电路的电阻为定值，滑动变阻器上任一点电流都相等，即电压均匀分布，R中点电势为零。若以R中点为坐标原点，向右为x轴正方向，建立一维坐标系，用x表示滑动片M位置，设R总长度为，结合以上分析可知P点电势满足 若M位于R的中点右侧，，电压示数为正，故A错误； BC．若电压表示数为负时，，M位于R的中点左侧，此时两弹簧弹力的方向均向右，由牛顿第二定律，可知加速度方向也向右，此时速度方向可能向左也可能向右，故BC错误； D．P点电势满足 加速度满足 电压表示数大小为 联立解得 故电压表的示数大小随滑块加速度的增大而增大，且成正比，故D正确。 故选D。 3．扫地机器人为防止工作时从高处跌落，其底部安装了悬崖传感器，传感器向地面发射红外光，通过感知反射光的强弱来判断是否有跌落风险，则用于感知反射光强弱的元件可能是（     ） A．干簧管 B．光敏电阻 C．热敏电阻 D．电阻应变片 【答案】B 【详解】A．干簧管属于磁敏传感器，依靠磁场控制通断，无法感知光的强弱，故A错误； B．光敏电阻的阻值随入射光强度变化而改变，可将光信号转换为电信号，能够感知反射光的强弱，故B正确； C．热敏电阻属于温度传感器，阻值随温度变化，用于感知温度，无法感知光强，故C错误； D．电阻应变片可将机械形变转化为电阻值变化，用于感知压力、形变等，无法感知光强，故D错误。 故选B。 4．下列关于常见传感器及其应用说法正确的有（     ） A．光敏电阻属于光电传感器，光照越强阻值越大 B．热敏电阻一定随温度升高电阻均匀增大 C．声控灯利用了声音传感器，将声信号转为电信号 D．普通电饭锅主要利用压力传感器实现自动跳闸 【答案】C 【详解】A．光敏电阻属于光电传感器，光照越强阻值越小，故A错误； B．热敏电阻分为正温度系数和负温度系数两类，负温度系数热敏电阻温度升高时电阻减小，且电阻变化也不一定是均匀变化，故B错误； C．声控灯利用声音传感器工作，作用是将声信号转换为电信号，实现控制，故C正确； D．普通电饭锅是利用温度传感器（感温磁钢），温度达到居里点后磁性消失实现自动跳闸，不是压力传感器，故D错误。 故选C。 5．某种感温式火灾报警器如图1所示，其简化的工作电路如图2所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R0为滑动变阻器，R1为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测R1的电流触发报警。下列说法正确的是（     ） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小 C．通过定值电阻R1的电流过高时，报警装置就会报警 D．通过定值电阻R1的电流过低时，报警装置就会报警 【答案】C 【详解】A．变压器副线圈两端电压由原线圈电压和匝数比决定，根据，由于和匝数比不变，所以警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，故A错误； B．警戒范围内出现火情时，温度升高，热敏电阻阻值减小，副线圈回路总电阻减小。根据欧姆定律，副线圈电流增大。输出功率增大，理想变压器输入功率等于输出功率，所以原线圈输入功率变大，故B错误； C．当发生火灾时，温度升高，减小，副线圈电流增大，即通过定值电阻的电流增大。题目指出“环境温度升高达到预设值时触发报警”，说明是当电流增大到某一特定值（即电流过高）时报警，故C正确； D．由C选项分析可知，报警时通过的电流是增大的，即电流过高时报警，而不是电流过低，故D错误。 故选C。 6．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是（　　） A．金属导体 B．光敏电阻 C．NTC热敏电阻 D．PTC热敏电阻 【答案】C 【详解】A．对于金属导体，温度升高时，金属内部原子热运动加剧，电阻增大，故A错误； B．对于光敏电阻，其电阻由光照强度决定，与温度无直接关联，故B错误； C．对于NTC热敏电阻，具有负温度系数，温度升高时电阻减小，故C正确； D．对于PTC热敏电阻，具有正温度系数，温度升高时电阻增大，故D错误。 故选C。 7．当前人工智能带动传感器在生产、生活中广泛应用，下列关于传感器的说法正确的是（　　） A．酒店大厅的自动门使用了力传感器 B．干簧管是一种能够感知电场的传感器 C．电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制 D．金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器 【答案】D 【详解】A．人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器，从而能感知人体散发的红外线，导致酒店大厅的自动门被打开，故A错误； B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故B错误； C．电饭锅是通过温度传感器实现温度的自动控制，故C错误； D．金属热电阻传感器是利用金属导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件，可以将热学量转换为电学量的传感器，故D正确。 故选D。 8．如图所示，磁轴键盘中，永磁铁随按键在竖直方向移动，长、宽、高分别为、、的霍尔传感器通有恒定电流，则在其对应侧面上产生霍尔电压。按下按键，当电压超过某一定值时，开始输出信号。松开按键，永磁铁恢复原位，输出信号停止。要增加该磁轴键盘的灵敏度（按键被按下更短的距离即可输出信号），下列调整可行的是（　　） A．仅减小 B．仅减小 C．仅增加 D．仅增加 【答案】A 【详解】霍尔电压稳定时，载流子受力平衡，洛伦兹力等于电场力 解得 结合电流微观表达式 电流沿长度方向，横截面积 可得 将代入霍尔电压表达式得 灵敏度增加意味着按键按下更短距离，霍尔电压就能达到触发定值，即要求相同下，霍尔电压更大，根据 可知与成反比，与成正比，与、无关。仅减小，增大，更小的即可达到触发电压，灵敏度提高；仅减小，减小，需要更大的（更长按下距离）才能触发，灵敏度降低。 故选A。 9．越来越多的汽车配备了自动大灯功能，当外部环境光线较暗时大灯将自动开启。此功能主要使用的传感器为（     ） A．声传感器 B．光传感器 C．湿度传感器 D．温度传感器 【答案】B 【详解】A．声传感器用于检测声音信号，自动大灯的触发条件是环境光线明暗程度，与声音无关，故A错误； B．光传感器可感知外界光照强度，正好匹配自动大灯根据环境光线强弱判断是否开启的功能需求，故B正确； C．湿度传感器用于检测环境湿度，与光线检测、大灯控制没有关联，故C错误； D．温度传感器用于检测温度高低，和自动大灯的光线触发条件无关，故D错误。 故选B。 10．下列有关传感器的说法正确的是（　　） A．手机的指纹解锁功能和电梯超出负载时的报警均利用了压敏传感器 B．厨房安装的燃气报警器利用了光敏传感器 C．汽车点火装置内的“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏传感器 D．非接触式测温仪利用了热敏传感器 【答案】C 【详解】A．手机的指纹解锁功能主要利用电容式、光学式或超声波式传感器；电梯超出负载时的报警利用了压敏传感器，故A错误； B．燃气报警器的核心元件为气体传感器，传感器电阻随燃气浓度而变化，故B错误； C．“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏（酒精）传感器，故C正确； D．非接触式测温仪利用了红外线传感器，故D错误。 故选C。 二、多选题 11．关于传感器的应用，下列说法正确的是（    ） A．利用温度传感器，可以让孵化器在一定温度下孵化禽蛋 B．利用压力传感器，可以让电梯超出负载时发出报警提示 C．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度 D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同 【答案】ABC 【详解】A．孵化器需要恒定的温度环境，温度传感器可以实时监测并控制温度，使孵化器维持在设定的温度，故A正确； B．电梯底部安装的压力传感器可以检测负载大小，当负载超过设定值时，会触发报警装置，故B正确； C．交警使用的酒精检测仪，其核心部件就是乙醇传感器，能够感知空气中乙醇的浓度，从而判断司机是否酒驾，故C正确； D．电熨斗中的双金属片温度传感器，是利用两种热膨胀系数不同的金属片，受热时因膨胀量不同而发生弯曲，从而控制电路通断。若热膨胀系数相同，则无法弯曲，也就不能控温，故D错误。 故选ABC。 12．某种感温式火灾报警器的简化工作电路如图所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为滑动变阻器，为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测的电流触发报警。下列说法正确的是（　　） A．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变大 C．通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警 D．若要调高预设的报警温度，可减小滑动变阻器的阻值 【答案】BC 【详解】AB．变压器中副线圈两端电压取决于原线圈电压与匝数比，即 由于原线圈两端电压与匝数比不变，则警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变。 警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，则副线圈中电流增大，根据可知，原线圈中电流增大。 原线圈输入功率，故变大，A错误，B正确； C．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，由于副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，故通过定值电阻的电流过大，达到预设温度对应的电流值时，报警装置就会报警，故C正确； D．若要调高预设的报警温度，即热敏电阻阻值需要更小才能达到电流的触发值，则可增大滑动变阻器的阻值，故D错误。 故选BC。 13．如图所示，下列说法正确的是（　　） A．图甲为真空中某处磁场随时间变化的图像，该磁场可以在空间产生电磁波 B．图乙为电容式话筒的结构示意图，振动膜片向左运动时，R中的电流方向由a到b C．图丙为LC振荡电路，此时线圈的自感电动势正在增加 D．图丁是双金属温度计，它是根据两种金属片随温度膨胀程度不同而制成的 【答案】BD 【详解】A．均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的电场不能产生磁场，所以不能产生电磁波，故A错误； B．振动膜片向左运动，由电容决定式 可知振动膜片向左运动时，增大，电容器的电容减小，由图可知不变，根据 电荷量减小，电容器放电，电流从a流向b，故B正确； C．根据线圈磁场方向，由安培定则可知，回路中电流方向是从电容器上极板（正极）经线圈流向下极板（负极），说明电容器正在放电，电容器的电压减小；在LC振荡电路中，电容器的电压始终等于线圈的自感电动势，故此时线圈的自感电动势正在减小，故C错误； D．双金属温度计的原理就是：两种不同金属的热膨胀系数不同，即温度升高时膨胀程度不同，温度变化时双金属片会向膨胀程度小的一侧弯曲，带动指针偏转指示温度，故D正确。 故选BD。 14．电阻式触摸传感器屏幕，只要是可施加压力的物体均可触控，适用场景十分广泛。当按压屏幕上的位置时，传感器可输出该位置坐标信号。一维电阻式触摸传感器简化原理如图所示：上层等效为一根均匀电阻条AB，下层等效于理想导体条。当接入恒定电压，即可通过电压信号将按压位置的坐标（即PA的长度）输出。下列说法正确的是（　　） A．若保持按压位置不变，改变按压力度，输出信号明显变化 B．若保持按压位置不变，改变按压力度，输出信号几乎不变 C．恒定电压应连接AB两端 D．恒定电压应连接AD两端 【答案】BC 【详解】AB.若按压位置不变，则PA段的电阻不变，即改变按压力度也只是P点和下层导体的接触电阻发生微小变化，但由于下层导体是理想导体，输出的电压信号本质是PA段的分压，接触电阻的影响可以忽略不计，因此输出信号几乎不会发生明显的变化，A错误，B正确； CD.要让输出电压与PA长度成正比，需要给AB段接入恒定电压，这样AB上的电流处处相等，则PA段的电压为 因此就直接对应PA段的长度，若把恒定电压接入AD段，则无法让整个电阻条AB形成均匀的分压关系，不能通过电压直接反映按压位置，C正确，D错误。 故选BC。 三、实验题 15．温度传感器主要用于温度测量与控制、补偿及安全保护，广泛应用于生产生活中。某项目式学习小组为了方便监测劳动基地生态阳光房的温度，设计了如图甲所示的电路，当气温低于时低温指示灯亮，高于时高温指示灯亮。已知当继电器线圈中的电流大于或等于10 mA时衔铁被吸引下移，当继电器线圈中的电流大于15 mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势，热敏电阻的阻值与温度t关系如图乙所示。 (1)若气温升高，电流表A示数将________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 (2)若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，则定值电阻________。 (3)工作电路中，接线C应与________（选填“A”或“B”）端相连。 (4)实际测试中发现气温上升到时，高温指示灯才开始亮，请你分析其中的原因可能是________。 【答案】(1)增大 (2)300 (3) (4)电源有内阻或继电器线圈有电阻 【详解】（1）由图乙可知，气温升高，热敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，电流表示数增大。 （2）由图乙可知当温度等于时，热敏电阻，电路中电流等于 由闭合电路欧姆定律 代入数据解得 （3）由题意知，当温度高于时，电流大于，此时继电器的衔铁被吸引上移，高温指示灯亮，故接线应与端相连。 （4）当高温指示灯刚亮时，电路电流为，若考虑继电器线圈和电源内阻，此时热敏电阻比小，对应温度比高。 16．某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。 (1)该同学首先利用多用电表欧姆“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值，示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值为______Ω。 (2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路，定值电阻kΩ，则在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于最______（选填“左”或“右”）端；在某次测量中，若毫安表的示数为2.25mA，的示数为1.50mA，两电表可视为理想电表，则热敏电阻的阻值为______kΩ。经过多次测量，该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示。 (3)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势V（内阻不计），定值电阻kΩ，长为cm的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知通过报警器的电流mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液内热敏电阻的温度为30℃，油液外热敏电阻的温度为70℃（假定液面处热敏电阻温度突变），由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离为______cm。 【答案】(1) (2) 左 3.0/3 (3)10 【详解】（1）由多用电表欧姆表的读数规则可知，此时热敏电阻的阻值为 （2）[1][2]滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路安全，在开关闭合前应将滑动变阻器的滑片P置于最左端，由于和并联，故有 代入数据，解得 （3）设警戒液面到油箱底部的距离为x，温度为30℃时热敏电阻的阻值为，则在油液内的热敏电阻的阻值为 同理，可得油液外的热敏电阻的阻值为 其中，由闭合电路欧姆定律有 其中V，mA， 代入解得cm 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 传感器 知识点1 认识传感器 1．神奇的传感器 (1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 (2)楼道灯白天不亮，晚上有声音时亮，是因为楼道的灯安装了声控—光控开关。 (3)一些宾馆安装了自动门，当有人走近时，门会自动打开，是因为自动门安装了红外线传感器。 (4)交通警察在检查司机是否酒后开车时，用的是“便携式酒精检测仪”，上面安装了乙醇传感器。 (5)传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能够把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的如电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的装置。 (6)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2．传感器的种类 (1)物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成的传感器，如力传感器、磁传感器、声传感器等。 (2)化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器，如离子传感器、气体传感器等。 (3)生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。 知识点2 传感器的组成与应用模式 (1)传感器的基本组成部分 ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 ②转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 (2)传感器应用的一般模式 知识点3 常见传感器的工作原理及应用 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻越小。 (2)原因：光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 (3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 2．金属热电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 3．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。 4．电阻应变片 (1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。 (2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。 (3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。 (4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某个物理量变化的传感器。 知识点4 考向1 常见传感器的原理 【例1】我国智能家电、智能家居技术处于世界领先水平，多款家用设备利用传感器实现自动控制。关于生活中传感器的应用，下列说法正确的是（　　） A．家用燃气泄漏报警器利用温度传感器检测燃气浓度并发出报警 B．智能调光台灯通过光敏电阻将光照强弱信号转化为电信号实现调光 C．家用全自动洗衣机的水位控制装置使用的是红外线传感器 D．电子体温计能够快速测温，核心部件是力传感器 【变式】如图所示是探究“热敏电阻的温度特性”实验装置。实验过程需要观测的数据是（     ） A．多组温度T和热敏电阻R B．多组温度T和热敏电阻中的电流I C．多组热敏电阻中的电流I和电阻R D．多组酒精灯加热时间t和热敏电阻R 考向2 光控开关 【例2】如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法正确的是（     ） A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄 B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄 C．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄 D．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用 【变式】如图所示的4种传感器，图1为用来监测液面高度变化的“液位监测仪”；图2为测量人体重的称重计，压力传感器是阻值随压力增大而减小的电阻器；图3为电熨斗的构造示意图，双金属片的温度升高时，上层金属的膨胀大于下层金属；图4为光控开关控制电路，是阻值随光照强度减弱而增大的光敏电阻。它们的基本工作原理是把非电学量转换为电学量，从而方便进行测量、传输和控制。下列说法正确的是（　　） A．图1中数字电容表的示数减小时，液面的高度上升 B．图2中流过称重计的电流越大，人的体重越轻 C．图3中熨烫衣物需设较低温度时，应降低升降螺钉的高度 D．图4中若仅换用电动势更小的电源时，则傍晚时照明系统更晚打开 考向 3 温度报警器 【例3】如图是“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95℃刻度线对齐，温度超过95℃，铃响表示报警。下列说法正确的是（　　） A．图中的A是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极 B．只把控制电路电源的正、负极对调，不会影响自动报警器工作 C．如果要降低报警温度，需要将图中金属丝往上提 D．使用水银液体温度计的最主要原因是水银的密度很大 【变式】如图所示为一个简易的高温报警器原理图。为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5V，下列说法正确的是（　　） A．A端为高电势时蜂鸣器报警 B．温度升高时，热敏电阻阻值增大 C．滑片P向a端移动，可提高温度报警器的报警温度 D．若无斯密特触发器，可通过将与调换位置，同样实现高温报警功能 考向4 位移传感器 【例4】．如图是一种位移传感器的原理图。先将开关S接到a，给电容器充电，稳定后再将开关S拨到b，线圈与电容器C构成的回路中产生振荡电流。则（　　） A．开关S刚拨到b时，振荡回路中电流最大 B．线圈中自感电动势最大时，电容器中电场能最大 C．若振荡电流的频率增加，说明待测物体向左运动 D．若振荡电流的频率增加，说明待测物体在加速运动 【变式】．一部普通的智能手机就安装有十几种传感器，下列关于传感器的说法中正确的是（　　） A．如图甲，是应变片测力原理图，在梁的自由端施加向下的力F时，上表面拉伸应变片电阻变小 B．如图乙，是电容式话筒的原理示意图，当膜片向左运动时，A点的电势比B点的低 C．如图丙，是一种电感式微小位移传感器，当物体1向左移动时，线圈自感系数变大 D．如图丁，是霍尔元件工作原理示意图，在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 一、单选题 1．如图1是一个简单的门窗磁控防盗报警装置示意图，门的上沿嵌入一小块永磁体，门框内与相对的位置嵌入干簧管，其电路如图2所示。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。关于本装置说法正确的是（　　） A．干簧管的簧片由铜制成 B．对调永磁体的磁极，干簧管不能正常工作 C．磁体靠近干簧管时，干簧管断开 D．上通电时，与连接 2．如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。闭合开关，两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的示数为0。当P端电势高于Q端时，电压表的示数为正。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是（　　） A．若M位于R的中点右侧，电压示数为负 B．若电压表示数为负时，则滑块的速度方向向左 C．若电压表示数为负时，则滑块的加速度方向向左 D．电压表的示数大小随滑块加速度的增大而增大，且成正比 3．扫地机器人为防止工作时从高处跌落，其底部安装了悬崖传感器，传感器向地面发射红外光，通过感知反射光的强弱来判断是否有跌落风险，则用于感知反射光强弱的元件可能是（     ） A．干簧管 B．光敏电阻 C．热敏电阻 D．电阻应变片 4．下列关于常见传感器及其应用说法正确的有（     ） A．光敏电阻属于光电传感器，光照越强阻值越大 B．热敏电阻一定随温度升高电阻均匀增大 C．声控灯利用了声音传感器，将声信号转为电信号 D．普通电饭锅主要利用压力传感器实现自动跳闸 5．某种感温式火灾报警器如图1所示，其简化的工作电路如图2所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R0为滑动变阻器，R1为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测R1的电流触发报警。下列说法正确的是（     ） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小 C．通过定值电阻R1的电流过高时，报警装置就会报警 D．通过定值电阻R1的电流过低时，报警装置就会报警 6．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是（　　） A．金属导体 B．光敏电阻 C．NTC热敏电阻 D．PTC热敏电阻 7．当前人工智能带动传感器在生产、生活中广泛应用，下列关于传感器的说法正确的是（　　） A．酒店大厅的自动门使用了力传感器 B．干簧管是一种能够感知电场的传感器 C．电饭锅是通过压力传感器实现温度的自动控制 D．金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器 8．如图所示，磁轴键盘中，永磁铁随按键在竖直方向移动，长、宽、高分别为、、的霍尔传感器通有恒定电流，则在其对应侧面上产生霍尔电压。按下按键，当电压超过某一定值时，开始输出信号。松开按键，永磁铁恢复原位，输出信号停止。要增加该磁轴键盘的灵敏度（按键被按下更短的距离即可输出信号），下列调整可行的是（　　） A．仅减小 B．仅减小 C．仅增加 D．仅增加 9．越来越多的汽车配备了自动大灯功能，当外部环境光线较暗时大灯将自动开启。此功能主要使用的传感器为（     ） A．声传感器 B．光传感器 C．湿度传感器 D．温度传感器 10．下列有关传感器的说法正确的是（　　） A．手机的指纹解锁功能和电梯超出负载时的报警均利用了压敏传感器 B．厨房安装的燃气报警器利用了光敏传感器 C．汽车点火装置内的“酒精气敏点火自锁装置”利用了气敏传感器 D．非接触式测温仪利用了热敏传感器 二、多选题 11．关于传感器的应用，下列说法正确的是（    ） A．利用温度传感器，可以让孵化器在一定温度下孵化禽蛋 B．利用压力传感器，可以让电梯超出负载时发出报警提示 C．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度 D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同 12．某种感温式火灾报警器的简化工作电路如图所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为滑动变阻器，为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测的电流触发报警。下列说法正确的是（　　） A．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变大 C．通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警 D．若要调高预设的报警温度，可减小滑动变阻器的阻值 13．如图所示，下列说法正确的是（　　） A．图甲为真空中某处磁场随时间变化的图像，该磁场可以在空间产生电磁波 B．图乙为电容式话筒的结构示意图，振动膜片向左运动时，R中的电流方向由a到b C．图丙为LC振荡电路，此时线圈的自感电动势正在增加 D．图丁是双金属温度计，它是根据两种金属片随温度膨胀程度不同而制成的 14．电阻式触摸传感器屏幕，只要是可施加压力的物体均可触控，适用场景十分广泛。当按压屏幕上的位置时，传感器可输出该位置坐标信号。一维电阻式触摸传感器简化原理如图所示：上层等效为一根均匀电阻条AB，下层等效于理想导体条。当接入恒定电压，即可通过电压信号将按压位置的坐标（即PA的长度）输出。下列说法正确的是（　　） A．若保持按压位置不变，改变按压力度，输出信号明显变化 B．若保持按压位置不变，改变按压力度，输出信号几乎不变 C．恒定电压应连接AB两端 D．恒定电压应连接AD两端 三、实验题 15．温度传感器主要用于温度测量与控制、补偿及安全保护，广泛应用于生产生活中。某项目式学习小组为了方便监测劳动基地生态阳光房的温度，设计了如图甲所示的电路，当气温低于时低温指示灯亮，高于时高温指示灯亮。已知当继电器线圈中的电流大于或等于10 mA时衔铁被吸引下移，当继电器线圈中的电流大于15 mA时衔铁被吸引上移，控制电路中电源的电动势，热敏电阻的阻值与温度t关系如图乙所示。 (1)若气温升高，电流表A示数将________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 (2)若两个继电器线圈的电阻及控制电路电源内阻忽略不计，则定值电阻________。 (3)工作电路中，接线C应与________（选填“A”或“B”）端相连。 (4)实际测试中发现气温上升到时，高温指示灯才开始亮，请你分析其中的原因可能是________。 16．某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。 (1)该同学首先利用多用电表欧姆“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值，示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值为______Ω。 (2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路，定值电阻kΩ，则在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于最______（选填“左”或“右”）端；在某次测量中，若毫安表的示数为2.25mA，的示数为1.50mA，两电表可视为理想电表，则热敏电阻的阻值为______kΩ。经过多次测量，该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示。 (3)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势V（内阻不计），定值电阻kΩ，长为cm的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知通过报警器的电流mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液内热敏电阻的温度为30℃，油液外热敏电阻的温度为70℃（假定液面处热敏电阻温度突变），由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离为______cm。 学科网（北京）股份有限公司 $