2016-2017学年高中物理第5章传感器及其应用第1节揭开传感器的“面纱”教师用书鲁科版选修

第1节揭开传感器的“面纱”学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是传感器.2.知道传感器的作用和意义(重点)3.知道传感器的种类(重点)4.理解传感器的工作原理(难点)传 感 器1什么是传感器(1)定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置(2)功能：传感器通常用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量2种类繁多的传感器(1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器(2)传感器的一般结构1传感器就是传递某种信息的电学元件(×)2所有传感器的工作原理都一样(×)3传感器内部一定有某种转换元件()在家庭生活中，人们不必直接接触就可以控制一些机器，试举一些生活中的例子，看哪些生活用品是通过传感器来完成的【提示】电视机及空调机的遥控器、电冰箱、自动干手机、自动水龙头、楼道内的声控灯等有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息如图所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图试结合图中信息，分析讨论：图5­1­1探讨1：在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器？【提示】需要五种传感器：光传感器、湿度传感器、温度传感器、气敏传感器、温敏传感器探讨2：这些传感器的作用是什么？【提示】光传感器测光照强度，湿度传感器测空气湿度，温度传感器测空气温度，气敏传感器测二氧化碳浓度，温敏传感器测土壤温度1传感器的构成传感器主要由敏感元件、转换元件及转换电路组成，各部分作用如下：(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件(3)转换电路的作用是将电信号转换成易于传输或测量的电学量输出2传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作3传感器的分类及特点按工作原理分类原理举例特点物理传感器利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息电容传感器、电感传感器，光电、压电传感器等品种多、应用广、发展快化学传感器利用化学反应识别和检测信息气敏传感器、湿敏传感器广泛应用于环保、火灾报警、医疗卫生生物传感器利用生物化学反应识别和检测信息组织传感器、细胞传感器、酶传感器含有生命物质，专一性好，易操作、快速、准确1(2016·烟台检测)关于传感器的下列说法正确的是()A所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B金属材料也可以制成传感器C传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D以上说法都不正确【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错【答案】B2(2016·福州高二检测)关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是()A物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域B化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量C生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求【解析】不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错，D对【答案】D3.全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置如图5­1­2所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端小阳同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的_两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(填“增大”或“减小”)图5­1­2【解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当RR时，URIR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大【答案】b、c增大对传感器的进一步理解1不同的传感器的原理不同，但都是通过敏感元件把非电学量的变化转变为电学量的变化2传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等，不一定是电压3敏感元件只是传感器的一个关键部分并不一定就是一个完整的传感器学业分层测评(十三)(建议用时：45分钟)学业达标1关于传感器，下列说法错误的是()A传感器是将非电学量转化为电学量的装置B压力传感器是将力学量转化为电学量的装置C话筒中的传感器将电信号转化成声音信号D传感器广泛应用于信息采集系统【解析】传感器是这样一类元件：它能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信息的器件或装置，即将非电学量转化为电学量的元件，故A对压力传感器就是将力学量转化为电学量的装置，B对话筒中的传感器是声传感器，它将声音信号转化成电信号，不是将电信号转化成声音信号，C错传感器应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，故D对【答案】C2关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是()A非电学量敏感元件转换电路电学量转换元件B电学量敏感元件转换电路转换元件非电学量C非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量D非电学量转换电路转换元件敏感元件电学量【解析】传感器工作的一般流程为：非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量，因此A、B、D错，C对【答案】C3(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是()A通常的传感器可以直接用来进行自动控制B传感器可以用来采集信息C传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量D传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量【解析】传感器的作用主要是用来采集信息并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量故B、C正确【答案】BC4(2013·厦门高二检测)传感器的种类多种多样，其性能也各不相同空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是()A生物传感器B红外传感器C温度传感器D压力传感器【解析】空调机是根据温度调节工作状态的，所以其内部使用了温度传感器，故选项C正确【答案】C5下列仪器或装置不是利用传感器的是()A汽车防盗报警器B宾馆房间内的火灾报警器C工兵用的地雷探测仪D用钥匙打开房门【解析】A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用的传感器【答案】D6(多选)许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中接入了哪些传感器()A温度传感器 B光传感器C声音传感器 D热传感器【解析】楼道照明灯根据接收到的光信号和声音信号控制是否开启，所以其控制电路中接入了光传感器和声音传感器【答案】BC7如图5­1­3所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈P为可经O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求其工作方式是) 【导学号：78870092】图5­1­3AA与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联BA与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联CC与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联DC与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联【解析】由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用所以选项A正确【答案】A8关于“制作简易电话机”的实验，下列说法中正确的是()A火柴盒没底也可以制成“话筒”B话筒感知的声音信号转化成了电压信号C“话筒”中的敏感元件是铅笔芯D声音使铅笔芯自身电阻发生变化【解析】若火柴盒没底，声音信号不能引起铅笔芯的振动，故选项A错误“话筒”感知声音信号转化成电流信号，故选项B错误声音使横放的铅笔芯与下面两根铅笔芯接触的紧密程度发生变化，引起接触处电阻变化，并未导致铅笔芯自身电阻变化，故选项C正确，选项D错误【答案】C能力提升9随着生活质量的提高，自动干手机已进入了家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干手靠近干手机能使传感器工作，是因为()A改变了湿度B改变了温度C改变了磁场D改变了电容【解析】根据自动干手机工作的特征，即手靠近，电热器开始工作，手撤离，电热器停止工作，不难判断出传感器的种类人是导体，可以和其他导体构成电容器，因此物理学上有人体电容之说手靠近干手机相当于连接进一个电容器，故可以确认干手机内设置有电容式传感器，手靠近改变了电容能否利用湿度和温度来驱使电热器工作，理论上可行，但作为干手机，这种传感器的设置是有很大缺陷的干手机周围的环境(如湿度和温度)一年四季都在变化，与手是否靠近无关，假如湿度、温度发生变化干手机就马上工作，岂不成了“室内烘干机”，故选项D正确【答案】D10.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计加速度计的构造原理示意图如图5­1­4所示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连滑块原来静止，弹簧处于自然长度滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度()图5­1­4A方向向左，大小为ks/mB方向向右，大小为ks/mC方向向左，大小为2ks/mD方向向右，大小为2ks/m【解析】当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右由牛顿第二定律可知选项D正确【答案】D11(多选)(2016·宁德高二检测)传感器是一种采集信息的重要器件，如图5­1­5所示是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的是() 【导学号：78870093】图5­1­5A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流表有示数，则压力F发生变化D若电流表有示数，则压