現(xiàn)代文閱讀Ⅰ把握共性之“新”打通應(yīng)考之“脈”第五章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

1．知道什么是傳感器，知道傳感器的組成和分類．2．知道溫度傳感器、光電傳感器的工作原理及應(yīng)用．必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備知識點一傳感器及其分類1．定義：能感受被測量的信息，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成____信號的器件或裝置．可用2．傳感器的組成：傳感器一般由________、轉(zhuǎn)換元件和________三部分組成．(1)敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的．(2)轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的、與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件．(3)轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量，如電壓、電流等．敏感元件轉(zhuǎn)換電路3．傳感器的分類傳感器種類繁多，涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，根據(jù)檢測量不同，傳感器可分為____傳感器、____傳感器和____傳感器等．(1)物理傳感器：主要利用被測物理量(如____、____、位移、亮度等)變化時，敏感元件的電學(xué)量(如____、____、____等)發(fā)生明顯變化的特性制成，如壓電傳感器、____傳感器、______傳感器、____傳感器等．物理化學(xué)生物壓力溫度電阻電壓電容光電加速度溫度(2)化學(xué)傳感器：主要是基于________的原理，將化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)信息轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器，如______氣體傳感器、____傳感器、____傳感器等．(3)生物傳感器：是一種基于__、____和____等分子識別功能，并將其轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的傳感器，如__傳感器、____傳感器、____傳感器等．化學(xué)反應(yīng)半導(dǎo)體濕敏離子酶抗體激素酶細(xì)胞免疫知識點二傳感器的原理1．溫度傳感器的原理(1)溫度傳感器：將____變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置，它利用傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化而變化的特性來實現(xiàn)對溫度的測量．(2)熱敏電阻：利用半導(dǎo)體材料的____隨溫度的變化而變化的特性來實現(xiàn)對溫度的測量，其電阻大小與溫度高低有關(guān)，溫度變化，電阻有明顯變化．溫度阻值2．光電傳感器的原理(1)光電傳感器：按照一定規(guī)律將______轉(zhuǎn)化為______的傳感器．(2)光敏電阻：光電傳感器的敏感元件，其阻值隨光照的____而減?。庑盘栯娦盘栐鰪?qiáng)1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)傳感器是一種聯(lián)絡(luò)傳遞感情的設(shè)備． (

)(2)傳感器是一種感知、探測物理量的工具． (

)(3)傳感器是將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的器件或裝置． (

)(4)光敏電阻受到的光照越強(qiáng)，電阻越小． (

)(5)熱敏電阻一定是隨溫度的升高，其阻值增大． (

)×

×

√√×

2．關(guān)于傳感器，下列說法不正確的是(

)A．傳感器通常是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置B．壓力傳感器是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置C．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的D．傳感器廣泛應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)√C

[傳感器通常是通過將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來傳遞信息的，A正確；壓力傳感器是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置，B正確；用來制作傳感器的材料有半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機(jī)材料等，傳感器廣泛應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)，故C錯誤，D正確．]3．(多選)下列器件可作為傳感器的有(

)A．發(fā)光二極管

B．熱敏電阻C．霍爾元件

D．干電池√√BC

[傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量的元件．發(fā)光二極管是將電能轉(zhuǎn)化為光能的元件，不是傳感器，選項A錯誤；熱敏電阻的溫度變化時，其電阻會發(fā)生變化，能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，可作為傳感器，選項B正確；霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量，可作為傳感器，選項C正確；干電池是一種電源，不是傳感器，選項D錯誤．]關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成提示：光傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器等．有自動控制功能的蔬菜大棚要靠傳感器感知作物生長所需的各種信息．如圖所示為蔬菜大棚內(nèi)信息采集與自動控制流程的示意圖．試結(jié)合圖中信息思考，在蔬菜種植大棚中要用到哪些傳感器？考點1傳感器的原理和分類【典例1】關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是(

)A．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件B．電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→非電學(xué)量C．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量D．非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量√

[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于傳感器的作用，下列說法正確的是(

)A．通常的傳感器可以直接用來進(jìn)行自動控制B．傳感器可以用來采集信息C．傳感器可以將感受到的一些信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D．傳感器可以將所有感受到的信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量√√BC

[傳感器的作用主要是用來采集信息并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成便于測量的量；但并不是將其感受到的所有信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，故B、C正確．]考點2溫度傳感器和光電傳感器1．溫度傳感器——熱敏電阻和金屬熱電阻(1)熱敏電阻指用半導(dǎo)體材料制成、阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻．如圖所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線．熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高，電阻增大；負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高，電阻減小．(2)金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為金屬熱電阻．熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好．2．光電傳感器——光敏電阻光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)．光敏電阻把光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻大?。镜淅?】如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為電阻絲，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，下列選項中不正確的是(

)A．電壓表的示數(shù)增大

B．R2中電流減小C．電阻絲的功率增大

D．電路的路端電壓增大√D

[當(dāng)光照強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，干路電流增大，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大；由路端電壓減小及R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減??；結(jié)合干路電流增大知流過電阻絲的電流必增大，則電阻絲的功率增大，故選項D錯誤．]規(guī)律方法

含傳感器電路的分析方法(1)判斷電路的整體連接特點．(2)由敏感元件電阻的變化判斷出整個電路總電阻的變化．(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化．(4)根據(jù)電路串并聯(lián)特點和歐姆定律判斷出各部分電路電壓和電流的變化，進(jìn)而得出電壓表、電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化．[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．用如圖所示的裝置檢測環(huán)境的光線強(qiáng)度，R1、R2、R3是固定電阻，R4是光敏電阻(光照強(qiáng)度變強(qiáng)時光敏電阻阻值變小)．在A、B兩點連接一個檢流計，檢流計的電流由A點流入時指針向左偏，由B點流入時指針向右偏，開關(guān)S閉合后，當(dāng)光照合適時，檢流計的指針指向中間的零刻度(電源內(nèi)阻不計)，以下說法正確的是(

)A．若檢流計指針向左偏，說明室內(nèi)光照強(qiáng)度過高B．若檢流計指針向左偏，說明室內(nèi)光照強(qiáng)度過低C．若檢流計指針向左偏，可把電阻R1調(diào)大，檢流計指針再次指中間D．若檢流計指針向左偏，可把電阻R2調(diào)小，檢流計指針再次指中間√

考點3霍爾元件1．霍爾元件：如圖所示，在一個很小的矩形半導(dǎo)體(如砷化銦)薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就構(gòu)成了一個霍爾元件．

【典例3】

(多選)如圖所示為某霍爾元件的工作原理示意圖，該元件中電流I由正電荷的定向運(yùn)動形成．下列說法正確的是(

)

A．M點電勢比N點電勢高B．用霍爾元件可以測量地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度C．用霍爾元件能夠把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D．若保持電流I恒定，則霍爾電壓UH與B成正比√√√

規(guī)律方法

霍爾電勢判斷要點在判斷霍爾電勢的高低時，一定要注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷．無論載流子是正電荷還是負(fù)電荷，四指指的都是電流方向，即正電荷定向移動的方向、負(fù)電荷定向移動的反方向．[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域．如圖甲所示是霍爾元件的工作原理示意圖，實驗表明，銅以及大多數(shù)金屬的載流子是帶負(fù)電荷的電子，但鋅中的載流子帶的卻是正電．自行車的速度計的工作原理主要依靠的就是安裝在自行車前輪上的一塊磁鐵，輪子每轉(zhuǎn)一周，這塊磁鐵就靠近霍爾傳感器一次，這樣便可測出某段時間內(nèi)的脈沖數(shù)．若自行車前輪的半徑為R、磁鐵到軸的距離為r，下列說法正確的是(

)A．若霍爾元件材料使用的是鋅，通入如圖甲所示的電流后，C端電勢高于D端電勢B．當(dāng)磁鐵從如圖乙所示的位置逐漸靠近霍爾傳感器的過程中，C、D間的電勢差越來越大C．若自行車騎行過程中單位時間測得的脈沖數(shù)為N，此時的騎行速度為2πNrD．由于前輪漏氣，導(dǎo)致前輪半徑比錄入到速度計中的參數(shù)偏小，則速度計測得的騎行速度偏大√√√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測1．如圖所示，電吉他的弦是磁性物質(zhì)，當(dāng)弦振動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流輸送到放大器、喇叭，把聲音播放出來，下列說法正確的是(

)A．電吉他是光電傳感器B．電吉他是溫度傳感器C．電吉他是聲音傳感器D．弦改用尼龍材料原理不變√C

[物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，比如光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等，能將被測信號量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號，當(dāng)弦振動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，屬于聲音傳感器，故C正確，A、B、D錯誤．故選C．]2．(多選)如圖所示是一種電感式微小位移傳感器的原理圖．1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移．關(guān)于這種傳感器的工作原理，下列說法正確的是(

)A．這種傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是自感系數(shù)B．通過這種傳感器線圈的電流是交流電C．軟鐵芯是敏感元件，線圈是轉(zhuǎn)換元件D．當(dāng)物體1向右移動時，線圈的自感系數(shù)增大√√BC

[這種傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是電流，選項A錯誤；當(dāng)軟鐵芯插入或拔出線圈時，在線圈中產(chǎn)生方向相反的電流，則通過這種傳感器線圈的電流是交流電，選項B正確；因軟鐵芯的移動導(dǎo)致線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，則軟鐵芯是敏感元件，線圈是轉(zhuǎn)換元件，選項C正確；當(dāng)物體1向右移動時，軟鐵芯插入線圈的深度減小，則線圈的自感系數(shù)減小，選項D錯誤．故選BC．]3．如圖所示是某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置．則(

)

A．當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高B．當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低C．當(dāng)僅增大R2的阻值時，可減小A、B之間的電壓D．當(dāng)僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓√B

[R1是光敏電阻，有光照射時，電阻變小，當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A項錯誤，B項正確；由閉合電路歐姆定律得A、B之間的電壓U＝E－I(R1＋r)，當(dāng)僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故C項錯誤；當(dāng)減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D項錯誤．]提示：能感受到被測量的信息并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成可用信號的器件或裝置．回歸本節(jié)內(nèi)容，自我完成以下問題：1．什么叫傳感器？2．傳感器由哪幾部分組成？提示：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成．提示：根據(jù)檢測量的不同，傳感器可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等．3．傳感器的分類？4．傳感器的原理？提示：將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量．題號135246879課時分層作業(yè)(十五)傳感器及其工作原理

題組一傳感器的原理和分類1．關(guān)于傳感器，下列說法正確的是(

)A．傳感器能將非電學(xué)量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量B．金屬熱電阻是一種可以將電學(xué)量轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量的傳感器C．話筒中的傳感器將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號D．半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大√A

[傳感器能將非電學(xué)量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，選項A正確；金屬熱電阻是一種可以將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的傳感器，選項B錯誤；話筒中的傳感器將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，選項C錯誤；一般半導(dǎo)體熱敏電阻在溫度升高時，電阻會變小，選項D錯誤．]題號1352468792．如圖所示，將磁傳感器探頭放在磁場中，可以很方便地測量磁場的強(qiáng)弱和方向．探頭可能是(

)

A．霍爾元件 B．熱敏電阻C．感應(yīng)線圈 D．電容器√題號135246879A

[將探頭放在磁場中，可以很方便的測量磁場的強(qiáng)弱和方向，將磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，所以探頭是霍爾元件，故選A．]√

題組二溫度傳感器和光電傳感器3．(多選)如圖所示是測試熱敏電阻R的實驗電路圖，滑動變阻器已調(diào)節(jié)到某一適當(dāng)?shù)闹担畬嶒炛杏^察到當(dāng)溫度升高時燈更亮，對實驗現(xiàn)象分析正確的有(

)A．溫度升高，電路中的電流減小B．溫度升高，電路中的電流增大C．溫度升高，熱敏電阻的阻值增大D．溫度升高，熱敏電阻的阻值減小題號135246879√BD

[當(dāng)溫度升高時，電路中的熱敏電阻的阻值減小，由閉合電路歐姆定律可知：電路中的電流增大，導(dǎo)致燈泡變亮，故選B、D．]題號135246879√4．(多選)諾貝爾物理學(xué)獎授予了法國和德國的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”．基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用，在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說法中，正確的是(

)A．熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測控裝置中B．光敏電阻是一種光電傳感器C．電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D．電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用題號135246879√√ABC

[熱敏電阻對溫度很敏感，光敏電阻對光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，這很常見，所以A、B、C三個說法均正確；交流電、直流電均可通過電阻，電阻對它們均可產(chǎn)生阻礙作用，所以D錯誤．]題號135246879√5．(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(

)A．電壓表的示數(shù)減小B．R2中電流強(qiáng)度增大C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓降低題號135246879√CD

[可按以下流程進(jìn)行解題：題號135246879故C、D正確．]√

題組三霍爾元件6．霍爾元件是磁傳感器，是實際生活中的重要元件之一．如圖所示為長度一定的霍爾元件，在該元件中通有方向從E到F的恒定電流I，現(xiàn)在空間加一豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，其中元件中的載流子為帶負(fù)電的電荷，則下列說法正確的是(

)A．該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量B．左表面的電勢高于右表面C．如果用該元件測赤道處的磁場，應(yīng)保持平面呈水平狀態(tài)D．如