【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義。2．了解傳感器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。3．深入認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代生活和科技發(fā)展的促進(jìn)作用。
1．傳感器的應(yīng)用實(shí)例(1)樓道的燈安裝了“____________”開(kāi)關(guān)。這個(gè)開(kāi)關(guān)會(huì)感知環(huán)境的明暗和聲音的強(qiáng)弱。(2)自動(dòng)門(mén)裝有一種裝置，這種裝置就是______________。(3)酒精檢測(cè)儀上裝有“____________”，它能感知乙醇的濃度。
2．傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等________，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的__________輸出的一類(lèi)器件或裝置。3．非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把__________轉(zhuǎn)換成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的______，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和______。
1．物理傳感器根據(jù)物質(zhì)的__________或__________制作而成，如力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等。2．化學(xué)傳感器利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______，如離子傳感器、氣體傳感器等。3．生物傳感器利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)，如酶?jìng)鞲衅?、________傳感器、______傳感器等。
1．傳感器的基本部分：由__________、__________組成。2．傳感器原理：傳感器感受的通常是__________，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是________，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過(guò)______后，再送給______系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。
傳感器的組成與應(yīng)用模式
『判一判』(1)干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器。(　　)(2)傳感器的功能與人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等功能相似。(　　)(3)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它常常是將電學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)量。(　　)(4)敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)電學(xué)量的部分。(　　)(5)話筒是一種能夠?qū)⒙曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。(　　)
『選一選』機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓并及時(shí)轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說(shuō)法中正確的是 (　　)A．力傳感器B．光傳感器C．溫度傳感器D．聲音傳感器解析：遇到障礙物會(huì)繞開(kāi)，說(shuō)明它是光傳感器，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。
『想一想』晚上上樓時(shí)，隨著發(fā)出的腳步聲響，樓梯燈亮了；登上一層樓，燈光照亮一層樓，而身后的燈則依次熄滅，這種樓梯燈好像能“聽(tīng)到”我們的到來(lái)，能“看見(jiàn)”我們的離去，其中的原因是什么呢？解析：電路中安裝了光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)，光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)中安裝有光敏感元件，用于感知外界光線的強(qiáng)弱。還安裝有聲敏感元件，用于感知外界聲響。當(dāng)白天外界光線較強(qiáng)時(shí)，光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)總處于斷開(kāi)狀態(tài)，燈不亮；當(dāng)夜晚光線較弱且有聲響時(shí)，光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，燈亮，延時(shí)一段時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燈熄滅。
如圖，機(jī)器人在踢足球，機(jī)器人就是通過(guò)傳感器“看到”事物的。想一想，傳感器的作用是什么？
提示：傳感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子一樣，接收外界的光、聲音、溫度等信息并把它們轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量、傳輸、處理和控制的電學(xué)量(電壓、電流)。
1．傳感器的作用：能像人的感覺(jué)器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求，把這些信息轉(zhuǎn)換成可用的輸出信息的器件和裝置，叫作傳感器。傳感器是各種測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)的“感覺(jué)器官”。
2．傳感器的分類(lèi)(1)按工作原理分：電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式等傳感器。(2)按感受物理量分：力、速度、位移、溫度、流量、煙霧等傳感器。(3)按輸出信號(hào)分：開(kāi)關(guān)型、模擬型、數(shù)字型傳感器。(4)根據(jù)檢測(cè)量的不同，可將傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。
下列情況中，應(yīng)用了溫度傳感器的是(　　)A．商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門(mén)B．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈C．夜間有聲音時(shí)就亮的樓梯燈D．自動(dòng)恒溫冰箱思路引導(dǎo)：解答此類(lèi)題目的關(guān)鍵是明確傳感器的定義及傳感器的工作原理，傳感器是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，再經(jīng)過(guò)放大，最后送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制作用的器件或裝置。
解析：商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門(mén)是應(yīng)用了紅外線傳感器， A錯(cuò)誤；夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈是利用了光傳感器，B錯(cuò)誤；夜間有聲音時(shí)就亮的樓梯燈是利用了“光、聲”傳感器，C錯(cuò)誤；自動(dòng)恒溫冰箱是利用了溫度傳感器，D正確。
1.光電式感煙探測(cè)器(簡(jiǎn)稱煙感器)由光源、光電元件和電子開(kāi)關(guān)組成。利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測(cè)，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警器利用的傳感器是(　　)A．力傳感器B．聲傳感器C．位移傳感器D．光傳感器解析：該報(bào)警器利用的是光傳感器。
干簧管結(jié)構(gòu)：如圖甲所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。將干簧管接入圖乙電路，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)：會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？干簧管的作用是什么？
傳感器的組成及工作過(guò)程
提示：燈泡會(huì)亮，因?yàn)楫?dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通；干簧管起到開(kāi)關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器。
1．傳感器的組成(1)敏感元件相當(dāng)于人的感覺(jué)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(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件。(3)轉(zhuǎn)換電路是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等。
(多選)如圖所示是一種油箱內(nèi)油面高度檢測(cè)裝置的示意圖。圖中油量表由電流表改裝而成，金屬杠桿的一端接浮標(biāo)，另一端觸點(diǎn)O接滑動(dòng)變阻器R。當(dāng)油箱內(nèi)油面下降時(shí)，下列分析正確的有(　　)A．觸點(diǎn)O向下滑動(dòng)B．觸點(diǎn)O向上滑動(dòng)C．電路中的電流增大了D．電路中的電流減小了
思路引導(dǎo)：分析傳感器時(shí)要明確的問(wèn)題(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的；(3)是如何顯示或控制開(kāi)關(guān)的。解析：當(dāng)油箱內(nèi)油面下降時(shí)，浮標(biāo)下降，由杠桿可以看出觸點(diǎn)O向上滑動(dòng)，變阻器R的阻值變大，電流減小，所以選項(xiàng)B、D正確。
2．(多選)(2020·江蘇宿遷沭陽(yáng)修遠(yuǎn)中學(xué)高二上第一次段考)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他家居住的樓房中，樓梯上的過(guò)道燈在夜晚天黑時(shí)，用力拍掌就亮了，而白天怎樣用力拍掌，燈都不能亮。后來(lái)老師告訴他：過(guò)道燈是由聲傳感器和光傳感器共同來(lái)控制的，其原理如圖所示。下列關(guān)于聲傳感器和光傳感器的說(shuō)法正確的是(　　)
A．白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合B．夜晚無(wú)光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合C．有人走動(dòng)發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合D．無(wú)人走動(dòng)沒(méi)有聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合答案：BC解析：白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)斷開(kāi)，故A錯(cuò)誤；夜晚無(wú)光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合，故B正確；有人走動(dòng)發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合，故C正確；無(wú)人走動(dòng)沒(méi)有聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)斷開(kāi)，故D錯(cuò)誤。
聲傳感器——電容式話筒1．話筒把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。2．結(jié)構(gòu)組成如圖所示為電容式話筒的組成結(jié)構(gòu)示意圖。話筒的振動(dòng)膜片涂有薄薄的金屬層。膜后相距幾十微米有一個(gè)金屬片(固定電極)，它們構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板。
3．工作原理電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來(lái)工作。
(多選)電容式話筒的保真度比動(dòng)圈式話筒好，其工作原理如圖所示。Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電。當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流。在膜片向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 (　　)A．電容變大　B．電容變小C．導(dǎo)線AB中有向左的電流D．導(dǎo)線AB中有向右的電流解析：聲波使膜片向右振動(dòng)，MN間距減小，電容變大，A正確，B錯(cuò)誤；由Q＝CU知：C變大，若U不變，則Q變大，繼續(xù)充電，則導(dǎo)線AB中有向左的電流，C正確，D錯(cuò)誤。
1．(多選)(2020·黑龍江省綏化市安達(dá)七中高二下學(xué)期期中) 陶瓷傳感器可以用于分析氣體中酒精蒸氣的含量，常用于檢查酒后駕駛的人員。如果司機(jī)飲酒，血液中的酒精成分會(huì)擴(kuò)散到呼出的氣體中，呼出的氣體噴吹傳感器，傳感器的電阻將隨酒精蒸氣濃度發(fā)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測(cè)血液中的酒精含量。某種陶瓷氣敏傳感器的電導(dǎo)(即電阻的倒數(shù))與氣體中酒精蒸氣濃度C的關(guān)系如圖甲所示。現(xiàn)用其組成如圖乙所示的檢測(cè)電路(電池內(nèi)阻為r，電流表內(nèi)阻不計(jì))。對(duì)此，以下說(shuō)法正確的是(　　)
A．此陶瓷氣敏傳感器的電阻與氣體中酒精蒸氣的濃度成正比B．氣體中酒精蒸氣的濃度越大，則電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度越大C．氣體中酒精蒸氣的濃度越大，則電池的路端電壓越小，電阻R0兩端的電壓也越小D．電池用的時(shí)間長(zhǎng)了，電動(dòng)勢(shì)降低，內(nèi)阻變大，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的酒精濃度偏低答案：BD
解析：由圖傳感器的電阻與氣體中酒精蒸汽的濃度成反比，故A錯(cuò)誤；因?yàn)榫凭魵獾臐舛菴越大，電阻越小，電流越大，故B正確；酒精蒸氣的濃度C越大，電阻越小，電流越大，路端電壓越小，R0電壓越大，故C錯(cuò)誤；若電池時(shí)間長(zhǎng)了，電動(dòng)勢(shì)變小，內(nèi)阻變大，則同樣電流時(shí)，氣敏傳感器的電阻大，測(cè)量的C變小，故D正確。
2. (2021·河南駐馬店高二檢測(cè))目前許多手機(jī)都有指紋解鎖功能，常用的指紋識(shí)別傳感器是電容式傳感器，如圖所示。指紋的凸起部分叫作“嵴”，凹下部分叫作“峪”，傳感器上有大量面積相同的小極板，當(dāng)手指貼在傳感器上時(shí)，這些小極板和與之正對(duì)的皮膚表面就形成了大量的小電容器，由于距離不同，所以這些小電容器的電容不同。此時(shí)傳感器給所有的小電容器充電達(dá)到某一電壓值，然后開(kāi)始放電，其中電容值較小的小電容器放電較快，于是根據(jù)放電快慢的不同，就可以探測(cè)到嵴和峪的位置，從而形成指紋的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)以上信息，下列說(shuō)法中正確的是(　　)
A．在峪處形成的小電容器電容較大B．在峪處形成的小電容器放電較慢C．在嵴處形成的小電容器充電后帶電荷量較大D．潮濕的手指對(duì)指紋識(shí)別沒(méi)有任何影響答案：C解析：在峪處，小極板和正對(duì)的皮膚表面的距離變大，根據(jù)C＝可知形成的電容器電容較小。A錯(cuò)；電容值小的電容器放電較快，在峪處形成的小電容器電容較小，放電較快。B錯(cuò)；充電后在嵴處形成的小電容器電容較大，根據(jù)Q＝CU可知電容器的電荷量較大。C對(duì)；潮濕的手指會(huì)使表皮有皺褶，影響指紋識(shí)別的效果。D錯(cuò)。
3．(多選) (2021·安徽省六安市一中高二下學(xué)期期末)振弦型頻率傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它由鋼弦和永磁鐵兩部分組成，鋼弦上端固定，下端與一膜片相連接，弦上的張力越大，弦的固有頻率越大，這種裝置可以從線圈輸出電壓的頻率確定膜片處的壓力的變化，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．當(dāng)軟鐵塊與磁鐵靠近時(shí)，a端電勢(shì)高B．當(dāng)軟鐵塊與磁鐵靠近時(shí)，b端電勢(shì)高C．膜片上的壓力較小時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率較高D．膜片上的壓力較大時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率較高

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