物理选修3-2 6.3精炼

第六章传感器

6.3传感器的应用 (二)

【知识梳理】

1、温度传感器——电饭锅

（1）、电饭锅的内部结构（如图所示）：电饭锅主要由接线螺钉、触点、转轴、开关按钮、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、弹簧、内胆底等构成．其中＿＿＿＿＿＿为主要元件，它是用＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿混合烧结而成的．它的特点主要有：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到＿＿＿＿＿＿时，就失去＿＿＿＿＿＿性，不能被磁体吸引了．该温度在物理学中称为该材料的＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿．

（2）、电饭锅的工作原理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．

接线螺

2．温度传感器的应用——测温仪

测温仪的原理：温度传感器可以把＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿，再由指针式仪表或数字式仪表显示出来．这就是指针式测温仪和数字式测温仪的原理．由于电信号可以远距离传输，所以应用温度传感器可以进行远距离测温．

测温元件：它可以是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿（利用该元件可以实现无接触测温）．

3．光传感器的应用——鼠标器

机械式鼠标器的工作原理：当鼠标器在桌面上移动时，滚球的运动通过＿＿＿＿＿＿带动两个＿＿＿＿＿＿转动，红外线接收管就收到的＿＿＿＿＿＿，输出相应的＿＿＿＿＿＿．计算机分别统计x，y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的＿＿＿＿＿＿．

4．光传感器的应用——火灾报警器

(1)、烟雾散射火灾报警器的构造：带孔的罩子内装有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿

和不透明的档板．

（2）\烟雾散射式火灾报警器的工作原理：平时，＿＿＿＿＿＿收不到LED发出的光，呈现＿＿＿＿＿＿状态．烟雾进入罩内后对光有＿＿＿＿＿＿作用，使部分光线照射到＿＿＿＿＿＿，其电阻变＿＿＿＿＿＿，与传感器连接的电路检测发出这种变化，就会发出警报．

【同步精炼】

一．单项选择题

1．下列说法中正确的是()

A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻

B．测温仪中测温元件可以是热敏电阻

C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲

D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现出高电阻状态

2.如图所示会议室中和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，

呈现高阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是()

A．进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报

B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

D．以上说法均不正确

3．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，利用了下列哪种传感器（）A．生物传感器B．红外传感器C．温度传感器D．压力传感器

4.下面的器件不属于温度传感器应用的是（）

A、电熨斗

B、电饭锅

C、测温仪

D、鼠标器

5．烟雾散射火灾报警器使用的是（）

A．光传感器B．温度传感器

C．红外传感器D．超声波传感器

6．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是()

A．热敏电阻和光敏电阻

B．金属热电阻和光敏电阻

C．热敏电阻和霍尔元件

D．光敏电阻和驻极体话筒

7. 如图所示为某型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，k为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个外接线柱．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()

A．A与B接信号电压，C与D可跟被控制电路串联

B．A与B接信号电压，C与D可跟被控制电路并联

C．C与D接信号电压，A与B可跟被控制电路串联

D．C与D接信号电压，A与B可跟被控制电路并联

二. 多项选择题

8．关于电饭锅的说法正确的是()

A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁

B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性

C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电

D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位

9．家用电饭煲中的电热部分是在电路中串联一个PTC元件（以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器），其电阻率随温度变化的规律如图所示．由于这种特性，它具有温控功能，能使电饭煲自动地处于煮饭和保温状态．对于PTC元件在电饭煲中的作用，以下说法中正确的是（）

A．通电后功率先增大，后减小

B．通电后功率先减小，后增大

C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1不变

D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1~T2之间的某一值不变

10用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是（）

A、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大

B、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小

C、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大

D、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小

11．下列说法正确的是（）

A．温度传感器通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变制成的

B．红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关

信息

C．目前常用的传感器有温度传感器、生物传感器、及压力传感器等

D．热敏电阻是由绝缘材料制成的电阻器，其电阻值会随温度值的变化而改变

12．如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（）

A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压

B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压

C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

三．非选择题

13．按下图所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是____________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡____________，原因是____________；停止吹风，会发现____________；把热敏电阻放入冷水中会发现____________．

14．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图实线①所示．由于环境温度以及熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图实线②所示．根据图线分析：

(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？

(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在________

15．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时，会自动断开．S2是一个自动控温开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开．红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．

(1)分析电饭煲的工作原理；

(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．

.

16．酒后驾车危害极大，为此，新交规实施以来，鹤壁市交通警察重点查处酒后驾车．酒精测试仪是交警用来检测机动车驾驶员是否酒后驾车的仪器，它的原理示意图如图所示．电源电压为6V恒定，当电流表的示数为0.3A时，表明该驾驶员没有酒驾，酒精气体传感器正常工作．R

为定值电阻，阻值为10Ω．请计算：

（1）酒精气体传感器正常工作的电阻R1；

（2）酒精气体传感器正常工作一天（24h），所消耗的电能．

【探索创新】

如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装

置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理

量和数据是,小车速度的表达式为v= ；

行程的表达式为s= 。

【高考链接】

(2012·长春模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图实甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E ＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是()

A．60 ℃B．80 ℃

C．100 ℃D．120 ℃

6.3（二）答案

知识梳理

1（1）永磁体感温铁氧电热板感温铁氧氧化锰氧化锌氧化铁粉末 1030C

铁磁性居里温度居里点

（2）将温度信号转换为电路的通断

2.温度电信号热敏电阻金属热电阻热电偶红外线敏感元件

3.滚轴码盘断续红外脉冲电脉冲信号位移

4.发光二极管LED 发光三极管发光三极管高电阻散射发光三极管小

一.单项选择题

1. 答案：B

解析：电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，C错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，D错误．

2.答案：C

解析：由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．

3..答案.B

解：办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开；

故选B．

4..答案D

5. 答案A

解：火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警．故BCD错误，A正确；

故选：A．

6. 答案：D

解析：两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D 正确．

7. 答案：A

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使电磁继电器相吸或相斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制的作用，所以A 正确．

二、多项选择题

8. 答案：BD

解析：电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错．B选项正确．因水开时温度约为100℃，达不到居里温度，故不能自动断电，则选项C错．温控开关只能手动闭合，故D正确．

9. 答案：AD

思路解析：当电饭煲内的温度从T0升高到T1的过程中，热敏电阻的电阻率ρ随温度的升高而减小，则电阻R也随着温度的升高而减小，而加在电饭煲上的电压U保持不变，由

P1= 可知，此过程中电饭煲生热功率P1随温度升高而增大，当T=T1时，P1达到

最大．当温度从T1上升到T2过程中，随着温度的升高，ρ增大，R增大，所以P1减小；而温度越高，温度与外界环境温度的差别越大，电饭煲的散热功率P2就越大；因此，在这之间的某一温度会有P2=P1，即达到保温状态，设动降为T3，实现自动保温效果．

10.答案： A D

11. ，答案：A B C

解：

A、温度传感器通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变制成的，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的，故A正确．

B、红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关信息，故B正确．

C、目前常用的传感器有温度传感器、生物传感器、及压力传感器等，故C正确．

D、热敏电阻是由导体材料制成的，其阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感．热敏电阻的阻值在特定温度时会发生急剧变化，它在笔记本电脑、自动控制系统等方面有多种用途，故D错误．本题选错误的，故选A B C

12. 答案：B D

解：A、当有光照射R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，则R2两端的电压增大，所以R1两端的电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A 错误，B正确．

C、当无光照射 R1时，R1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，则R2两端的电压减小，所以R1两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压．则信号处理系统每获得一次高电压就记数一次．所以C错误；D正确；

故选：BD

三、非选择题.

13. 答案：由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；变亮，电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁；小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高；小灯泡熄灭．

14. 解析：(1)冷态时PCT电阻很小，电功率很大，所以升温很快．

(2)在T6－T7之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，

所以电熨斗温度t 自动地稳定在T 6

15.答案：(1)见解析 (2)12:1

解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1.这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合；水烧开后，温度升高到居里点103℃时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降于70℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．

(2)加热时电饭煲消耗的电功率P 1＝U 2R 并，保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2

R 1＋R 并

，两式

中

R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50Ω＝500

11Ω.

从而有P 1P 2＝R 1＋R 并

R 并

＝500＋

5001150011＝121.

16.

【探索创新】

解析：这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决。但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮（或车轮）的转动有关，也就与速度和行程有关。

根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有v=2πR f ，其中R 为车轮的半径，f 为单位时间内车轮转过的圈数；若车轮的齿数为P ，则转一圈应有P 个脉冲被B 接收到，因此

有P n

f =

，代入上式，有P

Rn v π2=。 同样，根据行程的意义，应有Rf s π2=，其中f 为整个行程中车轮转过的圈数；而

P N f =

，所以P

RN s π2=。可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径R 和齿轮齿数P ，速度和行程的表达式如上面两式所示。 答案：车轮的半径R 和齿轮齿数P ；P Rn π2；P

RN

π2

【高考链接】

解析：由图乙可知，当R 的温度等于20 ℃时，热敏电阻R 1＝4 kΩ，根据闭合电路欧姆定律可得I 1＝E /(R 1＋R g )，解得R g ＝0.5 kΩ；当电流表示数I 2＝3.6 mA 时，由I 2＝E /(R 2＋R g )解得此时热敏电阻R 2＝2 kΩ，由图乙可知热敏电阻的温度为120℃，正确选项是D 。

答案：D