第05章 傳感器 練習(xí)與應(yīng)用-高二物理課后習(xí)題精準(zhǔn)解析（新教材人教版選擇性必修第二冊(cè)）（解析版）

人教版新教科書高中物理選擇性必修第二冊(cè)

第五章傳感器練習(xí)與應(yīng)用（解析版）

第1節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器練習(xí)與應(yīng)用

1.什么是傳感器？它的作用是什么？簡述一下你對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和理解。

【答案】傳感器是能夠?qū)⒏惺艿降姆请妼W(xué)量，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出的器件或裝

置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件和轉(zhuǎn)換元件合二為一的也很多。傳感器

種類很多，根據(jù)其

利用的物質(zhì)的特性不同可分為:物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。根據(jù)其被測量

的不同可分為:聲、光、壓力、位移、加速度、溫度等傳感器。根據(jù)具體工作原理的不

同可分為: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.請(qǐng)列舉一個(gè)你認(rèn)為很“神奇”的利用傳感器工作的例子，簡單說明它的原理。

【答案】舉兩例供參考。

（1）紅外線傳感器在自動(dòng)門中的應(yīng)用:當(dāng)人們接近門的時(shí)候，傳感器識(shí).別人體的紅外線

傳遞給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開啟，在人離開后再將門自動(dòng)關(guān)閉。

（2）電容式觸摸屏中傳感器的應(yīng)用:電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明

的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹

長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，導(dǎo)

體層和手指構(gòu)成了電容式觸摸屏的兩極，形成一個(gè)特殊電容（耦合電容），四邊電極發(fā)出

的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)根據(jù)電流算出觸摸點(diǎn)的位置。

3.以下工作中，你認(rèn)為要用什么傳感器？

（1）讓孵化器在一定溫度下孵化禽蛋；

（2）電梯超出負(fù)載時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示；

（3）使汽車排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)的尾氣。

【答案】（1）溫度傳感器（熱電式傳感器）

（2）壓力傳感器（或壓電式傳感器）

（3）氣體傳感器

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用練習(xí)與應(yīng)用

1.按照你對(duì)以下幾種傳感器的理解，填寫下面的表格。

【答案】

傳感器名稱輸入的物理量輸出的物理量

光敏電阻光照強(qiáng)度電壓（電阻）

熱敏電阻溫度電壓（電阻）

金屬熱電阻溫度電壓（電阻）

電阻應(yīng)變片力電壓（電阻）

電容式位移傳感器位移電壓（電容）

2.圖5214是一種電感式微〃、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。這種傳感器可以把被測物

體位移的大小轉(zhuǎn)換為線圈自感系數(shù)的大小，請(qǐng)定性說明它的工作原理，并嘗試設(shè)計(jì)與線圈3

相連的電路。

O

S5.2-14

【答案】線圈應(yīng)申聯(lián)交流電源和電流表。當(dāng)待測物體位移變化時(shí)，軟鐵芯2在線圈3中的

長度變化，線圈3的電感就發(fā)生變化。這一變化在電路中轉(zhuǎn)換為電流的變化（通過電流表顯

示），這樣電流的變化就與位移的變化建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。電流的變化量就反映出被測物體的

位移。

3.電飯鍋中應(yīng)用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點(diǎn)是：常溫下感溫鐵氧

體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103C時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被

磁體吸引了。這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里點(diǎn)”。電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖5.2-15所示，

請(qǐng)結(jié)合溫度傳感器的特點(diǎn)回答以下問題：

（1）開始煮飯時(shí)為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示狀態(tài)？為

什么？

（2）煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)還有一定水分時(shí)，為什么鍋的溫度會(huì)保持1002而不會(huì)持續(xù)升

高？

(3)飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些

動(dòng)作？

<4)如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？

感溫鐵整體

內(nèi)膽等I尹電熱板

E5.2-15

【答案】(1)開始煮飯時(shí)用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫鐵氧體相吸，手松開后，由于此

時(shí)鍋內(nèi)溫度低于感溫鐵氧體的居里點(diǎn)，感溫鐵氧體與永磁體相吸，按鈕不會(huì)恢復(fù)教材圖示

狀態(tài)，這樣觸點(diǎn)保持接通，電熱板通電加熱。

(2)水沸騰后，當(dāng)鍋內(nèi)有一定水分時(shí)，由于水沸騰時(shí)溫度保持不變，故鍋內(nèi)溫度保持100°C

不變，因此感溫鐵氧體未達(dá)到居里點(diǎn)仍有磁性，保持與永磁體相吸引，繼續(xù)加熱至飯熟。

此過程中溫度基本不變。

⑶飯煮熟后水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升高達(dá)到感溫鐵氧體的居里點(diǎn)103°C

時(shí)，感溫鐵氧體失去磁性，在彈簧作用下永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，停止加熱。

(4)如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后只要鍋內(nèi)有水，溫度將保持在100C,沒有達(dá)到感溫鐵氧

體的居里點(diǎn)，故不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103c才能自動(dòng)斷電。

第3節(jié)利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制裝置練習(xí)與應(yīng)用

1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖5.3-6所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平

移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端之間的電

阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池E的電壓相

同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤中央，當(dāng)P端的電勢高于Q端時(shí)，指針

向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí)，電壓

表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？簡述你分析的過程。

圖5.3Y

【答案】當(dāng)物體具有圖5.3?6所示方向的加速度時(shí)，滑塊2將向左移動(dòng)，帶動(dòng)變阻器的滑片

4移向中點(diǎn)左方。變阻器右端電阻變大，故電流流過滑動(dòng)變阻器時(shí)電勢降落大。因此，Q點(diǎn)

電勢高于P點(diǎn)，指針應(yīng)向零點(diǎn)左側(cè)偏轉(zhuǎn)。

【解析】這個(gè)裝置可以同時(shí)測出加速度的大小和方向，大小可以通過電壓表示，方向可以

通過指針偏轉(zhuǎn)方向判定。

2.雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升

高時(shí)，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點(diǎn)接通或斷開。日光燈啟動(dòng)器里就有一

個(gè)雙金屬溫度傳感器（圖5.3?7）。取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟動(dòng)器，去掉外殼，在充有嵐氣的玻

璃泡內(nèi)，有一個(gè)U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)。常溫

下兩觸點(diǎn)是分離的，溫度升高時(shí)，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎頰泡的玻璃，調(diào)

節(jié)兩觸點(diǎn)之間的距離，使溫度升高到60C時(shí)兩觸點(diǎn)恰好接通。請(qǐng)你利用這個(gè)雙金屬溫度傳

感器，設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器自動(dòng)加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60C時(shí)自動(dòng)通電加熱，高于

609時(shí)自動(dòng)斷電。

醫(yī)5.3-7

【答案】控制電路如圖5-3所示，A為調(diào)節(jié)后的U形雙金屬片，一端固定在金屬桿上，另

一端與金屬絲b構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)。將它密封在玻璃罩B內(nèi)，成為溫度傳感器，浸入電熱水器

C的水中。J為電磁繼電器的線屢，a為該繼電器的常閉觸點(diǎn)，R為大功率電熱元件。閉合

開關(guān)S,若水的溫度低于60°C,雙金屬片A與觸點(diǎn)b分離，繼電器觸點(diǎn)a閉合，電熱元件

通電發(fā)熱。當(dāng)水溫升高到60c時(shí)雙金屬片A因溫度升高而與觸點(diǎn)b接觸，則觸點(diǎn)a斷開,

加熱電路斷開，就停止對(duì)水的加熱了。水溫下降到60c以下時(shí)，A與b又?jǐn)嚅_，觸點(diǎn)a閉

合，加熱電路閉合再度給水加熱。

3.工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事

故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3.8所示為光控繼電器的示

意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)，二極管導(dǎo)通，沒有光照時(shí)，二極管截止）、

放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了