第05章 传感器 练习与应用-高二物理课后习题精准解析（新教材人教版选择性必修第二册）（解析版）

人教版新教科书高中物理选择性必修第二册

第五章传感器练习与应用（解析版）

第1节认识传感器练习与应用

1.什么是传感器？它的作用是什么？简述一下你对传感器的认识和理解。

【答案】传感器是能够将感受到的非电学量，按一定规律转换成电学量输出的器件或装

置，通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件和转换元件合二为一的也很多。传感器

种类很多，根据其

利用的物质的特性不同可分为:物理传感器、化学传感器、生物传感器。根据其被测量

的不同可分为:声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。根据具体工作原理的不

同可分为:电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。

2.请列举一个你认为很“神奇”的利用传感器工作的例子，简单说明它的原理。

【答案】举两例供参考。

（1）红外线传感器在自动门中的应用:当人们接近门的时候，传感器识.别人体的红外线

传递给驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭。

（2）电容式触摸屏中传感器的应用:电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明

的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭

长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，导

体层和手指构成了电容式触摸屏的两极，形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出

的电流会流向触点，位于触摸屏后的控制器便会根据电流算出触摸点的位置。

3.以下工作中，你认为要用什么传感器？

（1）让孵化器在一定温度下孵化禽蛋；

（2）电梯超出负载时，发出报警提示；

（3）使汽车排放符合国家标准的尾气。

【答案】（1）温度传感器（热电式传感器）

（2）压力传感器（或压电式传感器）

（3）气体传感器

第2节常见传感器的工作原理及应用练习与应用

1.按照你对以下几种传感器的理解，填写下面的表格。

【答案】

传感器名称输入的物理量输出的物理量

光敏电阻光照强度电压（电阻）

热敏电阻温度电压（电阻）

金属热电阻温度电压（电阻）

电阻应变片力电压（电阻）

电容式位移传感器位移电压（电容）

2.图5214是一种电感式微〃、位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，

软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物

体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3

相连的电路。

O

S5.2-14

【答案】线圈应申联交流电源和电流表。当待测物体位移变化时，软铁芯2在线圈3中的

长度变化，线圈3的电感就发生变化。这一变化在电路中转换为电流的变化（通过电流表显

示），这样电流的变化就与位移的变化建立起对应关系。电流的变化量就反映出被测物体的

位移。

3.电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧

体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103C时，就失去了铁磁性，不能被

磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图5.2-15所示，

请结合温度传感器的特点回答以下问题：

（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为

什么？

（2）煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持1002而不会持续升

高？

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些

动作？

<4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？

感温铁整体

内胆等I尹电热板

E5.2-15

【答案】(1)开始煮饭时用手压下开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，由于此

时锅内温度低于感温铁氧体的居里点，感温铁氧体与永磁体相吸，按钮不会恢复教材图示

状态，这样触点保持接通，电热板通电加热。

(2)水沸腾后，当锅内有一定水分时，由于水沸腾时温度保持不变，故锅内温度保持100°C

不变，因此感温铁氧体未达到居里点仍有磁性，保持与永磁体相吸引，继续加热至饭熟。

此过程中温度基本不变。

⑶饭煮熟后水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升高达到感温铁氧体的居里点103°C

时，感温铁氧体失去磁性，在弹簧作用下永磁体被弹开，触点分离，切断电源，停止加热。

(4)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后只要锅内有水，温度将保持在100C,没有达到感温铁氧

体的居里点，故不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103c才能自动断电。

第3节利用传感器制作简单的自动控制装置练习与应用

1.某同学设计了一个加速度计，如图5.3-6所示。较重的滑块2可以在光滑的框架1中平

移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电

阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池E的电压相

同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针

向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压

表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。

图5.3Y

【答案】当物体具有图5.3・6所示方向的加速度时，滑块2将向左移动，带动变阻器的滑片

4移向中点左方。变阻器右端电阻变大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大。因此，Q点

电势高于P点，指针应向零点左侧偏转。

【解析】这个装置可以同时测出加速度的大小和方向，大小可以通过电压表示，方向可以

通过指针偏转方向判定。

2.双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升

高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一

个双金属温度传感器（图5.3・7）。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有岚气的玻

璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温

下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。敲碎颊泡的玻璃，调

节两触点之间的距离，使温度升高到60C时两触点恰好接通。请你利用这个双金属温度传

感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60C时自动通电加热，高于

609时自动断电。

医5.3-7

【答案】控制电路如图5-3所示，A为调节后的U形双金属片，一端固定在金属杆上，另

一端与金属丝b构成一对触点。将它密封在玻璃罩B内，成为温度传感器，浸入电热水器

C的水中。J为电磁继电器的线屡，a为该继电器的常闭触点，R为大功率电热元件。闭合

开关S,若水的温度低于60°C,双金属片A与触点b分离，继电器触点a闭合，电热元件

通电发热。当水温升高到60c时双金属片A因温度升高而与触点b接触，则触点a断开,

加热电路断开，就停止对水的加热了。水温下降到60c以下时，A与b又断开，触点a闭

合，加热电路闭合再度给水加热。

3.工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事

故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图5.3.8所示为光控继电器的示

意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、

放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了