傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種元件。傳感器是自動控制設(shè)備中不可缺少的元件，已廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)生活中各種領(lǐng)域。近幾年，有不少省市的高考題以傳感器作為背景，很好地考查了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，下面舉一些典型的例子。

1 壓力傳感器

例1 壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖1（甲）所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球.小車向右做直線運(yùn)動過程中，電流表示數(shù)如圖1（乙）所示，下列判斷正確的是

A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動

B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動

C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動

D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動



解析 在t1到t2時(shí)間內(nèi)電流逐漸增大，說明壓敏電阻的阻值在逐漸減小，所受壓力不斷變大，故小車的加速度變大，小車做變加速運(yùn)動，所以A、B均錯(cuò)誤。在t2到t3時(shí)間內(nèi)，電流不變，可知電阻小于0到t1時(shí)間的電阻，壓力保持不變且大于0到t1時(shí)間的壓力，由此可知小車在t2到t3時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動，故C選項(xiàng)錯(cuò)D選項(xiàng)正確。

點(diǎn)評 本題利用一個(gè)壓敏電阻將小球所受壓力的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，關(guān)鍵是分析出壓力變化和電流變化之間的關(guān)系，再由受力情況判斷物體運(yùn)動的性質(zhì)。

2 位移傳感器

例2 演示位移傳感器的工作原理如圖2所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是

A.物體M運(yùn)動時(shí)，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化

B.物體M運(yùn)動時(shí)，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化

C.物體M不動時(shí)，電路中沒有電流

D.物體M不動時(shí)，電壓表沒有示數(shù)

解析 該位移傳感器的工作原理是電阻定律和歐姆定律，電壓表所測電壓為滑動變阻器左端電阻上的電壓，當(dāng)金屬桿向左或向右移動Δx時(shí)，左端電阻減小或增大ΔR=ρΔxS，則電壓減小或增大ΔU=IΔR=IρΔxS，而電路中的電流是不會變化的，則物體M運(yùn)動位移變化時(shí)電壓表示數(shù)會發(fā)生變化，故B選項(xiàng)正確。

點(diǎn)評 本題的物理情景是一個(gè)位移傳感器，把物體M的位移的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化顯示出來。其關(guān)鍵是分清電路結(jié)構(gòu)，找出電壓表示數(shù)與物體M的位移關(guān)系。

3 光電傳感器

例3 一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫。將激光器與傳感器上下對準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時(shí)，傳感器接收到一個(gè)激光信號，并將其輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖3甲為該裝置示意圖，圖3乙為所接收的光信號隨時(shí)間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示接收到的激光信號強(qiáng)度，圖中Δt1=1．0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s。

(1)利用圖乙中的數(shù)據(jù)求1s時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動的角速度；

(2)說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向；

(3)求圖乙中第三個(gè)激光信號的寬度Δt



解析 (1)由圖線讀得，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動周期

T＝0.8s①

角速度ω=2πT=7.85rad/s②

(2)激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動(理由為：由于脈沖寬度在逐漸變窄，表明光信號能通過狹縫的時(shí)間逐漸減少，即圓盤上對應(yīng)探測器所在位置的線速度逐漸增加，因此激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動)。

(3)設(shè)狹縫寬度為d，探測器接收到第i個(gè)脈沖時(shí)距轉(zhuǎn)軸的距離為ri，第i個(gè)脈沖的寬度為Δti，激光器和探測器沿半徑的運(yùn)動速度為v。

Δti=d2πriT③

r3－r2＝r2－r1＝vT④

r2－r1＝dT2π(1Δt2-1Δt1)⑤

r3－r2＝dT2π(1Δt3-1Δt2)⑥

由④、⑤、⑥式解得：

Δt3=Δt1Δt22Δt1-Δt2

=1.0×10-3×0.8×10-32×1.0×10-3-0.8×10-3

≈0.67×10-3s

點(diǎn)評 本題解題關(guān)鍵是明了圓盤與激光器運(yùn)動的情境，找出激光信號與圓盤轉(zhuǎn)動之間的關(guān)系，從Δt的變化中看出激

光信號的寬度，從而判斷出激光器移動的方向。

4 溫度傳感器

例4 廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器，是利用熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖4甲中，電源的電動勢E = 9.0V，內(nèi)電阻不可忽略；G為內(nèi)阻不計(jì)的靈敏電流表；R0為保護(hù)電阻；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖4乙的R- t圖象所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為R=；閉合電鍵S，當(dāng)R的溫度等于40℃時(shí)，電流表示數(shù)I1=2.25mA，則當(dāng)電流表的數(shù)I2=3.6mA時(shí)，熱敏電阻R的溫度是攝氏度。



解析 由圖4乙可知，熱敏電阻R與溫度的關(guān)系為一次函數(shù)，其表達(dá)式為：

R =-1.875×10-2 t + 4.25

當(dāng)R的溫度等于40℃時(shí)，由圖4乙查得熱敏電阻的阻值為3.5kΩ，根據(jù)E＝I1（R0+R1），得R0=0.5kΩ； 當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時(shí)， 根據(jù)E＝I2（R0+R2）， 得R2=2.0kΩ， 由圖4乙查得熱敏電阻的溫度是120攝氏度。

點(diǎn)評 利用熱敏電阻、光敏電阻等可以制成溫度傳感器，本題以熱敏電阻的特性及應(yīng)用為載體，主要考察考生處理新信息的能力和讀圖的能力。

5 聲電傳感器

例5 如圖為將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，固定不動的金屬板b與鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個(gè)電容器。當(dāng)聲源簡諧振動，a隨之振動，則在a振動過程中：

A.a、b板所帶的電量不變

B.a、b板間有電磁波產(chǎn)生

C.靈敏電流計(jì)中交變電流的頻率與聲波的頻率相同