2017-2018高中物理 第三章 傳感器 第一節(jié) 認(rèn)識傳感器 第二節(jié) 傳感器的原理學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、第一節(jié)認(rèn)識傳感器第二節(jié)傳感器的原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解傳感器的概念和種類，知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的技術(shù)意義.2.知道常見敏感元件的工作原理.3.通過實驗了解溫度傳感器、光電傳感器的工作原理，感悟基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)和應(yīng)用的重要性一、傳感器及傳感器的分類導(dǎo)學(xué)探究(1)當(dāng)你走進一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？(2)你知道小轎車上都有哪些傳感器嗎？答案(1)人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開關(guān)門(2)有速度、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器等知識梳理(1)傳感器是把非電學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件認(rèn)識傳感器就是明確傳感器如何“感受”非電學(xué)量，常

2、見的“感受”方式有改變接入電路的電阻、電容等(2)傳感器的組成：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成(如圖1所示，以話筒為例)圖1(3)傳感器的分類按被測量進行劃分，可分為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負(fù)荷傳感器、扭矩傳感器等按傳感器的工作原理進行劃分，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、渦流式傳感器、動圈式傳感器、磁電式傳感器、差動變壓器式傳感器等按能量傳遞方式進行劃分，可分為有源傳感器和無源傳感器兩大類即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的()(2)傳感器不能感知氣味()(3)傳感器只能通過感知電壓的變化來傳

3、遞信號()(4)金屬材料也可以制成傳感器()答案(1)(2)(3)(4)二、溫度傳感器的原理導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？圖2答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏知識梳理(1)溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置(2)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化而

4、變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)熱敏電阻是將溫度的高低這一熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這一電學(xué)量()(2)利用溫度傳感器可測較低或較高的溫度()(3)利用溫度傳感器可以實現(xiàn)溫度自動控制()(4)電飯煲蒸米飯，是根據(jù)蒸米飯的經(jīng)驗時間，來設(shè)計固定的蒸飯時間()答案(1)(2)(3)(4)三、光電傳感器的原理導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示圖3(1)有光照射和無光照射時，光敏電阻ROS的阻值有何不同？(2)改變光的照射強度，光敏電阻ROS的阻值有何變化？答案(1)

5、無光照射時，光敏電阻ROS電阻較大，電流表讀數(shù)較??；有光照射時，光敏電阻ROS電阻較小，電流表讀數(shù)較大(2)ROS電阻隨光照的增強而減小知識梳理1光電傳感器是一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器2光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，其特點為光照越強，電阻越小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)光敏電阻的阻值隨光線的強弱變化，光照越強電阻越小()(2)有光照在光敏電阻上，電阻上的自由電子會發(fā)生定向移動()(3)光敏電阻的阻值只會隨人造光的強弱而變化，不能感知自然光的變化()答案(1)(2)(3)一、傳感器的理解1傳感器的原理：2在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電

6、學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的例1如圖4是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖4答案見解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小二、對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用例2(多選)在

7、溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制如圖5所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器當(dāng)環(huán)境溫度降低時()圖5A電容器C的帶電荷量增大B電壓表的讀數(shù)增大C電容器C兩板間的電場強度減小DR1消耗的功率增大答案AB解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E，QCU2可知Q、E都增大，故A正確，C錯誤例3(多選)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L

8、為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強度增大時()圖6A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大答案ABC解析當(dāng)入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光線強弱)是增大還是減小(2)分析整個回路

9、的電阻的增減，電流的增減(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化.1關(guān)于傳感器，下列說法正確的是 ()A所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D水銀溫度計是一種傳感器答案B解析大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學(xué)量，但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，因此不是傳感器，故D錯2如圖7所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與LED

10、間距不變，下列說法中正確的是()圖7A當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析滑動觸頭P左移，其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強，使光敏電阻R減小，最終達到增大流過燈泡的電流的效果選擇題(15題為單選題，69題為多選題)1霍爾元件能()A把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學(xué)量B把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量C把力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量D把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學(xué)量答案B解析根據(jù)霍爾元件的工作原理，載流子在洛倫茲力

11、作用下漂移，形成霍爾電壓，所以，它將磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量，故B正確2.如圖1所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢當(dāng)用光照射電阻R3時，則()圖1Aa點電勢高于b點電勢Ba點電勢低于b點電勢Ca點電勢等于b點電勢Da點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢，故A正確3.如圖2所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這

12、個金屬板構(gòu)成電容器的兩極在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 ()圖2A距離變化B正對面積變化C電介質(zhì)變化D電壓變化答案A解析振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，故A正確4溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的如圖3甲所示，電源的電動勢E9V，內(nèi)阻不計；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20時，電流表的示數(shù)

13、I12mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I23.6mA時，熱敏電阻的溫度是()圖3A60B80C100D120答案D解析在20時，E(RgR1)I1，得Rg500，在溫度為t時，E(RgR2)I2，代入數(shù)據(jù)得R22000，從題圖乙中可以看出t120，故選D.5.在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計了一種報警裝置，電路如圖4所示M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發(fā)生變化，導(dǎo)致S兩端的電壓U增大，裝置發(fā)出警報，此時()圖4ARM變大，且R越大，U增大越明顯BRM變大，且R越小，U增大越明顯CRM變小，且R越大，U增大越明顯DRM變小，且R越小，U增大越明顯答案C解析當(dāng)RM變大時，回

14、路的總電阻R總變大，根據(jù)I總，得干路中的電流減小，S兩端的電壓UI總RS減小，故選項A、B錯誤；當(dāng)RM變小時，回路的總電阻R總變小，根據(jù)I總，得干路中的電流增大，S兩端的電壓UI總RS增大，而且R越大，RM變小時，對回路的總電阻變化的影響越明顯，即U增大越明顯，故選項C正確，選項D錯誤6.如圖5所示為一種自動跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度B1T的勻強磁場中，C、O間距離為10cm.當(dāng)磁場力為0.2N時，閘刀開關(guān)會自動跳開則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向為()圖5A電流方向COB電流方向OCC電流大小為2A

15、D電流大小為1A答案BC解析只有當(dāng)OC受到向左的安培力時，閘刀才能自動跳開，根據(jù)左手定則知電流的方向是OC，CO所受安培力大小為F安BIL1I0.1N0.2N，從而解得I2A.7.如圖6所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，下列說法中正確的是 ()圖6A當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小B當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大C當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小D當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光

16、敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大答案AD解析光敏電阻的阻值與光照強度有關(guān)，光照強度越大，光敏電阻阻值越小當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內(nèi)阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數(shù)變小，選項A正確；相反，當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內(nèi)阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數(shù)變大，選項D正確8電容式傳感器是用來將非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，

17、如圖7所示是四個電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個傳感器的作用，下列說法正確的是()圖7A甲圖的傳感器可以用來測量角度B乙圖的傳感器可以用來測量液面的高度C丙圖的傳感器可以用來測量壓力D丁圖的傳感器只能用來測量速度答案ABC9.壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷電梯運動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖8所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數(shù)為I0，電梯在不同的運動過程中，電流表的示數(shù)分別如圖9甲、乙、丙、丁所示，下列判斷中正確的是()圖8圖9A甲圖表示電梯可能做勻速直線運動B乙圖表示電梯可能做勻加速上升運動C丙圖表示電梯可能做勻加速上升運動D丁圖表示電梯可能做勻減速下降運動答案AB解析甲圖中電流表示數(shù)和靜止時相等，故可能做勻速直線運動，A正確乙圖中電流表示數(shù)為2I0，且保持不變，故壓敏電阻所受壓力增大，電阻變小，物體超重，電梯可能勻加速上升，B正確丙、丁圖中電流表的示數(shù)隨時間變化，故電梯的加速度是變化的，不可能是勻加速或勻減速，C、D錯誤11