杭州市高三物理选修32学案第三章 传感器 第一二节 Word版含答案文档格式.docx

杭州市高三物理选修32学案第三章 传感器 第一二节 Word版含答案文档格式.docx

《杭州市高三物理选修32学案第三章 传感器 第一二节 Word版含答案文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《杭州市高三物理选修32学案第三章 传感器 第一二节 Word版含答案文档格式.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

[即学即用]　判断下列说法的正误．

（1）所有传感器都是由半导体材料制成的．（　　）

（2）传感器不能感知气味．（　　）

（3）传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．（　　）

（4）金属材料也可以制成传感器．（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）×

　（4）√

二、温度传感器的原理

[导学探究]　如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT（温度升高，电阻减小）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？

若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？

图2

答案　由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；

用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．

[知识梳理]　

（1）温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置．

（2）热敏电阻：

用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．

①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．

②负温度系数的热敏电阻（如氧化锰热敏电阻）随温度升高电阻减小．

（1）热敏电阻是将温度的高低这一热学量转化为电阻这一电学量．（　　）

（2）利用温度传感器可测较低或较高的温度．（　　）

（3）利用温度传感器可以实现温度自动控制．（　　）

（4）电饭煲蒸米饭，是根据蒸米饭的经验时间，来设计固定的蒸饭时间．（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×

三、光电传感器的原理

[导学探究]　如图3所示

图3

（1）有光照射和无光照射时，光敏电阻ROS的阻值有何不同？

（2）改变光的照射强度，光敏电阻ROS的阻值有何变化？

答案　

（1）无光照射时，光敏电阻ROS电阻较大，电流表读数较小；

有光照射时，光敏电阻ROS电阻较小，电流表读数较大．

（2）ROS电阻随光照的增强而减小．

[知识梳理]

1．光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器．

2．光敏电阻一般由半导体材料制成，其特点为光照越强，电阻越小．

（1）光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小．（　　）

（2）有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动．（　　）

（3）光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化．（　　）

答案　

（1）√　

（2）×

一、传感器的理解

1．传感器的原理：

→

2．在分析传感器时要明确：

（1）核心元件是什么；

（2）是怎样将非电学量转化为电学量；

（3）是如何显示或控制开关的．

例1　如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况．若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？

图4

答案　见解析

解析　把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；

油量减少时，R增大，电压表的示数增大．把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．

二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用

例2　（多选）在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图5所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻（温度越高电阻越小），C为电容器．当环境温度降低时（　　）

图5

A．电容器C的带电荷量增大

B．电压表的读数增大

C．电容器C两板间的电场强度减小

D．R1消耗的功率增大

答案　AB

解析　当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝

知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；

又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；

电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝

，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误．

例3　（多选）如图6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时（　　）

图6

A．电压表的示数增大

B．R2中电流减小

C．小灯泡的功率增大

D．电路的路端电压增大

答案　ABC

解析　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．

含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤

（1）明确热敏电阻（或光敏电阻）的阻值随温度（或光线强弱）是增大还是减小．

（2）分析整个回路的电阻的增减，电流的增减．

（3）分析部分电路的电压、电流如何变化.

1．关于传感器，下列说法正确的是（　　）

A．所有传感器都是由半导体材料制成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的

D．水银温度计是一种传感器

答案　B

解析　大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；

传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；

水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错．

2．如图7所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED间距不变，下列说法中正确的是（　　）

图7

A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大

B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小

C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变

D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变

答案　A

解析　滑动触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．

选择题（1～5题为单选题，6～9题为多选题）

1．霍尔元件能（　　）

A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量

B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量

C．把力这个力学量转换成电压这个电学量

D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量

解析　根据霍尔元件的工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，所以，它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确．

2.如图1所示，R3是光敏电阻（光照时电阻变小），当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势．当用光照射电阻R3时，则（　　）

A．a点电势高于b点电势

B．a点电势低于b点电势

C．a点电势等于b点电势

D．a点电势和b点电势的大小无法比较

解析　R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确．

3.如图2所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的（　　）

A．距离变化B．正对面积变化

C．电介质变化D．电压变化

解析　振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．

4．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，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3甲所示，电源的电动势E＝9V，内阻不计；

G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；

R为热敏电阻，其电阻阻值与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，电流表的示数I1＝2mA；

当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻的温度是（　　）

A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃

答案　D

解析　在20℃时，E＝（Rg＋R1）I1，得Rg＝500Ω，在温度为t时，E＝（Rg＋R2）I2，代入数据得R2＝2000Ω，从题图乙中可以看出t＝120℃，故选D.

5.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图4所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端的电压U增大，装置发出警报，此时（　　）

A．RM变大，且R越大，U增大越明显

B．RM变大，且R越小，U增大越明显

C．RM变小，且R越大，U增大越明显

D．RM变小，且R越小，U增大越明显

答案　C

解析　当RM变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝

，得干路中的电流减小，S两端的电压U＝I总RS减小，故选项A、B错误；

当RM变小时，回路的总电阻R总变小，根据I总＝

，得干路中的电流增大，S两端的电压U＝I总RS增大，而且R越大，RM变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，即U增大越明显，故选项C正确，选项D错误．

6.如图5所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1T的匀强磁场中，C、O间距离为10cm.当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为（　　）

A．电流方向C→OB．电流方向O→C

C．电流大小为2AD．电流大小为1A

答案　BC

解析　只有当OC受到向左的安培力时，闸刀才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，CO所受安培力大小为F安＝BIL＝1×

I×

0.1N＝0.2N，从而解得I＝2A.

7.如图6所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻（光照增强时电阻变小），下列说法中正确的是（　　）

A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小

B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大

C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小

D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大

答案　AD

解析　光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；

相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．

8．电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图7所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　）

A．甲图的传感器可以用来测量角度

B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度

C．丙图的传感器可以用来测量压力

D．丁图的传感器只能用来测量速度

9.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图8所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图9甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是（　　）

图8

图9

A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动

B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动

C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动

D．丁图表示电梯可能做匀减速下降运动

解析　甲图中电流表示数和静止时相等，故可能做匀速直线运动，A正确．乙图中电流表示数为2I0，且保持不变，故压敏电阻所受压力增大，电阻变小，物体超重，电梯可能匀加速上升，B正确．丙、丁图中电流表的示数随时间变化，故电梯的加速度是变化的，不可能是匀加速或匀减速，C、D错误．