高中物理第三章传感器第一节认识传感器第二节传感器的原理学案粤教版选修32Word文档格式.docx
《高中物理第三章传感器第一节认识传感器第二节传感器的原理学案粤教版选修32Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理第三章传感器第一节认识传感器第二节传感器的原理学案粤教版选修32Word文档格式.docx(11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.