《金版学案》物理选修32章末复习课.docx

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《金版学案》物理选修32章末复习课

章末复习课

【知识体系】

[答案填写]　①非电学　②电学　③通断　④光敏　⑤金属热　⑥霍尔元件　⑦温度　⑧声

主题1　常用敏感元件及应用

1．常见敏感元件及特性．

（1）光敏电阻：

光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．

（2）热敏电阻和金属热电阻：

金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．

（3）霍尔元件：

能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UH＝k

.

2．传感器应用的一般模式．

【典例1】　如图是一火警报警器的部分电路示意图．其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a，b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是（　　）

A．I变大，U变大　　B．I变大，U变小

C．I变小，U变大D．I变小，U变小

解析：

R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小．R2减小→R总减小→I干增大→U1增大→U3减小→I减小，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确．

答案：

D

针对训练

1．（多选）在温控电路中，通过热敏电阻的阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示的电路，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（　　）

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两极板间的电场强度减小

D．R1消耗的功率增大

解析：

当环境温度降低时．R2的阻值变大，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U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1变小，R1耗的功率P1变小，D错误；电容器两极板间的电压U2＝U－U1，故U2变大，由场强E′＝

，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误．

答案：

AB

题后反思

本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．

主题二　自动控制电路的设计

设计自动控制电路时，一般按照以下思路进行．

1．根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路．

控制电路由电源、开关、光敏电阻（或热敏电阻等其他敏感元件）、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器（灯泡、电热丝或其他用电器）、导线等组成．这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关．

2．分析电路的合理性．

电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求．比如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯点亮发光．

【典例2】　气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号并输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体（如CO、CH4、瓦斯、煤气等）浓度转换为电信号的传感器，俗称电子鼻．当有毒气体浓度大时，其电阻变小．根据如下材料：

电源电压U＝220V，M为排风扇，G为继电器，A为控制电源，S为控制开关，请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线图．

解析：

电磁继电器起开关作用，所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路．

答案：

如图所示．

自动控制电路的设计应注意的四点

1．要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理．

2．要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出．

3．选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制．

4．采用什么样的电路来实现自动控制．

针对训练

2．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．

（1）连接电路图；

（2）简述其工作原理（涉及的元件可用字母代替）．

解析：

（1）如图所示．

（2）按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路（控制电路）工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电磁铁电路停止工作，F无磁性，弹簧的弹力使D拉动E，使S2接通，M工作．

方法总结：

自动控制电路的设计应注意的四点

（1）要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理．

（2）要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出．

（3）选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制．

（4）采用什么样的电路来实现自动控制．

统揽考情

随着科学技术的发展，传感器在社会实践中应用越来越广泛，它是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”．新课标增加了传感器的内容，在新高考中一定会有所体现，但所占比例不会太大，且都在“了解”的水平上，不会出现太复杂且有难度的题目，更不会涉及大量的技术细节；命题形式一般以选择题或填空题为主，也可能与其他知识综合出题．

真题例析

（2016·全国Ⅰ卷）现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，当要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警，提供的器材有：

热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过IC时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为2000Ω），单刀双掷开关一个，导线若干．

在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，IC约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.

（1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线．

（2）在电路中应选用滑动变阻器________（选填“R1”或“R2”）．

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________（选填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_________________________．

②将开关向________（选填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________．

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．

解析：

（1）电路图连线见答案图．

（2）R＝

＝

Ω＝1800Ω，所以在电路中应选用滑动变阻器R2.（3）①由该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω可知，电路接通前，需将电阻箱调到一定的阻值，根据实验要求，这一阻值为650.0Ω；由于滑动变阻器采用限流接法，所以滑动变阻器的滑片应置于b端附近，不能置于另一端的原因是接通电源后，流过报警器的电流超过20mA，报警器可能损坏；②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．

答案：

（1）连线如图所示　

（2）R2　（3）①　650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏　②　c　报警器开始报警

针对训练

如图所示是一种自动控制电路示意图，R1为光敏电阻，当照射到R1处的光消失时，电流表A中的电流I及a、b间的电压U的变化情况是（　　）

A．I变小，U变小

B．I变大，U变大

C．I变小，U变大

D．I变大，U变小

解析：

当照射到光敏电阻上的光消失时，光敏电阻阻值增大，通过干路的电流变小，通过R2的电流增大，电流表的示数增大，a、b之间的电压U增大，故正确选项为B.

答案：

B

1．（多选）当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中，正确的是（　　）

A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光传感器

B．电子体温计中主要是采用了温度传感器

C．电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器

D．电子秤中主要是采用了力传感器

解析：

电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以A、C项错误．

答案：

BD

2．（多选）巨磁电阻（GMR）电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流，其原理利用了巨磁电阻效应，巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性．如图所示为检测电路的原理图，设输电线路电流为I（不是GMR中的电流），GMR为巨磁电阻，R1、R2为定值电阻．已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比，下列有关说法正确的是（　　）

A．如果I增大，电压表

示数减小，电压表

示数增大

B．如果I增大，电流表

示数减小，电压表

示数增大

C．如果I减小，电压表

示数增大，电压表

示数增大

D．如果I减小，电流表

示数减小，电压表

示数减小

解析：

如果I增大，巨磁电阻（GMR）电流传感器处磁场的磁感应强度B增大，巨磁电阻的电阻减小，巨磁电阻中电流增大，电流表

示数增大，电压表

示数增大，电压表

示数减小，选项A正确B错误；如果I减小，巨磁电阻（GMR）电流传感器处磁场的磁感应强度B减小，巨磁电阻的电阻增大，巨磁电阻中电流减小，电流表

示数减小，电压表

示数减小，电压表

示数增大，选项C错误，D正确．

答案：

AD

3．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（　　）

A．温度升高至74℃时，L1亮灯报警

B．温度升高至74℃时，L2亮灯报警

C．温度升高至78℃时，L1亮灯报警

D．温度升高至78℃时，L2亮灯报警

解析：

当温度低于78℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错，D选项正确．

答案：

D

4．惯性制导系统已广泛用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计．加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度．滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统得到的电压情况进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（　　）

A．方向向左，大小为

B．方向向右，大小为

C．方向向左，大小为

D．方向向右，大小为

解析：

小物体受到左侧弹簧的向右的弹力，大小为ks，同时小物体还受到右侧弹簧的向右的弹力，大小也为ks，故合力为F＝2ks，方向水平向右，根据牛顿第二定律a＝

＝

，方向水平向右，D正确．

答案：

D

5．有一种测量物体重量的电子秤，其电路主要由三部分构成：

踏板、压力传感器R（实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质上是电流表），原理图如图中的虚线所示，不计踏板的质量．已知电流表的量程为2A，内阻为1Ω，电源电动势为12V，内阻为1Ω，电阻R随压力F变化的函数式为R＝30－0.01F（F和R的单位分别为N和Ω）．

（1）求该秤能测量的最大体重．

（2）通过计算，得出该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘的哪个刻度处？

（3）写出该秤测量的重力与电流表中电流的函数关系．

解析：

（1）由电流表量程可知电路中最大电流为2A，

由闭合电路欧姆定律E＝I（R＋r＋rg），

可解得压力传感器R的最小值为4Ω.

由电阻R随压力F的变化的函数式为R＝30－0.01F，

可得压力最大值F＝2600N，

即该秤能测量的最大体重为2600N.

（2）踏板空载时，F＝0，R＝30Ω.

由闭合电路欧姆定律，E＝I（R＋r＋rg），

可解得I＝0.375A，

即该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘的0.375A刻度处．

（3）由E＝I（R＋r＋rg）和R＝30－0.01F可得：

E＝I（30－0.01F＋r＋rg）．

将电动势E＝12V、内阻r＝1Ω、电流表内阻rg＝1Ω代入化简得：

F＝3200－

.