高中物理 第6章 傳感器章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 新人教版選修32

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1、 第6章 傳感器 章末復(fù)習(xí)課 【知識體系】 [答案填寫]?、俜请妼W(xué)?、陔妼W(xué)?、弁〝唷、芄饷簟、萁饘贌帷、藁魻栐、邷囟取、嗦? 主題1 常用敏感元件及應(yīng)用 1.常見敏感元件及特性. (1)光敏電阻:光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化,光照增強(qiáng)電阻減小,光照減弱電阻增大. (2)熱敏電阻和金屬熱電阻:金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而增大,熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)兩種.正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大,負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。? (3)霍爾元件: 能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這一電學(xué)量的元件,UH=k. 2.傳感器應(yīng)用的一般

2、模式. 【典例1】 如圖是一火警報警器的部分電路示意圖.其中R2為用半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成的傳感器,電流表為值班室的顯示器,a,b之間接報警器.當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,顯示器的電流I,報警器兩端的電壓U的變化情況是(  ) A.I變大,U變大   B.I變大,U變小 C.I變小,U變大 D.I變小,U變小 解析:R2所在處出現(xiàn)火情時,溫度升高,則R2的阻值減?。甊2減小→R總減小→I干增大→U1增大→U3減小→I減小,故顯示器的電流I變小,由U=E-I干r,I干變大,知U變小,故選項D正確. 答案:D 針對訓(xùn)練 1.(多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻的阻值

3、隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制.如圖所示的電路,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(  ) A.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兩極板間的電場強(qiáng)度減小 D.R1消耗的功率增大 解析:當(dāng)環(huán)境溫度降低時.R2的阻值變大,電路的總電阻變大.由I=知I變小,又U=E-Ir,電壓表的讀數(shù)U增大,B正確;又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1變小,R1耗的功率P1變小,D錯誤;電容器兩極板間的電壓U2=U-U1,故U2變大,由場強(qiáng)E′=,Q=CU2可知Q、E′都增大,故A正確,C錯誤. 答案:AB

4、題后反思 本題利用熱敏電阻為傳感器,將溫度變化的信號轉(zhuǎn)化為電信號,結(jié)合電子線路來控制加熱電路.正確的電路分析、計算及看懂熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線,是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵. 主題二 自動控制電路的設(shè)計 設(shè)計自動控制電路時,一般按照以下思路進(jìn)行. 1.根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路. 控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成;工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成.這兩個電路相互獨立,又通過繼電器相關(guān)聯(lián),繼電器實際上是工作電路的開關(guān). 2.分析電路的合理性. 電路設(shè)計完成后,要對它的合理性進(jìn)行分析

5、,用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?,檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求.比如,自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路,使路燈熄滅,晚上接通工作電路,使路燈點亮發(fā)光. 【典例2】 氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號并輸出,如圖所示,B為將可燃?xì)怏w或有毒氣體(如CO、CH4、瓦斯、煤氣等)濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器,俗稱電子鼻.當(dāng)有毒氣體濃度大時,其電阻變小.根據(jù)如下材料:電源電壓U=220 V,M為排風(fēng)扇,G為繼電器,A為控制電源,S為控制開關(guān),請設(shè)計一個家用自動排煙電路,并在圖中完成連線圖. 解析:電磁繼電器起開關(guān)作用,所以電池組、開關(guān)和電磁繼電器應(yīng)組成一個

6、電路,另一個是由排風(fēng)扇和高壓電源組成的電路. 答案:如圖所示. 自動控制電路的設(shè)計應(yīng)注意的四點 1.要明確設(shè)計意圖,弄清控制條件和相應(yīng)的自動控制原理. 2.要明確應(yīng)選用哪種傳感器,該傳感器怎樣感知控制條件及怎樣轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出. 3.選用什么樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu),該執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣執(zhí)行自動控制. 4.采用什么樣的電路來實現(xiàn)自動控制. 針對訓(xùn)練 2.如圖所示,A是浮子,B是金屬觸頭,C為住宅樓房頂上的蓄水池,M是帶水泵的電動機(jī),D是彈簧,E是銜鐵,F(xiàn)是電磁鐵,S1、S2分別為觸頭開關(guān),S為開關(guān),J為電池.請利用上述材料,設(shè)計一個住宅樓房頂上的自動注水裝置. (1)連接電路圖;

7、 (2)簡述其工作原理(涉及的元件可用字母代替). 解析:(1)如圖所示. (2)按圖接好電路,合上開關(guān)S,水泵工作,水位升高,當(dāng)浮子上升使B接觸到S1時,左側(cè)電路(控制電路)工作,電磁鐵F有磁力,拉下銜鐵E,使S2斷開,電動機(jī)M不工作,停止注水,當(dāng)水位下降使B與S1脫離,電磁鐵電路停止工作,F(xiàn)無磁性,彈簧的彈力使D拉動E,使S2接通,M工作. 方法總結(jié):自動控制電路的設(shè)計應(yīng)注意的四點 (1)要明確設(shè)計意圖,弄清控制條件和相應(yīng)的自動控制原理. (2)要明確應(yīng)選用哪種傳感器,該傳感器怎樣感知控制條件及怎樣轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出. (3)選用什么樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu),該執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣執(zhí)行自動控制.

8、 (4)采用什么樣的電路來實現(xiàn)自動控制. 統(tǒng)攬考情 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳感器在社會實踐中應(yīng)用越來越廣泛,它是各種測量和自動控制系統(tǒng)的“感覺器官”.新課標(biāo)增加了傳感器的內(nèi)容,在新高考中一定會有所體現(xiàn),但所占比例不會太大,且都在“了解”的水平上,不會出現(xiàn)太復(fù)雜且有難度的題目,更不會涉及大量的技術(shù)細(xì)節(jié);命題形式一般以選擇題或填空題為主,也可能與其他知識綜合出題. 真題例析 (2016全國Ⅰ卷)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警,提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過IC時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9

9、Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干. 在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié),已知U約為18 V,IC約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω. (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線. (2)在電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(選填“R1”或“R2”). (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為________Ω

10、;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是_________________________. ②將開關(guān)向________(選填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至________. (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用. 解析:(1)電路圖連線見答案圖.(2)R== Ω=1 800 Ω,所以在電路中應(yīng)選用滑動變阻器R2.(3)①由該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω可知,電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為650.0 Ω;

11、由于滑動變阻器采用限流接法,所以滑動變阻器的滑片應(yīng)置于b端附近,不能置于另一端的原因是接通電源后,流過報警器的電流超過20 mA,報警器可能損壞;②將開關(guān)向c端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警. 答案:(1)連線如圖所示 (2)R2 (3)① 650.0 b 接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞?、凇 報警器開始報警 針對訓(xùn)練 如圖所示是一種自動控制電路示意圖,R1為光敏電阻,當(dāng)照射到R1處的光消失時,電流表A中的電流I及a、b間的電壓U的變化情況是(  ) A.I變小,U變小 B.I變大,U變大 C.I變小,U變大 D.I變大

12、,U變小 解析:當(dāng)照射到光敏電阻上的光消失時,光敏電阻阻值增大,通過干路的電流變小,通過R2的電流增大,電流表的示數(shù)增大,a、b之間的電壓U增大,故正確選項為B. 答案:B 1.(多選)當(dāng)前傳感器被廣泛應(yīng)用于各種電器、電子產(chǎn)品之中,下述關(guān)于常用的幾種家用電子器件所采用傳感器說法中,正確的是(  ) A.電視機(jī)對無線遙控信號的接收主要是采用了光傳感器 B.電子體溫計中主要是采用了溫度傳感器 C.電腦所用的光電鼠標(biāo)主要是采用聲波傳感器 D.電子秤中主要是采用了力傳感器 解析:電視機(jī)對無線遙控信號的接收采用了紅外線傳感器,電腦所用的光電鼠標(biāo)主要采用了光傳感器,所以A、C項錯誤.

13、 答案:BD 2.(多選)巨磁電阻(GMR)電流傳感器可用來準(zhǔn)確檢測大容量遠(yuǎn)距離直流輸電線路中的強(qiáng)電流,其原理利用了巨磁電阻效應(yīng),巨磁電阻效應(yīng)是指某些磁性材料的電阻R在一定磁場作用下隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加而急劇減小的特性.如圖所示為檢測電路的原理圖,設(shè)輸電線路電流為I(不是GMR中的電流),GMR為巨磁電阻,R1、R2為定值電阻.已知輸電線路電流I在巨磁電阻GMR處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與I成正比,下列有關(guān)說法正確的是(  ) A.如果I增大,電壓表示數(shù)減小,電壓表示數(shù)增大 B.如果I增大,電流表 示數(shù)減小,電壓表示數(shù)增大 C.如果I減小,電壓表示數(shù)增大,電壓表示數(shù)增大 D

14、.如果I減小,電流表 示數(shù)減小,電壓表示數(shù)減小 解析:如果I增大,巨磁電阻(GMR)電流傳感器處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大,巨磁電阻的電阻減小,巨磁電阻中電流增大,電流表 示數(shù)增大,電壓表 示數(shù)增大,電壓表 示數(shù)減小,選項A正確B錯誤;如果I減小,巨磁電阻(GMR)電流傳感器處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小,巨磁電阻的電阻增大,巨磁電阻中電流減小,電流表 示數(shù)減小,電壓表 示數(shù)減小,電壓表 示數(shù)增大,選項C錯誤,D正確. 答案:AD 3.如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖,在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲,以下說法正確的是(  ) A.溫度升高至74 ℃時,L1亮燈報警 B.溫度升高至74

15、 ℃時,L2亮燈報警 C.溫度升高至78 ℃時,L1亮燈報警 D.溫度升高至78 ℃時,L2亮燈報警 解析:當(dāng)溫度低于78 ℃時,繼電器線圈中沒有電流,此時燈L1亮,但不報警;當(dāng)溫度升高到78 ℃時,繼電器線圈有電流,磁鐵吸下銜鐵燈L2被接通,所以燈L2亮且報警,溫度升高至74 ℃時,只是燈L1亮,不會報警,故A、B、C選項錯,D選項正確. 答案:D 4.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛用于導(dǎo)彈工程中,這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計.加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示,沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊,滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連,兩彈簧的另一端與固定壁相連.滑塊原來

16、靜止,彈簧處于自然長度.滑塊上有指針,可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移,然后通過控制系統(tǒng)得到的電壓情況進(jìn)行制導(dǎo).設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動,指針向左偏離O點的距離為s,則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(  ) A.方向向左,大小為 B.方向向右,大小為 C.方向向左,大小為 D.方向向右,大小為 解析:小物體受到左側(cè)彈簧的向右的彈力,大小為ks,同時小物體還受到右側(cè)彈簧的向右的彈力,大小也為ks,故合力為F=2 ks,方向水平向右,根據(jù)牛頓第二定律a==,方向水平向右,D正確. 答案:D 5.有一種測量物體重量的電子秤,其電路主要由三部分構(gòu)成:踏板、壓力傳感器R(實際上是一個阻值可隨壓力

17、變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實質(zhì)上是電流表),原理圖如圖中的虛線所示,不計踏板的質(zhì)量.已知電流表的量程為2 A,內(nèi)阻為1 Ω,電源電動勢為12 V,內(nèi)阻為1Ω,電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式為R=30-0.01F(F和R的單位分別為N和Ω). (1)求該秤能測量的最大體重. (2)通過計算,得出該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤的哪個刻度處? (3)寫出該秤測量的重力與電流表中電流的函數(shù)關(guān)系. 解析:(1)由電流表量程可知電路中最大電流為2 A, 由閉合電路歐姆定律E=I(R+r+rg), 可解得壓力傳感器R的最小值為4Ω. 由電阻R隨壓力F的變化的函

18、數(shù)式為R=30-0.01 F, 可得壓力最大值F=2 600 N, 即該秤能測量的最大體重為2 600 N. (2)踏板空載時,F(xiàn)=0,R=30Ω. 由閉合電路歐姆定律,E=I(R+r+rg), 可解得I=0.375 A, 即該秤零刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤的0.375 A刻度處. (3)由E=I(R+r+rg)和R=30-0.01 F可得: E=I(30-0.01F+r+rg). 將電動勢E=12 V、內(nèi)阻r=1Ω、電流表內(nèi)阻rg=1Ω代入化簡得:F=3 200-. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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