2017_2018學(xué)年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì)同步備課（課件學(xué)案）（打包6套）滬科版.zip

2017_2018學(xué)年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì)同步備課（課件學(xué)案）（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,傳感器,現(xiàn)代社會(huì),同步,備課,課件,打包,滬科版 學(xué)案1　傳感器的原理　探究熱敏電阻的溫度特性曲線(xiàn) [目標(biāo)定位] 1.知道傳感器的定義，理解其工作原理.2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元件的特征.3.會(huì)探究熱敏電阻的溫度特性曲線(xiàn)． 一、什么是傳感器 光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)的敏感元件有哪些？你能畫(huà)出它的原理圖嗎？ 答案　有光敏感元件和聲敏感元件． [要點(diǎn)總結(jié)] 1．傳感器是通過(guò)測(cè)量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來(lái)捕捉和識(shí)別信息，并將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的裝置． 2．各種傳感器的作用都是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量． 3．傳感器的結(jié)構(gòu) 非電學(xué)量敏感元件―→處理電路電學(xué)量 4．敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件，它承擔(dān)著直接“感知”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務(wù)． 5．根據(jù)檢測(cè)量的不同，傳感器可分為物理型、化學(xué)型和生物型． 例1　如圖1是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置． 圖1 其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)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(méi)有畫(huà)出)，通過(guò)觀(guān)察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況． 將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)變化有何不同？ 答案　見(jiàn)解析 解析　把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減小；油量減少時(shí)，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(shí)，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(shí)，電壓表的示數(shù)減?。? 二、研究光敏電阻的導(dǎo)電特性 在工廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)線(xiàn)上安裝計(jì)數(shù)器后，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖2所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么？ 圖2 答案　當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過(guò)一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計(jì)數(shù)一次． [要點(diǎn)總結(jié)] 1．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的． 特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越?。? 2．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量． 例2　(多選)如圖3所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)(　　) 圖3 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2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(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路總電阻隨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(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確．結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確． 三、探究熱敏電阻的溫度特性 如圖4所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中央．若在Rt上擦一些酒精，表針將如何擺動(dòng)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將如何擺動(dòng)？ 圖4 答案　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，Rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏． [要點(diǎn)總結(jié)] 1．金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而增大． 2．熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半導(dǎo)體材料制成． 3．熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類(lèi) (1)正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC)：電阻隨溫度的上升而增加． (2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC)：電阻隨溫度的上升而下降． (3)臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC)：電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇下降． 例3　(多選)在溫控電路中，通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)(　　) 圖5 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兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小 D．R1消耗的功率增大 答案　AB 解析　當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，R2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P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩板間的電壓U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1變小，U2變大，由場(chǎng)強(qiáng)E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯(cuò)誤. 1．(對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí))關(guān)于傳感器，下列說(shuō)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(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的 D．水銀溫度計(jì)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(cuò)，B對(duì)；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(hào)”，故C錯(cuò)；水銀溫度計(jì)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(cuò)． 2．(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析)(多選)如圖6所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)S后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　) 圖6 A．溫度不變，光照增強(qiáng) B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強(qiáng) D．溫度升高，光照減弱 答案　AC 3．(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析) (多選)如圖7所示，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，V為理想電壓表，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是(　　) 圖7 A．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 C．光照減弱，其他條件不變 D．光照增強(qiáng)，其他條件不變 答案　BC 解析　電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說(shuō)明流經(jīng)R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這可能是由于Rt減小或R1增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故B、C項(xiàng)正確，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤． 題組一　對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 1．(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以(　　) A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案　ABC 解析　傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類(lèi)元件．故選項(xiàng)A、B、C對(duì)，選項(xiàng)D錯(cuò)． 2.如圖1所示，是電容式話(huà)筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話(huà)筒的振動(dòng)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(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極．在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號(hào)被話(huà)筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 (　　) 圖1 A．距離變化 B．正對(duì)面積變化 C．電介質(zhì)變化 D．電壓變化 答案　A 解析　振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使振動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)． 題組二　對(duì)光敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 3．(多選)如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻(光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小)，下列說(shuō)法中正確的是 (　　) 圖2 A．當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，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(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，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(hào)時(shí)，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(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 答案　AD 解析　光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照強(qiáng)度越大，光敏電阻阻值越?。?dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，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(xiàng)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(hào)時(shí)，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(xiàng)D正確． 4．(多選)如圖3所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A．嚴(yán)重污染時(shí)，LDR是高電阻 B．輕度污染時(shí)，LDR是高電阻 C．無(wú)論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定 D．該儀器的使用會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? 答案　AD 解析　嚴(yán)重污染時(shí)，透過(guò)污水照到LDR上的光線(xiàn)較少，LDR電阻較大，A對(duì)，B錯(cuò)；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)；白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同，或多或少會(huì)影響LDR的電阻，D對(duì)． 5.如圖4所示，R3是光敏電阻(光照時(shí)電阻變小)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)．當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則(　　) 圖4 A．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) B．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì) C．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì) D．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)和b點(diǎn)電勢(shì)的大小無(wú)法比較 答案　A 解析　R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點(diǎn)電勢(shì)升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)． 6.如圖5所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強(qiáng))，且R與D距離較近且不變，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖5 A．當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大 B．當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小 C．當(dāng)滑片向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率不變 D．無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，L消耗的功率不變 答案　A 解析　電源電壓恒定，也就是說(shuō)，并聯(lián)電路兩端電壓恒定，當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的電阻值變小，所以電流變大，則L的功率變大，故選項(xiàng)A正確． 題組三　對(duì)熱敏電阻、金屬熱電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 7．(多選)對(duì)熱敏電阻，正確的敘述是(　　) A．受熱后，電阻隨溫度的升高而變化明顯 B．受熱后，電阻基本不變 C．熱敏電阻可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度，反應(yīng)快，而且精確度高 D．以上說(shuō)法都不對(duì) 答案　AC 8．如圖6所示是觀(guān)察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) 圖6 A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯 答案　C 解析　如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會(huì)非常明顯，故A、B均錯(cuò)；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對(duì)，D錯(cuò)． 9．如圖7所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(　　) 圖7 A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? 答案　C 解析　R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強(qiáng)，R1兩端的電壓減小，故只有C正確． 9 第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 1傳感器的原理探究熱敏電阻的溫度特性曲線(xiàn) 目標(biāo)定位1 知道傳感器的定義 理解其工作原理 2 了解光敏電阻 熱敏電阻等元件的特征 3 會(huì)探究熱敏電阻的溫度特性曲線(xiàn) 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 1 一 什么是傳感器 光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)的敏感元件有哪些 你能畫(huà)出它的原理圖嗎 有光敏感元件和聲敏感元件 答案 1 傳感器是通過(guò)測(cè)量外界的量 量或量來(lái)捕捉和識(shí)別信息 并將被測(cè)量的量轉(zhuǎn)化成量的裝置 2 各種傳感器的作用都是把量轉(zhuǎn)換成量 3 傳感器的結(jié)構(gòu) 物理 生物 電學(xué) 化學(xué) 電學(xué) 非電學(xué) 非電學(xué) 敏感 處理 4 敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件 它承擔(dān)著直接 和 的任務(wù) 5 根據(jù)的不同 傳感器可分為物理型 化學(xué)型和生物型 轉(zhuǎn)換 外界信息 檢測(cè)量 感知 見(jiàn)解析 例1如圖1是一種測(cè)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(dòng)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(méi)有畫(huà)出 通過(guò)觀(guān)察電壓表示數(shù) 可以了解油量情況 將電壓表分別接在b c之間與c d之間 當(dāng)油量變化時(shí) 電壓表的示數(shù)變化有何不同 圖1 答案 解析 把電壓表接在b c之間 油量增加時(shí) R減小 電壓表的示數(shù)減小 油量減少時(shí) 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(shí) 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(shí) 電壓表的示數(shù)減小 二 研究光敏電阻的導(dǎo)電特性在工廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)線(xiàn)上安裝計(jì)數(shù)器后 就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量 如圖2所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖 其中R1為光敏電阻 R2為定值電阻 此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么 圖2 答案 當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí) R1電阻增大 電路中電流減小 R2兩端電壓減小 信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓 每通過(guò)一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓 并計(jì)數(shù)一次 1 光敏電阻是用材料 如硫化鎘 制成的 特點(diǎn) 光照越強(qiáng) 電阻越 2 光敏電阻能夠把這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量 半導(dǎo)體 電阻 小 光照強(qiáng)弱 例2 多選 如圖3所示 R1 R2為定值電阻 L為小燈泡 R3為光敏電阻 當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)A 電壓表的示數(shù)增大B R2中電流減小C 小燈泡的功率增大D 電路的路端電壓增大 圖3 答案 解析 當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí) R3阻值減小 外電路總電阻隨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(shí)內(nèi)電壓增大 故電路的路端電壓減小 A項(xiàng)正確 D項(xiàng)錯(cuò)誤 由路端電壓減小 而R1兩端電壓增大知 R2兩端電壓必減小 則R2中電流減小 故B項(xiàng)正確 結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大 故小燈泡的功率增大 C項(xiàng)正確 三 探究熱敏電阻的溫度特性如圖4所示 將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋 再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連 這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中央 若在Rt上擦一些酒精 表針將如何擺動(dòng) 若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 表針將如何擺動(dòng) 圖4 答案 由于酒精蒸發(fā) 熱敏電阻Rt溫度降低 電阻值增大 指針應(yīng)向左偏 用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 Rt溫度升高 電阻值減小 指針將向右偏 1 金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而 2 熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成 也可用半導(dǎo)體材料制成 3 熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類(lèi) 1 正溫度系數(shù)的熱敏材料 PTC 電阻隨溫度的上升而 2 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料 NTC 電阻隨溫度的上升而 3 臨界溫度系數(shù)的熱敏材料 CTC 電阻在很小的溫度范圍 臨界 內(nèi)急劇 下降 增大 增加 下降 例3 多選 在溫控電路中 通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D R1消耗的功率增大 答案 解析 圖5 當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí) R2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P1 I2R1可知 R1消耗的功率P1變小 D錯(cuò)誤 電容器兩板間的電壓U2 U U1 U1 IR1 可知U1變小 U2變大 由場(chǎng)強(qiáng)E Q CU2可知Q E 都增大 故A正確 C錯(cuò)誤 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 2 1 對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 關(guān)于傳感器 下列說(shuō)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(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的D 水銀溫度計(jì)是一種傳感器 答案 解析 1 2 3 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(cuò) B對(duì) 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(hào) 故C錯(cuò) 水銀溫度計(jì)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(cuò) 1 2 3 2 對(duì)光敏電阻 熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 多選 如圖6所示電路中 電源電動(dòng)勢(shì)為E 內(nèi)阻為r RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 RG為光敏電阻 閉合開(kāi)關(guān)S后 小燈泡L正常發(fā)光 由于環(huán)境改變 光照或溫度 發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗 則引起小燈泡變暗的原因可能是A 溫度不變 光照增強(qiáng)B 溫度升高 光照不變C 溫度降低 光照增強(qiáng)D 溫度升高 光照減弱 圖6 答案 1 2 3 3 對(duì)光敏電阻 熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 多選 如圖7所示 Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻 R1為光敏電阻 R2和R3均為定值電阻 電源電動(dòng)勢(shì)為E 內(nèi)阻為r V為理想電壓表 現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大 可能的原因是A 熱敏電阻溫度升高 其他條件不變B 熱敏電阻溫度降低 其他條件不變C 光照減弱 其他條件不變D 光照增強(qiáng) 其他條件不變 答案 解析 圖7 1 2 3 電壓表示數(shù)變大 而R3為定值電阻 說(shuō)明流經(jīng)R3的電流增大 由電路結(jié)構(gòu)可知 這可能是由于Rt減小或R1增大 由熱敏電阻和光敏電阻特性知 可能是由于溫度降低或光照減弱 故B C項(xiàng)正確 A D項(xiàng)錯(cuò)誤 1 2 3 學(xué)案2　用傳感器做實(shí)驗(yàn)　信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器 [目標(biāo)定位] 1.知道溫度傳感器、力傳感器的原理和應(yīng)用.2.理解霍爾元件的原理.3.了解現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中常用的傳感器． 一、實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的幾種傳感器的分析 1．溫度傳感器的原理 溫度傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的，它能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)等)的溫度控制器、火警報(bào)警器、恒溫箱等． 2．力傳感器的原理 如圖1所示，力傳感器可以用來(lái)測(cè)重力、壓力、拉力等各種力，應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量． 3．磁傳感器的原理(霍爾效應(yīng)的應(yīng)用) (1)霍爾元件是一種磁敏感元件． (2)霍爾效應(yīng)：如圖2所示，在金屬薄片相對(duì)的兩側(cè)面通以控制電流I，在與薄片垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的另外兩個(gè)側(cè)面將產(chǎn)生與控制電流和磁場(chǎng)成正比的電動(dòng)勢(shì)UH，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)，即UH＝RH. 　 圖1　　　　　　圖2 圖3 例1　(多選)如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說(shuō)法中正確的是(工作面是指較大的平面)(　　) A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D．改變磁感線(xiàn)與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 答案　ABD 解析　將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH將變大，選項(xiàng)A正確；地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項(xiàng)B正確；地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時(shí)，B才與工作面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改變磁感線(xiàn)與霍爾元件工作面的夾角，B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確． 例2　按圖4所示連接好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是__________________________； 用電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻吹一會(huì)兒，會(huì)發(fā)現(xiàn)小燈泡________，原因是_________________________； 停止吹風(fēng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)___________________________________________；把熱敏電阻放入冷水中會(huì)發(fā)現(xiàn)__________________________________． 圖4 答案　由于熱敏電阻阻值較大，左側(cè)電路電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵　亮了　電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻加熱使其阻值變小，電路中電流增大，電磁鐵吸住銜鐵，右側(cè)電路接通　小燈泡不會(huì)立即熄滅，因?yàn)闊崦綦娮铚囟热匀惠^高　小燈泡熄滅 二、隨處可見(jiàn)的傳感器 1．紅外測(cè)溫儀：是一種將紅外輻射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感裝置． 2．?dāng)?shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)：敏感元件叫做電荷耦合器件(CCD)，它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)． 3．酒精濃度測(cè)試儀：敏感元件是酒精傳感器． 在生活中還有煤氣報(bào)警器、火警報(bào)警器、紅外報(bào)警器、防盜報(bào)警器等等．工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上的傳感器，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤營(yíng)養(yǎng)傳感器等等． 例3　如圖5所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖5 A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線(xiàn)，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線(xiàn)照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào) D．以上說(shuō)法均不正確 答案　C 解析　由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線(xiàn)照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì)． 例4　電飯煲的工作原理如圖6所示，可分為兩部分，即控制部分：由S2、R1和黃燈組成．工作(加熱)部分：由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成，S1是一個(gè)磁鐵限溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合，當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí)， 圖6 自動(dòng)斷開(kāi)，且不能自動(dòng)復(fù)位(閉合)，S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，低于70℃時(shí)，自動(dòng)閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過(guò)的電流必須較小，所以R1、R2起________作用，R3是發(fā)熱電阻，由于煮飯前溫度低于70℃，所以S2是________(填“斷開(kāi)的”或“閉合的”)．接通電源并按下S1后，黃燈滅而紅燈亮，R3發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，S2斷開(kāi)，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)飯熟，S1斷開(kāi)，當(dāng)溫度降到70℃以下時(shí)，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi)，試解釋此現(xiàn)象． 答案　見(jiàn)解析 解析　R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過(guò)大而燒毀，S2是自動(dòng)控制溫度開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)自動(dòng)閉合，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)又自動(dòng)斷開(kāi)，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2＞R3.由于開(kāi)關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)才自動(dòng)斷開(kāi)，而水的沸點(diǎn)只有100℃，因此用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干后S1才會(huì)斷開(kāi)． 三、信息社會(huì)離不開(kāi)傳感器 智能式傳感器集信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能于一身，把計(jì)算機(jī)、各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器． 四、遙測(cè)與遙感 遙感遙測(cè)的基本原理是通過(guò)遙感傳感器對(duì)觀(guān)測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的電磁波、熱輻射進(jìn)行遠(yuǎn)距離收集、轉(zhuǎn)換，用計(jì)算機(jī)處理、識(shí)別，得出結(jié)論．主要應(yīng)用在地球資源勘測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)、軍事偵察等方面. 1．(傳感器的應(yīng)用實(shí)例)(多選)壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減?。煌瑢W(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖7甲所示，將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過(guò)程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過(guò)程(　　) 圖7 A．物體處于失重狀態(tài) B．物體處于超重狀態(tài) C．升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng) D．升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng) 答案　BD 解析　電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變，說(shuō)明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小，壓敏電阻所受壓力變大，物體處于超重狀態(tài)，即物體具有向上的加速度，B、D正確，A、C錯(cuò)誤． 2．(傳感器的應(yīng)用實(shí)例)在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率ρ隨溫度t的變化關(guān)系如圖8所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對(duì)此，以下判斷正確的是 (　　) 圖8 ①通電后，其電功率先增大后減小　②通電后，其電功率先減小后增大?、郛?dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1不變?、墚?dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A．①② B．②③ C．②④ D．①④ 答案　D 解析　當(dāng)溫度由零升到t1的過(guò)程中，PTC的電阻率ρ隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t＝t1時(shí)，P＝P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度繼續(xù)升高，ρ增大，R增大，P減?。欢鴾囟仍礁?，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，電熱滅蚊器的散熱功率P′也就越大，因此在這之間的某一溫度t3會(huì)有P＝P3＝P′，即電熱功率P減小到等于散熱功率時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng)t＜t3時(shí)，P＞P′，使溫度自動(dòng)升高到t3；當(dāng)t＞t3時(shí)，P＜P′，使溫度自動(dòng)降到t3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫，正確選項(xiàng)為D. 3．(傳感器的應(yīng)用分析)如圖9所示是一種自動(dòng)控制水溫的裝置，加熱電路的兩個(gè)端點(diǎn)P、Q應(yīng)接到觸頭a、b上還是c、d上？熱敏電阻兩端M、N應(yīng)接到哪兩個(gè)觸頭上？ 圖9 答案　見(jiàn)解析 解析　P、Q應(yīng)該分別接在觸頭a、b上，同時(shí)，M、N應(yīng)該分別接e、f，其工作原理是：當(dāng)水溫升高時(shí)，熱敏電阻阻值減小，電磁鐵中電流增大，吸引力增大，使銜鐵被吸下，a、b斷開(kāi)，使加熱裝置停止加熱；當(dāng)水溫降低到一定程度時(shí)，熱敏電阻阻值增大，電磁鐵中電流減小，吸引力減小，銜鐵被彈簧彈上去，使a、b之間連接，加熱裝置開(kāi)始加熱，從而實(shí)現(xiàn)水溫控制． 題組一　傳感器應(yīng)用實(shí)例 1．在電梯門(mén)口放置一障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)電梯門(mén)不停地開(kāi)關(guān)，這是由于在電梯門(mén)上裝有的傳感器是(　　) A．光傳感器 B．溫度傳感器 C．聲傳感器 D．壓力傳感器 答案　A 解析　在電梯門(mén)口放置一障礙物，電梯門(mén)不停地開(kāi)關(guān)，說(shuō)明電梯門(mén)口有一個(gè)光傳感器，故A選項(xiàng)正確． 2．(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖1 A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B．當(dāng)溫度超過(guò)103 ℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng) C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)達(dá)到103 ℃，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)跳起 D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103 ℃，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起 答案　ACD 3．某樓梯口的電燈開(kāi)關(guān)裝有傳感器，天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音才能發(fā)光，而白天即使有聲音，電燈也不能發(fā)光，該開(kāi)關(guān)中有兩種傳感器元件，它們可能是(　　) A．熱敏電阻和光敏電阻 B．金屬熱電阻和光敏電阻 C．熱敏電阻和霍爾元件 D．光敏電阻和駐極體話(huà)筒 答案　D 解析　兩種傳感器分別把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所以選項(xiàng)D正確． 4．如圖2所示是一個(gè)測(cè)定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線(xiàn)芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線(xiàn)芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極，把這兩極接入外電路，當(dāng)電容值增大引起外電路的電流變化時(shí)，說(shuō)明導(dǎo)電液體的深度h(　　) 圖2 A．增大 B．減小 C．不變 D．無(wú)法確定 答案　A 解析　由題意知，導(dǎo)線(xiàn)芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極，類(lèi)似于平行板電容器的兩極．當(dāng)導(dǎo)電液體深度h增大時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)芯和導(dǎo)電液體正對(duì)面積增大，電容器的電容值變大． 題組二　對(duì)霍爾元件的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用 5．如圖3所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示電流時(shí)，導(dǎo)體的上、下表面的電勢(shì)關(guān)系為(　　) 圖3 A．UM>UN B．UM＝UN C．UMUN.故選A. 6．如圖4所示，厚度為d、寬度為h的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)．實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差UH、電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為UH＝RH.式中的比例系數(shù)RH稱(chēng)為霍爾系數(shù)．霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)．橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的電場(chǎng)力．當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差． 設(shè)電流I是由電子的定向移動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e，回答下列問(wèn)題： 圖4 (1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)________下側(cè)面A′的電勢(shì)(填“高于”“低于”或“等于”)． (2)電子所受的洛倫茲力的大小為_(kāi)_______． (3)當(dāng)導(dǎo)體板上、下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為UH時(shí)，電子所受電場(chǎng)力的大小為_(kāi)_______． (4)由電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為RH＝，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)． 答案　見(jiàn)解析 解析　(1)導(dǎo)體中電子定向移動(dòng)形成電流，電子運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，利用左手定則可判定電子向A板偏，A′板上出現(xiàn)等量正電荷，所以A板電勢(shì)低于A′板電勢(shì)． (2)洛倫茲力大小F洛＝Bev (3)電場(chǎng)力F電＝Ee＝e (4)由F洛＝F電得Bev＝e　UH＝hvB 導(dǎo)體中通過(guò)的電流I＝nev·d·h 由UH＝RH得hvB＝RH，得RH＝. 題組三　傳感器的應(yīng)用分析 7．如圖5所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫(huà)出)相連接．則 (　　) 圖5 A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 C．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端 D．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、C端 答案　B 解析　根據(jù)溫度變化，分析R的變化，確定電路中電流的變化，電流增大時(shí)，繼電器L對(duì)銜鐵吸引力增大，P將會(huì)被吸下．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，熱敏電阻R的阻值增大，電路中電流減小，繼電器L對(duì)銜鐵吸引力減小，P將不會(huì)被吸下，故A錯(cuò)誤．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，熱敏電阻R的阻值減小，電路中電流增大，繼電器L對(duì)銜鐵吸引力增大，P將會(huì)被吸下．故B正確．恒溫箱內(nèi)溫度高到一定數(shù)值后，應(yīng)與電源斷開(kāi)停止加熱，由以上分析可知，溫度升高后，A、B端斷開(kāi)，所以工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端．故C、D錯(cuò)誤．故選B. 8．如圖6所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵心的線(xiàn)圈．P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線(xiàn)柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求．其工作方式是 (　　) 圖6 A．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián) 答案　A 9．(多選)某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖7所示，鐵心左側(cè)線(xiàn)圈L1由火線(xiàn)和零線(xiàn)并行繞成．當(dāng)右側(cè)線(xiàn)圈L2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)K，從而切斷家庭電路．僅考慮L1在鐵心中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的有(　　) 圖7 A．家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零 B．家庭電路中使用的電器增多時(shí)，L2中的磁通量不變 C．家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起 D．地面上的人接觸火線(xiàn)發(fā)生觸電時(shí)，開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起 答案　ABD 解析　由于零線(xiàn)、火線(xiàn)中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，所以家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零，選項(xiàng)A正確；家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會(huì)引起L2的磁通量的變化，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；地面上的人接觸火線(xiàn)發(fā)生觸電時(shí)，線(xiàn)圈L1中磁場(chǎng)變化引起L2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起K，切斷家庭電路，選項(xiàng)D正確． 10．如圖8所示為一自動(dòng)控制溫度的電路，請(qǐng)說(shuō)明其工作原理． 圖8 答案　見(jiàn)解析 解析　當(dāng)開(kāi)關(guān)P在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時(shí)，電熱絲工作；隨著溫度升高，熱敏電阻溫度升高、阻值減小，通過(guò)電磁鐵的電流增大，電磁鐵磁性增強(qiáng)到一定程度時(shí)把P吸到b，電熱絲停止工作，指示燈亮． 11 2用傳感器做實(shí)驗(yàn)信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器 第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 目標(biāo)定位1 知道溫度傳感器 力傳感器的原理和應(yīng)用 2 理解霍爾元件的原理 3 了解現(xiàn)代生產(chǎn) 生活中常用的傳感器 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 1 一 實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的幾種傳感器的分析 1 溫度傳感器的原理溫度傳感器是利用電阻的阻值會(huì)隨的變化而變化的原理制成的 它能把這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 如各種家用電器 空調(diào) 冰箱 熱水器 飲水機(jī)等 的溫度控制器 火警報(bào)警器 恒溫箱等 2 力傳感器的原理如圖1所示 力傳感器可以用來(lái)測(cè)重力 壓力 拉力等各種力 應(yīng)變片能夠把這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量 物體形變 熱敏 電壓 溫度 溫度 3 磁傳感器的原理 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 1 霍爾元件是一種元件 2 霍爾效應(yīng) 如圖2所示 在金屬薄片相對(duì)的兩側(cè)面通以控制電流I 在與薄片垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng) 那么 在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的另外兩個(gè)側(cè)面將產(chǎn)生與控制電流和磁場(chǎng)成正比的 這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng) 即UH 圖1圖2 電動(dòng)勢(shì)UH 磁敏感 例1 多選 如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖 如果用d表示薄片的厚度 k為霍爾系數(shù) 對(duì)于一個(gè)霍爾元件d k為定值 如果保持I恒定 則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況 以下說(shuō)法中正確的是 工作面是指較大的平面 A 將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面 UH將變大B 在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí) 霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C 在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí) 霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D 改變磁感線(xiàn)與霍爾元件工作面的夾角 UH將發(fā)生變化 圖3 答案 解析 將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí) B增大 I恒定 由公式UH 知UH將變大 選項(xiàng)A正確 地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上 所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 使B與工作面垂直 選項(xiàng)B正確 地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向 只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時(shí) B才與工作面垂直 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 改變磁感線(xiàn)與霍爾元件工作面的夾角 B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化 UH將發(fā)生變化 選項(xiàng)D正確 例2按圖4所示連接好電路 合上S 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 原因是 用電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻吹一會(huì)兒 會(huì)發(fā)現(xiàn)小燈泡 原因是 停止吹風(fēng) 會(huì)發(fā)現(xiàn) 把熱敏電阻放入冷水中會(huì)發(fā)現(xiàn) 圖4 答案 由于熱 敏電阻阻值較大 左側(cè)電路電流較小 電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵 右側(cè)電路接通 亮了 電吹風(fēng) 對(duì)熱敏電阻加熱使其阻值變小 電路中電流增大 電磁鐵吸住銜鐵 小燈泡熄滅 溫度仍然較高 小燈泡不會(huì)立即熄滅 因?yàn)闊崦?二 隨處可見(jiàn)的傳感器1 紅外測(cè)溫儀 是一種將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感裝置 2 數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī) 敏感元件叫做 CCD 它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào) 模擬電信號(hào)再通過(guò)A D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào) 3 酒精濃度測(cè)試儀 敏感元件是酒精傳感器 在生活中還有報(bào)警器 火警報(bào)警器 紅外報(bào)警器 防盜報(bào)警器等等 工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上的傳感器 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器 土壤濕度傳感器 土壤營(yíng)養(yǎng)傳感器等等 紅外輻射波 煤氣 電荷耦合器件 例3如圖5所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖 罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) 發(fā)生火災(zāi)時(shí) 下列說(shuō)法正確的是A 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線(xiàn) 使光電三極管電阻更大 檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)B 光電三極管溫度升高 電阻變小 檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)C 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用 部分光線(xiàn)照到光電三極管上 電阻變小 發(fā)出警報(bào)D 以上說(shuō)法均不正確 答案 解析 圖5 由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知 發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi) 使光發(fā)生散射 部分光線(xiàn)照到光電三極管上 電阻變小 與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化 發(fā)出警報(bào) C對(duì) 例4電飯煲的工作原理如圖6所示 可分為兩部分 即控制部分 由S2 R1和黃燈組成 工作 加熱 部分 由發(fā)熱電阻R3 R2和紅燈組成 S1是一個(gè)磁鐵限溫開(kāi)關(guān) 手動(dòng)閉合 當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn) 103 時(shí) 自動(dòng)斷開(kāi) 且不能自動(dòng)復(fù)位 閉合 S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān) 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí) 自動(dòng)斷開(kāi) 低于70 時(shí) 自動(dòng)閉合 紅燈 黃燈是指示燈 圖6 通過(guò)的電流必須較小 所以R1 R2起 作用 R3是發(fā)熱電阻 由于煮飯前溫度低于70 所以S2是 填 斷開(kāi)的 或 閉合的 接通電源并按下S1后 黃燈滅而紅燈亮 R3發(fā)熱 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí) S2斷開(kāi) 當(dāng)溫度達(dá)到103 時(shí)飯熟 S1斷開(kāi) 當(dāng)溫度降到70 以下時(shí) S2閉合 電飯煲處于保溫狀態(tài) 由以上描述可知R2 R3 填 或 若用電飯煲燒水時(shí) 直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi) 試解釋此現(xiàn)象 答案 解析 圖6 見(jiàn)解析 R1 R2起的作用是限流 防止指示燈 氖泡 因電流過(guò)大而燒毀 S2是自動(dòng)控制溫度開(kāi)關(guān) 當(dāng)溫度低于70 時(shí)自動(dòng)閉合 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí)又自動(dòng)斷開(kāi) 使電飯煲處于保溫狀態(tài) 由于R3的功率較大 因此R2 R3 由于開(kāi)關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103 時(shí)才自動(dòng)斷開(kāi) 而水的沸點(diǎn)只有100 因此用電飯煲燒水時(shí) 直到水被燒干后S1才會(huì)斷開(kāi) 三 信息社會(huì)離不開(kāi)傳感器智能式傳感器集信息 信息 信息 邏輯思維和判斷功能于一身 把計(jì)算機(jī) 各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制在同一塊芯片上 即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器 四 遙測(cè)與遙感遙感遙測(cè)的基本原理是通過(guò)遙感傳感器對(duì)觀(guān)測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的 進(jìn)行遠(yuǎn)距離收集 轉(zhuǎn)換 用計(jì)算機(jī)處理 識(shí)別 得出結(jié)論 主要應(yīng)用在地球資源勘測(cè) 環(huán)境監(jiān)控 氣象預(yù)報(bào) 軍事偵察等方面 檢測(cè) 處理 記憶 電磁波 熱輻射 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 2 1 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 多選 壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小 一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置 如圖7甲所示 將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi) 受壓面朝上 在上面放一物體m 升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0 某過(guò)程中電流表的示數(shù)如圖乙所示 則在此過(guò)程A 物體處于失重狀態(tài)B 物體處于超重狀態(tài)C 升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)D 升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng) 答案 解析 圖7 1 2 3 電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變 說(shuō)明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小 壓敏電阻所受壓力變大 物體處于超重狀態(tài) 即物體具有向上的加速度 B D正確 A C錯(cuò)誤 1 2 3 2 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 在家用電熱滅蚊器中 電熱部分主要元件是PTC元件 PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器 其電阻率 隨溫度t的變化關(guān)系如圖8所示 由于這種特性 PTC元件具有發(fā)熱 保溫雙重功能 對(duì)此 以下判斷正確的是 通電后 其電功率先增大后減小 通電后 其電功率先減小后增大 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí) 溫度保持在t1不變 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí) 溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A B C D 圖8 答案 解析 1 2 3 當(dāng)溫度由零升到t1的過(guò)程中 PTC的電阻率 隨溫度升高而減小 其電阻R隨之減小 由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變 滅蚊器的熱功率P隨之增大 當(dāng)t t1時(shí) P P1達(dá)到最大 當(dāng)溫度繼續(xù)升高 增大 R增大 P減小 而溫度越高 其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大 電熱滅蚊器的散熱功率P 也就越大 因此在這之間的某一溫度t3會(huì)有P P3 P 即電熱功率P減小到等于散熱功率時(shí) 即達(dá)到保溫 當(dāng)t t3時(shí) P P 使溫度自動(dòng)升高到t3 當(dāng)t t3時(shí) P P 使溫度自動(dòng)降到t3 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫 正確選項(xiàng)為D 1 2 3 3 傳感器的應(yīng)用分析 如圖9所示是一種自動(dòng)控制水溫的裝置 加熱電路的兩個(gè)端點(diǎn)P Q應(yīng)接到觸頭a b上還是c d上 熱敏電阻兩端M N應(yīng)接到哪兩個(gè)觸頭上 答案 解析 圖9 見(jiàn)解析 1 2 3 P Q應(yīng)該分別接在觸頭a b上 同時(shí) M N應(yīng)該分別接e f 其工作原理是 當(dāng)水溫升高時(shí) 熱敏電阻阻值減小 電磁鐵中電流增大 吸引力增大 使銜鐵被吸下 a b斷開(kāi) 使加熱裝置停止加熱 當(dāng)水溫降低到一定程度時(shí) 熱敏電阻阻值增大 電磁鐵中電流減小 吸引力減小 銜鐵被彈簧彈上去 使a b之間連接 加熱裝置開(kāi)始加熱 從而實(shí)現(xiàn)水溫控制 1 2 3