2017_2018學年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會同步備課(課件學案)(打包6套)滬科版.zip
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學案3 章末總結(jié)
一、常見敏感元件的特點及應用
1.光敏電阻:光敏電阻的阻值與所受光照的強度有關,光照增強阻值減小,光照減弱阻值增大.
2.熱敏電阻:熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負溫度系數(shù)和臨界溫度系數(shù)三種.正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大,負溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。?
3.霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量.
例1 如圖1所示是一火警報警器的部分電路示意圖.其中R2為用半導體負溫度系數(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 ( )
圖1
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
答案 D
解析 R2所在處出現(xiàn)火情時,溫度升高,則R2的阻值減?。甊2↓→R總↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓,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.
針對訓練 如圖2所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置,R1為光敏電阻,R2為定值電阻,A、B接監(jiān)控裝置.則( )
①當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓升高 ②當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓降低?、郛攦H增大R2的阻值時,可增大A、B之間的電壓?、墚攦H減小R2的阻值時,可增大A、B之間的電壓
圖2
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
答案 C
解析 R1是光敏電阻,有光照射時,阻值變小,當有人通過而遮蔽光線時,R1的阻值變大,回路中的電流I減小,A、B間的電壓U=IR2減小,故①錯誤,②正確;由閉合電路歐姆定律得:U=E-I(R1+r),當僅增大R2的阻值時,電路中的電流減小,A、B間的電壓U增大,故③正確;當僅減小R2的阻值時,電路中的電流增大,A、B間的電壓U減小,故④錯誤,故應選C.
二、傳感器的應用
1.傳感器的應用
傳感器的應用過程包括三個環(huán)節(jié):感、傳、用.
(1)“感”是指傳感器的敏感元件感應信息,并轉(zhuǎn)化為電學量.
(2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲取并轉(zhuǎn)化的電學信息傳給執(zhí)行機構.
(3)“用”是指執(zhí)行機構利用傳感器傳來的信息進行某種顯示或某種動作.
2.傳感器電路問題的設計思路
處理與傳感器有關的電路設計問題時,可將整個電路分解為:
(1)傳感器所在的信息采集部分;
(2)轉(zhuǎn)化傳輸部分(這部分電路往往與直流電路的動態(tài)分析有關);
(3)執(zhí)行電路.
例2 小強用恒溫箱進行實驗時,發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高,無法自動控制.經(jīng)檢查,恒溫箱的控制器沒有故障.參照圖3,下列對故障判斷正確的是( )
圖3
A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障
B.只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障
C.熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(xiàn)故障
D.可能是加熱器出現(xiàn)故障
答案 C
解析 由恒溫箱原理圖可知,若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息,導致控制器發(fā)出錯誤指令,故C正確,A、B錯誤.若加熱器出現(xiàn)故障,只有一種可能,即不能加熱,而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高,故D錯誤.
例3 傳感器擔負著信息的采集任務,在自動控制中發(fā)揮著重要作用,傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(通常是電學量),例如熱敏傳感器,主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻,某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖4甲所示,圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖.問:
圖4
(1)為了使溫度過高時報警器鈴響,c應接在________(填“a”或“b”)處.
(2)若要使啟動報警的溫度提高些,應將滑動變阻器的滑片P向________移動(填“左”或“右”).
(3)如果在調(diào)試報警器達到最低報警溫度時,無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作,且電路連接完好,各電路元件都能處于工作狀態(tài),則造成工作電路實際不能工作的原因可能是__________________________________________________________.
答案 (1)a (2)左 (3)電源提供電壓太小,以至于電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度系數(shù)太大
解析 熱敏電阻RT在溫度升高時阻值變小,電路中電流變大,電磁鐵磁性增強,把右側(cè)銜鐵吸引過來,與a接觸,故c應接在a處;為使啟動報警的溫度提高,則應使電路中電阻更大,這樣使報警溫度提高,滑片應左移.
1.(傳感器的應用)如圖5所示是一種水位自動報警器的原理示意圖,當杯中的水的水位到達金屬塊B時,出現(xiàn)的情況是 ( )
圖5
A.L1燈亮 B.L2燈亮
C.L1、L2兩燈同時亮 D.L1、L2兩燈都不亮
答案 B
解析 由電路結(jié)構可以看出,當杯中的水的水位到達金屬塊B時,左端電路被接通,這樣螺線管就產(chǎn)生磁場,相當于一個磁鐵,對與彈簧相連的銜鐵產(chǎn)生吸引作用,使之向下移動,這樣L2電路被接通.
2.(傳感器的應用)一熱敏電阻在溫度為80℃時阻值很大,當溫度達到100℃時阻值就很小,今用一電阻絲給水加熱,并配以熱敏電阻以保持水溫在80℃到100℃之間,可將電阻絲與熱敏電阻并聯(lián),一并放入水中,如圖6所示,圖中R1為熱敏電阻,R2為電阻絲.請簡述其工作原理.
圖6
答案 見解析
解析 開始水溫較低時,R1阻值較大,電阻絲R2對水進行加熱;當水溫達到100℃左右時,R1阻值變得很小,R2被短路,將停止加熱;當溫度降低到80 ℃時,R1阻值又變得很大,R2又開始加熱.這樣就可達到保溫的效果.
3.(傳感器的應用)用如圖7所示的電磁繼電器設計一個高溫報警器,要求是:正常情況綠燈亮,有險情時電鈴報警,可供選擇的器材如下:熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線.
圖7
答案 如圖所示.
解析 將熱敏電阻、學生用電源、滑動變阻器、開關串聯(lián)接入繼電器的a、b端;將學生用電源與電鈴、綠燈泡分別接入c、d、e之間,正常情況時熱敏電阻阻值大,ab間電流小,電磁鐵磁性弱,ce接通,綠燈亮.溫度升高時,熱敏電阻阻值變小,ab間電流變大,電磁鐵磁性變強,吸住銜鐵,cd接通,ce斷開,綠燈滅,電鈴響.
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