2017_2018高中物理第三章傳感器第一節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器第二節(jié)傳感器的原理學(xué)案粵教版選修.docx

第一節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器第二節(jié)傳感器的原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解傳感器的概念和種類，知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的技術(shù)意義.2.知道常見敏感元件的工作原理.3.通過實(shí)驗(yàn)了解溫度傳感器、光電傳感器的工作原理，感悟基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用的重要性一、傳感器及傳感器的分類導(dǎo)學(xué)探究(1)當(dāng)你走進(jìn)一座大樓時(shí)，大堂的自動(dòng)門是如何“看到”你而自動(dòng)打開的？(2)你知道小轎車上都有哪些傳感器嗎？答案(1)人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動(dòng)控制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)門(2)有速度、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器等知識(shí)梳理(1)傳感器是把非電學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件認(rèn)識(shí)傳感器就是明確傳感器如何“感受”非電學(xué)量，常見的“感受”方式有改變接入電路的電阻、電容等(2)傳感器的組成：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成(如圖1所示，以話筒為例)圖1(3)傳感器的分類按被測(cè)量進(jìn)行劃分，可分為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負(fù)荷傳感器、扭矩傳感器等按傳感器的工作原理進(jìn)行劃分，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、渦流式傳感器、動(dòng)圈式傳感器、磁電式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器等按能量傳遞方式進(jìn)行劃分，可分為有源傳感器和無源傳感器兩大類即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的()(2)傳感器不能感知?dú)馕?)(3)傳感器只能通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)()(4)金屬材料也可以制成傳感器()答案(1)(2)(3)(4)二、溫度傳感器的原理導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？圖2答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏知識(shí)梳理(1)溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置(2)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)熱敏電阻是將溫度的高低這一熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這一電學(xué)量()(2)利用溫度傳感器可測(cè)較低或較高的溫度()(3)利用溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制()(4)電飯煲蒸米飯，是根據(jù)蒸米飯的經(jīng)驗(yàn)時(shí)間，來設(shè)計(jì)固定的蒸飯時(shí)間()答案(1)(2)(3)(4)三、光電傳感器的原理導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示圖3(1)有光照射和無光照射時(shí)，光敏電阻ROS的阻值有何不同？(2)改變光的照射強(qiáng)度，光敏電阻ROS的阻值有何變化？答案(1)無光照射時(shí)，光敏電阻ROS電阻較大，電流表讀數(shù)較小；有光照射時(shí)，光敏電阻ROS電阻較小，電流表讀數(shù)較大(2)ROS電阻隨光照的增強(qiáng)而減小知識(shí)梳理1光電傳感器是一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器2光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，其特點(diǎn)為光照越強(qiáng)，電阻越小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱變化，光照越強(qiáng)電阻越小()(2)有光照在光敏電阻上，電阻上的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)()(3)光敏電阻的阻值只會(huì)隨人造光的強(qiáng)弱而變化，不能感知自然光的變化()答案(1)(2)(3)一、傳感器的理解1傳感器的原理：2在分析傳感器時(shí)要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的例1如圖4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(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化？圖4答案見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)減小二、對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用例2(多選)在溫控電路中，通過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5A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DR1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UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場(chǎng)強(qiáng)E，QCU2可知Q、E都增大，故A正確，C錯(cuò)誤例3(多選)如圖6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6A電壓表的示數(shù)增大BR2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)誤因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故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小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動(dòng)態(tài)分析步驟(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光線強(qiáng)弱)是增大還是減小(2)分析整個(gè)回路的電阻的增減，電流的增減(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化.1關(guān)于傳感器，下列說法正確的是 ()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傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號(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如圖7所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是()圖7A當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析滑動(dòng)觸頭P左移，其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R減小，最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果選擇題(15題為單選題，69題為多選題)1霍爾元件能()A把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量B把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量C把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量D把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量答案B解析根據(jù)霍爾元件的工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，所以，它將磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量，故B正確2.如圖1所示，R3是光敏電阻(光照時(shí)電阻變小)，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則()圖1Aa點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)Ba點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)Ca點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì)Da點(diǎn)電勢(shì)和b點(diǎn)電勢(shì)的大小無法比較答案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)，故A正確3.如圖2所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動(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)著話筒說話時(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2A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)，故A正確4溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的如圖3甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E9V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20時(shí)，電流表的示數(shù)I12mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I23.6mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是()圖3A60B80C100D120答案D解析在20時(shí)，E(RgR1)I1，得Rg500，在溫度為t時(shí)，E(RgR2)I2，代入數(shù)據(jù)得R22000，從題圖乙中可以看出t120，故選D.5.在輸液時(shí)，藥液有時(shí)會(huì)從針口流出體外，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一種報(bào)警裝置，電路如圖4所示M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時(shí)其電阻RM發(fā)生變化，導(dǎo)致S兩端的電壓U增大，裝置發(fā)出警報(bào)，此時(shí)()圖4ARM變大，且R越大，U增大越明顯BRM變大，且R越小，U增大越明顯CRM變小，且R越大，U增大越明顯DRM變小，且R越小，U增大越明顯答案C解析當(dāng)RM變大時(shí)，回路的總電阻R總變大，根據(jù)I總，得干路中的電流減小，S兩端的電壓UI總RS減小，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)RM變小時(shí)，回路的總電阻R總變小，根據(jù)I總，得干路中的電流增大，S兩端的電壓UI總RS增大，而且R越大，RM變小時(shí)，對(duì)回路的總電阻變化的影響越明顯，即U增大越明顯，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤6.如圖5所示為一種自動(dòng)跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度B1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，C、O間距離為10cm.當(dāng)磁場(chǎng)力為0.2N時(shí)，閘刀開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳開則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向?yàn)?)圖5A電流方向COB電流方向OCC電流大小為2AD電流大小為1A答案BC解析只有當(dāng)OC受到向左的安培力時(shí)，閘刀才能自動(dòng)跳開，根據(jù)左手定則知電流的方向是OC，CO所受安培力大小為F安BIL1I0.1N0.2N，從而解得I2A.7.如圖6所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)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)，下列說法中正確的是 ()圖6A當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由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，光敏電阻阻值越小當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由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8電容式傳感器是用來將非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，如圖7所示是四個(gè)電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個(gè)傳感器的作用，下列說法正確的是()圖7A甲圖的傳感器可以用來測(cè)量角度B乙圖的傳感器可以用來測(cè)量液面的高度C丙圖的傳感器可以用來測(cè)量壓力D丁圖的傳感器只能用來測(cè)量速度答案ABC9.壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小，某位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖8所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電