高中物理 第三章 傳感器 2 溫度傳感器和光傳感器學(xué)案 教科版選修3-2

1、2 溫度傳感器和光傳感器目標(biāo)定位1.了解各種溫度傳感器的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用.2.了解各種光傳感器的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用.一、溫度傳感器1.作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.2.常見(jiàn)的溫度傳感器(1)熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時(shí)，雙金屬片變形，可控制電路的通斷.應(yīng)用：日光燈啟動(dòng)器，電機(jī)、電冰箱保護(hù)等.(2)熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當(dāng)外界溫度t發(fā)生變化時(shí)，其電阻值按RR0(1t)的規(guī)律變化(為溫度系數(shù)，R0為t0時(shí)導(dǎo)體的電阻).應(yīng)用：測(cè)溫度、測(cè)流量等.(3)熱敏電阻傳感器原理：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，

2、其熱敏特性在上節(jié)已有探究.應(yīng)用：測(cè)量、溫度控制或過(guò)熱保護(hù)等.分類(lèi)：正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC)，它的電阻隨溫度升高而增大.負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，它的電阻隨溫度的升高而減小.深度思考熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而減小？答案不是.正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)在溫度升高時(shí)電阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)在溫度升高時(shí)電阻值減小.例1傳感器在日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，溫度傳感器(實(shí)質(zhì)是自動(dòng)開(kāi)關(guān))是其中的一種某一食品消毒柜就是利用溫度傳感器來(lái)自動(dòng)控制電路的常溫下，該溫度傳感器是閉合的；當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器自動(dòng)斷開(kāi)，從而切斷整個(gè)電

3、路下列關(guān)于該消毒柜的幾種電路圖中(圖中S為電源開(kāi)關(guān))，連接正確的是()解析A電路中，當(dāng)溫度升高到某一設(shè)定值時(shí)，電路會(huì)斷開(kāi)；B、C、D電路中，溫度升高到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器會(huì)斷開(kāi)，但整個(gè)電路不會(huì)斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)S閉合后，消毒柜開(kāi)始工作，當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器自動(dòng)斷開(kāi)，整個(gè)電路也斷開(kāi)，所以A選項(xiàng)正確答案A 二、光傳感器1.光電傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類(lèi)傳感器，一般以光敏電阻為主要元件，因?yàn)楣饷綦娮桦娮柚惦S光照增強(qiáng)而減小，將光敏電阻連接到電路中時(shí)，光照改變就會(huì)引起電路中其他電學(xué)量的改變，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào).2.應(yīng)用：光電式煙塵濃度計(jì)、光電式轉(zhuǎn)速表.例2如圖1所示為光電式煙塵濃度計(jì)

4、的原理圖，試說(shuō)明其工作原理.圖1解析光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強(qiáng)度相等的光線.一路光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7上，產(chǎn)生作為被測(cè)煙塵濃度的參比信號(hào).另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過(guò)被測(cè)煙塵5到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱.兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U1、U2，如果U1U2，說(shuō)明被測(cè)的光路上沒(méi)有煙塵，相反，如果U1、U2相差較大，說(shuō)明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測(cè)煙塵的濃度.答案見(jiàn)解析例3如圖2所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)()圖2A.電壓表的示數(shù)增大B.

5、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解析當(dāng)照射光強(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，電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，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，則小燈泡的功率增大，故C項(xiàng)正確.答案ABC解決含有熱敏電阻、光敏電阻的直流電路動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題：(1)明確熱敏電阻、光敏電阻的電阻特性；(2)解題思路：R局R總I總U端1.(溫度傳感器的應(yīng)用)(多選)如圖3所示為電阻R隨溫度t變化的圖線，下列

6、說(shuō)法中正確的是()圖3A.圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B.圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C.圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高D.圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高答案BD2.(溫度傳感器的應(yīng)用)圖4是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖.其中R2為用負(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(bào)警器.當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是()圖4A.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處出現(xiàn)火情，溫度升高，R2減小，導(dǎo)致R2兩端電壓減小，

7、通過(guò)R3的電流減小，路端電壓U減小.3.(光傳感器的應(yīng)用)街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，它們是利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用答案B解析街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷.4.(光傳感器的應(yīng)用)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5A.進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋

8、了光線，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.發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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.發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，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，部分光線照在三極管上使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，故C對(duì).題組一溫度傳感器1(多選)關(guān)于電飯鍋的說(shuō)法正確的是()A電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵B鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時(shí)失去鐵磁性C用電飯鍋燒水，水開(kāi)時(shí)能自動(dòng)斷電D用電飯鍋煮飯時(shí)，若溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷

9、電后，它不能自動(dòng)復(fù)位答案BD解析電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A錯(cuò)，B選項(xiàng)正確；因水開(kāi)時(shí)溫度約為100，達(dá)不到居里溫度，故不能自動(dòng)斷電，則選項(xiàng)C錯(cuò)；溫控開(kāi)關(guān)只能手動(dòng)閉合，故D正確2.在防治“非典”期間，在機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過(guò)紅外線遙感，可檢測(cè)出經(jīng)過(guò)它時(shí)的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播.關(guān)于紅外線熱像儀，下列說(shuō)法正確的是()A.選擇紅外線進(jìn)行檢測(cè)，主要是因?yàn)榧t外線具有熒光效應(yīng)B.紅外線熱像儀通過(guò)發(fā)射紅外線照射人體來(lái)檢測(cè)的C.紅外線熱像儀同時(shí)還具有殺菌作用D.一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同答案D解析

10、紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D正確.3.(多選)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1所示，由于這種特性，使PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.以下判斷正確的是()圖1A.通電后，其電功率先增大后減小B.通電后，其電功率先減小后增大C.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D.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之間的某一值不變答案AD解析當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過(guò)程中，電阻器的電阻率隨溫度的升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在電熱滅

11、蚊器上的電壓U保持不變，電熱滅蚊器的電功率P隨之增大，當(dāng)tt1時(shí)，PP1達(dá)到最大.當(dāng)溫度由t1升高到t2的過(guò)程中，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，高于環(huán)境溫度的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PP3P，即電功率P減小到等于散熱功率時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng)tP，使溫度自動(dòng)升高到t3；當(dāng)tt3，PP，使溫度自動(dòng)降為t3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫.故選A、D.4.小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無(wú)法自動(dòng)控制.經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒(méi)有故障.參照?qǐng)D2，下列對(duì)故障判斷正確的是()圖2A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B.只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故

12、障C.熱敏電阻和溫度設(shè)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解析由恒溫箱原理可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都會(huì)向控制器傳遞錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，故C正確，A、B錯(cuò)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(huì)使溫度持續(xù)升高，故D錯(cuò)誤.題組二光傳感器的應(yīng)用5.(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3A.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懘鸢窤D解析嚴(yán)

13、重污染時(shí)，透過(guò)污水照到LDR上的光線較少，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的電阻值，D對(duì).6.如圖4所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為，則可判斷()圖4A.B.C.D.不能確定答案B解析光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，表針的偏轉(zhuǎn)角度變小.7.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，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

14、距不變，閉合開(kāi)關(guān)S后，下列說(shuō)法中正確的是()圖5A.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(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，使其電阻減小，則流過(guò)二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R的阻值減小，通過(guò)燈泡L的電流增大，則L消耗的功率增大，A正確，B、D錯(cuò)誤；當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，可分析出L消耗的功率變小，C錯(cuò)誤.8.(多選)如圖6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()圖6A.當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次答案AC解析光電計(jì)數(shù)器工作原理：當(dāng)有物體擋住射到光敏電阻R1的光照時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，計(jì)數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計(jì)一個(gè)數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)的目的.9.如圖7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