專題6-1傳感器單元知識(shí)脈絡(luò)與核心素養(yǎng)-2

(-)本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)(二)本章核心素養(yǎng)解析一、科學(xué)思維——傳感器的工作原理.傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如力、熱、磁、光、聲等，而它輸出的通常是電學(xué)量，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過(guò)放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作，傳感器原理如框圖所示：.傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用過(guò)程包括三個(gè)環(huán)節(jié)：感、傳、用“感”是指?jìng)鞲衅鞯拿舾性惺苄畔??！皞鳌笔侵竿ㄟ^(guò)電路等將傳感器敏感元件獲取的信息傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)?！坝谩笔侵笀?zhí)行機(jī)構(gòu)利用傳感器傳來(lái)的信息進(jìn)行某種顯示或某種動(dòng)作。(4)傳感器應(yīng)用的一般模式［例I］美國(guó)科學(xué)家WillardS.Boyle與GeorgeE.Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器。下列器件可作為傳感器的有()A.發(fā)光二極管B.熱敏電阻C.霍爾元件D.干電池【答案】BC【例2】如圖所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間，線圈中電流為/,線圈間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小3與/成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面，此時(shí)通過(guò)霍爾元件的電流為加與其前后表面相連的電壓表測(cè)出的霍爾電壓〃滿足：=式中k為霍爾系數(shù)，d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離。電阻R遠(yuǎn)大于用，霍爾元件的電阻可以忽略，則()A.霍爾元件前表面的電勢(shì)低于后表面B.若電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，電壓表將反偏C./〃與/成正比D.電壓表的示數(shù)與R”消耗的電功率成正比【答案】CD【解析】電子在霍爾元件中受到向里的洛倫茲力作用，故霍爾元件前表面的電勢(shì)要高于后表面的電勢(shì),選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向及霍爾元件的電流方向都將反向，電子在霍爾元件中受到的洛倫茲力仍向里，前表面的電勢(shì)仍高于后表面的電勢(shì)，電壓表不會(huì)反偏，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)電路連接方式知，電流二五盤I故電流與/成正比，選項(xiàng)c正確；因?yàn)?〃和8都與/成正比，由S/:喈知,5/與尸成正比，因?yàn)殡娮鑂?R〃，故流過(guò)電阻&的電流可認(rèn)為是干路電流/,其消耗的電功率為Pl=FRl、綜上所述可得Sy與Pl成正比，選項(xiàng)D正確。二、科學(xué)探究一常見(jiàn)的傳感器.幾種傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識(shí)，如下表2.幾種常見(jiàn)的傳感器傳感器種類敏感元件與之相聯(lián)系的物理知識(shí)光電傳感器光敏電阻直流電路動(dòng)態(tài)分析溫度傳感器熱敏電阻直流電路問(wèn)題力傳感器壓敏電阻等力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與直流電路電容傳感器電容力、運(yùn)動(dòng)與含容電路(1)紅外線傳感器：常用于家電遙控器、紅外測(cè)溫儀、生命探測(cè)器、自動(dòng)門等。(2)壓力傳感器：常用于電子秤、水位控制器等裝置。(3)溫度傳感器：主要元件是熱敏電阻或金屬熱電阻，常用于恒溫箱、電飯鍋等家用電器。(4)光電傳感器：主要元件是光敏電阻、光電管等，常用于火災(zāi)報(bào)警器、光控開(kāi)關(guān)等。(5)酒精濃度傳感器：測(cè)量呼氣的酒精含量就可以判斷其飲酒程度，交通警察使用這樣的酒精傳感器就能迅速、準(zhǔn)確地檢查出機(jī)動(dòng)車駕駛員是否酒后駕車。學(xué)科*網(wǎng)【例3】(2014?新課標(biāo)全國(guó)I,22)某同學(xué)利用圖(a)所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量〃?的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，如圖(b)所示。實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到，回答下列問(wèn)題：(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖(b)可知，a—圖線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，可能的原因是o(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證”在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是。鉤碼的質(zhì)最應(yīng)滿足的條件是o【答案】(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量［例4］用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻Rt,在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學(xué)將R7和兩個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮杌谩?連成圖1虛線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻取的阻值隨R?■所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì)，他采用伏安法測(cè)量在不同溫度下R/.的阻值，測(cè)量電路如圖1所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大。取的測(cè)量結(jié)果如下表所示。回答下列問(wèn)題：(1)根據(jù)圖1所示的電路，在圖2所示的實(shí)物圖上連線。(2)為了檢驗(yàn)&與溫度/之間近似為線性關(guān)系，在坐標(biāo)紙上作RL-t關(guān)系圖線。(3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示。電流表的讀數(shù)為,電壓表