2020-2021人教物理3-2教師用書(shū)：第6章 章末綜合提升含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年人教物理選修3-2教師用書(shū)：第6章章末綜合提升含解析［體系構(gòu)建]傳感器及常見(jiàn)敏感元件1.傳感器傳感器是能夠把易感受的力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為容易進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制的電壓、電流等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路通斷的一類元件．原理如下所示：2．光敏電阻光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其特點(diǎn)是在被光照射時(shí)電阻會(huì)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻減小，光照減弱電阻增大,其作用是把光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．3．熱敏電阻和金屬熱電阻金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而增大．其特點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大,但靈敏度較差．熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率對(duì)溫度非常敏感．熱敏電阻有正溫度系數(shù)（PTC熱敏電阻）、負(fù)溫度系數(shù)（NTC熱敏電阻)兩種．正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。饘贌犭娮韬蜔崦綦娮瓒寄馨褵釋W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．4．電容器平行板電容器的電容大小與極板正對(duì)面積、極板間距及電介質(zhì)材料有關(guān)，電容器可以感知引起電容變化的任一外界信息并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電容變化．例如，當(dāng)極板受力時(shí)會(huì)改變極板間距，從而引起電容變化．5．霍爾元件霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這一電學(xué)量，霍爾電壓UH＝keq\f（IB，d）.【例1】如圖甲所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感）的I。U關(guān)系曲線圖．(1）為了通過(guò)測(cè)量得到如圖甲所示I。U關(guān)系的完整曲線，在圖乙(a)和（b)兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是;簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：.（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0~100Ω)甲乙（2)在圖所示電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω.由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為V;電阻R2的阻值為Ω.（3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子．[解析](1)由于I。U關(guān)系圖線中電壓從0調(diào)至所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大,所以應(yīng)選擇(a）．(2)由題圖知，R2與熱敏電阻串聯(lián)后與R1并聯(lián)接在9V電源上，總電流I＝70mA,R1＝250Ω.設(shè)通過(guò)熱敏電阻的電流為I2,通過(guò)R1的電流為I1，則I＝I1＋I(xiàn)2，故I2＝I－I1＝eq\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(70－\f(9,250）×103)）mA＝34mA。由圖象查得34mA對(duì)應(yīng)的電壓為5.3V,R2兩端電壓U2＝（9－5.3)V＝3.7V，所以R2＝eq\f（3。7V，34×10－3A）＝108.8Ω.（3)應(yīng)用熱敏電阻的例子很多，如恒溫箱，自動(dòng)孵化器，熱敏溫度計(jì)等．[答案](1）（a)電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大（2）5。2108.8（108.6～109.0均可）（3)恒溫箱,自動(dòng)孵化器，熱敏溫度計(jì)等eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練］）1．有一熱敏電阻的電阻值在t1~t4的溫度變化范圍內(nèi)，R。t圖象如圖所示．現(xiàn)將該熱敏電阻接在歐姆表的兩表筆上,做成一個(gè)電阻溫度計(jì)．為了便于讀數(shù)，再把歐姆表上的電阻值轉(zhuǎn)換成溫度值．現(xiàn)在要使該溫度計(jì)對(duì)溫度的變化反應(yīng)較為靈敏,那么該溫度計(jì)測(cè)量哪段范圍內(nèi)的溫度較為適宜(設(shè)在t1～t4溫度范圍內(nèi),歐姆表的倍率不變）（）A．t1~t2 B．t2～t3C．t3～t4 D．都可以B[由題圖可知熱敏電阻的電阻值隨溫度的升高而增大，在t2～t3溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的變化較大,即電阻值對(duì)溫度的變化較為靈敏，故選B。］傳感器在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用以傳感器為橋梁可以將多方面的物理知識(shí)整合在一起,在實(shí)際問(wèn)題中既可以直接考查傳感器知識(shí)，也可以考查敏感元件的敏感特性,幾種傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識(shí)，如表：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力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與直流電路電容傳感器電容器力、運(yùn)動(dòng)與含電容電路【例2】青島奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能．用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制．光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡(jiǎn)化模型，可以近似認(rèn)為,照射光較強(qiáng)(如白天）時(shí)電阻幾乎為0；照射光較弱（如夜晚）時(shí)電阻接近于無(wú)窮大．利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開(kāi)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉,夜晚打開(kāi)．電磁開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接．當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于等于50mA時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，3、4斷開(kāi)；電流小于50mA時(shí)，3、4接通．勵(lì)磁線圈中允許通過(guò)的最大電流為100mA.（1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路,在下面虛線框中畫(huà)出電路原理圖．光敏電阻R1,符號(hào)燈泡L，額定功率40W,額定電壓36V，符號(hào)eq\o（\s\up7（?），\s\do5（L）)保護(hù)電阻R2，符號(hào)電磁開(kāi)關(guān)，符號(hào)蓄電池E,電壓36V，內(nèi)阻很小開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干（2)回答下列問(wèn)題：①如果勵(lì)磁線圈的電阻為200Ω，勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為Ω。②在有些應(yīng)用電磁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí)，接線柱3、4之間從斷開(kāi)變?yōu)榻油ǎ疄榇?電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明．答：。③任意舉出一個(gè)其他的電磁鐵應(yīng)用的例子．答:.［解析](1）電路原理如圖所示．(2)①由題意知：U＝IR＝0。1A×200Ω＝20V;R2的阻值最小時(shí)流過(guò)勵(lì)磁線圈的電流最大，即Imax＝eq\f(E,R＋Rmin)，解得Rmin＝160Ω;R2的阻值最大時(shí)流過(guò)勵(lì)磁線圈的電流最小，即Imin＝eq\f（E,R＋Rmax)，解得Rmax＝520Ω.故保護(hù)電阻R2的阻值范圍為160～520Ω.②把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)磁鐵吸合鐵片時(shí)，3、4之間接通；不吸合時(shí)，3、4之間斷開(kāi)．③電磁起重機(jī)(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電鈴等合理答案均可)．[答案](1）見(jiàn)解析（2）①20160～520②把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)磁鐵吸合鐵片時(shí)，3、4之間接通，不吸合時(shí),3、4之間斷開(kāi)③見(jiàn)解析[一語(yǔ)通關(guān)］1傳感器中的敏感元件用于接收非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。2傳感器一般用于有害于人體或人不能輕易到達(dá)的環(huán)境.3在不同的儀器中所使用的傳感器一般不同，其原理也不盡相同，但都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.eq\O（[跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖是測(cè)量汽車質(zhì)量的地磅示意圖，汽車的質(zhì)量可通過(guò)電流表的示數(shù)讀出，下列說(shuō)法正確的是（)A．電流表的示數(shù)越大說(shuō)明被測(cè)汽車質(zhì)量越大B．電流表的示數(shù)越大說(shuō)明被測(cè)汽車質(zhì)量越小C．把圖中的電流表?yè)Q成電壓表同樣能測(cè)量汽車的質(zhì)量D．地磅的最大量程只由彈簧的勁度系數(shù)決定，與電路的有關(guān)參數(shù)無(wú)關(guān)A［汽車質(zhì)量越大，彈簧受到的壓力就越大,P點(diǎn)越向下,連入電路的電阻就越小，所以電流表的示數(shù)就越大，故A正確，B錯(cuò)誤；如果換成電壓表，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻較