2024-2025學(xué)年高中物理第三章傳感器章末綜合提升學(xué)案教科版選修3-2

PAGE4-第三章傳感器[體系構(gòu)建][核心速填]1．傳感器及其工作原理(1)定義：將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或限制電路的通斷的元件．(2)敏感元件①熱敏電阻和金屬熱電阻——溫度傳感器．②光敏電阻——光傳感器．③應(yīng)變片——力傳感器．④雙金屬片——溫度傳感器．2．傳感器的應(yīng)用(1)工作模式：傳感器——放大轉(zhuǎn)換電路→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(執(zhí)行機(jī)構(gòu),顯示器,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)))(2)應(yīng)用(3)利用斯密特觸發(fā)器將連續(xù)變更的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號(hào)．常見(jiàn)敏感元件及其特性1.光敏電阻光敏電阻在被光照耀時(shí)電阻發(fā)生變更，光照增加電阻減小，光照減弱電阻增大．2．金屬熱電阻金屬熱電阻的電阻率隨溫度上升而增大．3．熱敏電阻熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)兩種．正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度上升而增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度上升而減?。?．電容平行板電容器的電容與極板面積、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更的任一外界信息，并將其轉(zhuǎn)化為電容變更，例如，當(dāng)極板受力時(shí)會(huì)變更極板間距，從而引起電容變更．【例1】如圖所示，有的計(jì)算機(jī)鍵盤的每一個(gè)鍵下面都連一小塊金屬片，與該金屬片隔有肯定空隙還有另一塊小的固定金屬片，這兩塊金屬片組成一個(gè)小電容器，該電容器的電容C可用公式C＝eeq\f(S,d)計(jì)算，式中常量e＝9×10－12F·m－1，S表示金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離．當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變更，與之相連的電子線路就能檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)．設(shè)每個(gè)金屬片的正對(duì)面積為50mm2，鍵未被按下時(shí)兩金屬片間的距離為0.6mm.假如電容變更了0.25pF，電子線路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則鍵至少要被按下________mm.解析：計(jì)算機(jī)鍵盤是一個(gè)電容傳感器，由題意知它是靠變更兩極板間距從而變更電容，得到相應(yīng)的電信號(hào)．又因兩極板間距減小，電容變大，設(shè)原間距為d0，按下鍵后間距為d時(shí)電子線路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則依據(jù)C＝eeq\f(S,d)，ΔC＝eSeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,d)－\f(1,d0)))得d＝eq\f(eSd0,ΔC·d0＋eS)＝eq\f(9×10－12×50×10－6×0.6×10－3,0.25×10－12×0.6×10－3＋9×10－12×50×10－6)m＝0.45×10－3m＝0.45mm所以鍵至少要被按下的距離為0.6mm－0.45mm＝0.15mm.答案：0.15[跟進(jìn)訓(xùn)練]1.如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)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(dāng)有人通過(guò)而遮擋光線時(shí)，A、B之間電壓增大②當(dāng)有人通過(guò)而遮擋光線時(shí)，A、B之間電壓減?、郛?dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，A、B之間的電壓增大④當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí)，A、B之間的電壓增大A．①③ B．①④C．②③ D．②④C[R1是光敏電阻，有光照耀時(shí)，阻值變小，當(dāng)有人通過(guò)而遮擋光線時(shí)，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(cuò)誤，②正確；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故③正確；當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí)，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故④錯(cuò)誤．故應(yīng)選C.]傳感器的應(yīng)用1.傳感器的應(yīng)用過(guò)程包括三個(gè)環(huán)節(jié)：感、傳、用(1)“感”是指?jìng)鞲衅鞯拿舾性袘?yīng)信息，并轉(zhuǎn)化為電學(xué)量．(2)“傳”是指通過(guò)電路等將傳感器敏感元件獲得并轉(zhuǎn)化的電學(xué)信息傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)．(3)“用”是指執(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．2．處理與傳感器有關(guān)的電路設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，可將整個(gè)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(dòng)態(tài)分析有關(guān))；(3)執(zhí)行電路．【例2】如圖所示是一種水位自動(dòng)報(bào)警器的原理示意圖，當(dāng)杯中的水的水位到達(dá)金屬塊B時(shí)，出現(xiàn)的狀況是()A．L1燈亮 B．L2燈亮C．L1、L2兩燈同時(shí)亮 D．L1、L2兩燈都不亮B[由電路結(jié)構(gòu)可以看出，當(dāng)杯中的水的水位到達(dá)B時(shí)，左側(cè)電路被接通，這樣螺線管就產(chǎn)生磁場(chǎng)，相當(dāng)于一個(gè)磁鐵，對(duì)與彈簧相連的銜鐵產(chǎn)生吸引作用，使之向下移動(dòng)，這樣L2電路被接通，故B正確．][跟進(jìn)訓(xùn)練]2．氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測(cè)．它的電阻隨一氧化碳濃度的變更而變更，在如圖甲所示的電路中，不同的一氧化碳濃度對(duì)應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對(duì)應(yīng)關(guān)系，視察儀表指針就能推斷一氧化碳濃度是否超標(biāo)，有一種氧化錫傳感器，其技術(shù)資料中給出的是電導(dǎo)(即電阻的倒數(shù))——濃度曲線如圖乙，電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是()甲乙B[當(dāng)一氧化碳濃度增大時(shí)，傳感器的電導(dǎo)增大，電阻R傳減小，由閉合電路歐姆定律知，電路中的電流I＝E/(R0＋R＋R傳＋r)增大，電壓表的示數(shù)U0＝IR0＝eq\f(ER0,R0＋R＋R