2017_2018高中物理第三章传感器第一节认识传感器第二节传感器的原理学案粤教版选

第一节认识传感器第二节传感器的原理[学习目标] 1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转化成电学量的技术意义.2.知道常见敏感元件的工作原理.3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性．一、传感器及传感器的分类[导学探究] (1)当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？(2)你知道小轿车上都有哪些传感器吗？答案(1)人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门．(2)有速度、转速传感器、温度传感器、加速度传感器等．[知识梳理] (1)传感器是把非电学量变化转换为电学量变化的一种元件．认识传感器就是明确传感器如何“感受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等．(2)传感器的组成：一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．(如图1所示，以话筒为例)图1(3)传感器的分类①按被测量进行划分，可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等．②按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等．③按能量传递方式进行划分，可分为有源传感器和无源传感器两大类．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)所有传感器都是由半导体材料制成的．( )(2)传感器不能感知气味．( )(3)传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．( )(4)金属材料也可以制成传感器．( )答案(1)×(2)×(3)×(4)√二、温度传感器的原理[导学探究] 如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在R T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图2答案由于酒精蒸发，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．[知识梳理] (1)温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置．(2)热敏电阻：用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．②负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)热敏电阻是将温度的高低这一热学量转化为电阻这一电学量．( )(2)利用温度传感器可测较低或较高的温度．( )(3)利用温度传感器可以实现温度自动控制．( )(4)电饭煲蒸米饭，是根据蒸米饭的经验时间，来设计固定的蒸饭时间．( )答案(1)√(2)√(3)√(4)×三、光电传感器的原理[导学探究] 如图3所示图3(1)有光照射和无光照射时，光敏电阻R OS的阻值有何不同？(2)改变光的照射强度，光敏电阻R OS的阻值有何变化？答案(1)无光照射时，光敏电阻R OS电阻较大，电流表读数较小；有光照射时，光敏电阻R OS电阻较小，电流表读数较大．(2)R OS电阻随光照的增强而减小．[知识梳理]1．光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器．2．光敏电阻一般由半导体材料制成，其特点为光照越强，电阻越小．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小．( )(2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动．( )(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化．( )答案(1)√(2)×(3)×一、传感器的理解1．传感器的原理：非电学量→传感器(敏感元件、转换器件、转换电路)→电学量2．在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量；(3)是如何显示或控制开关的．例1 如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况．若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？图4答案见解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R 增大，电压表的示数增大．把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例2 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图5所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时( )图5A．电容器C的带电荷量增大B．电压表的读数增大C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大答案AB解析 当环境温度降低时，R 2变大，电路的总电阻变大，由I ＝E R 总知I 变小，又U ＝E －Ir ，电压表的读数U 增大，B 正确；又由P 1＝I 2R 1可知，R 1消耗的功率P 1变小，D 错误；电容器两板间的电压U 2＝U －U 1，U 1＝IR 1，可知U 1变小，U 2变大，由场强E ′＝U 2d，Q ＝CU 2可知Q 、E ′都增大，故A 正确，C 错误．例3 (多选)如图6所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图6A ．电压表的示数增大B ．R 2中电流减小C ．小灯泡的功率增大D ．电路的路端电压增大答案 ABC解析 当入射光强度增大时，R 3阻值减小，外电路电阻随R 3的减小而减小，R 1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A 项正确，D 项错误．因路端电压减小，而R 1两端电压增大，故R 2两端电压必减小，则R 2中电流减小，故B 项正确．结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C 项正确．含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小．(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减．(3)分析部分电路的电压、电流如何变化.1．关于传感器，下列说法正确的是 ( )A．所有传感器都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．水银温度计是一种传感器答案 B解析大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D 错．2．如图7所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是( )图7A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变答案 A解析滑动触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．选择题(1～5题为单选题，6～9题为多选题)1．霍尔元件能( )A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量答案 B解析根据霍尔元件的工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，所以，它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确．2.如图1所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b 两点等电势．当用光照射电阻R3时，则( )图1A．a点电势高于b点电势B．a点电势低于b点电势C．a点电势等于b点电势D．a点电势和b点电势的大小无法比较答案 A解析R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确．3.如图2所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ( )图2A．距离变化B．正对面积变化C．电介质变化D．电压变化答案 A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．4．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图3甲所示，电源的电动势E＝9V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表的示数I1＝2mA；当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻的温度是( )图3A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃答案 D解析在20℃时，E＝(R g＋R1)I1，得R g＝500Ω，在温度为t时，E＝(R g＋R2)I2，代入数据得R2＝2000Ω，从题图乙中可以看出t＝120℃，故选D.5.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图4所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M发生变化，导致S两端的电压U 增大，装置发出警报，此时( )图4A．R M变大，且R越大，U增大越明显B．R M变大，且R越小，U增大越明显C．R M变小，且R越大，U增大越明显D．R M变小，且R越小，U增大越明显答案 C解析当R M变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝ER总，得干路中的电流减小，S两端的电压U＝I总R S减小，故选项A、B错误；当R M变小时，回路的总电阻R总变小，根据I总＝ER总，得干路中的电流增大，S两端的电压U＝I总R S增大，而且R越大，R M变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，即U增大越明显，故选项C正确，选项D错误．6.如图5所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N 接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1T的匀强磁场中，C、O间距离为10cm.当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为( )图5A．电流方向C→O B．电流方向O→CC．电流大小为2A D．电流大小为1A答案BC解析只有当OC受到向左的安培力时，闸刀才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，CO所受安培力大小为F安＝BIL＝1×I×0.1N＝0.2N，从而解得I＝2A.7.如图6所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ( )图6A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大答案AD解析光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．8．电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图7所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )图7A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC11 9.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图8所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m ，电梯静止时电流表示数为I 0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图9甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是()图8图9A ．甲图表示电梯可能做匀速直线运动B ．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动C ．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动D ．丁图表示电梯可能做匀减速下降运动答案 AB解析 甲图中电流表示数和静止时相等，故可能做匀速直线运动，A 正确．乙图中电流表示数为2I 0，且保持不变，故压敏电阻所受压力增大，电阻变小，物体超重，电梯可能匀加速上升，B 正确．丙、丁图中电流表的示数随时间变化，故电梯的加速度是变化的，不可能是匀加速或匀减速，C 、D 错误．。