2019版高中物理 第三章 传感器章末学案 教科版选修3-2
2018-2019学年高一物理选修3-2学案：第三章 传感器3章末总结
学案3章末总结传感器⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧定义：是把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置结构框图：――→非电信息敏感元件―→处理电路――→电信息敏感元件⎩⎪⎨⎪⎧力敏元件光敏元件热敏元件磁敏元件气敏元件应用⎩⎪⎨⎪⎧温度传感器光传感器洗衣机、电冰箱等电器中的传感器一、常见敏感元件的特点及应用1．光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强阻值减小，光照减弱阻值增大．2．金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．3．热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小． 4．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量．例1 如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图．其中R 2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a 、b 之间接报警器．当传感器R 2所在处出现火情时，显示器的电流I ，报警器两端的电压U 的变化情况是 ( )图1A ．I 变大，U 变大B ．I 变大，U 变小C ．I 变小，U 变大D ．I 变小，U 变小解析 R 2所在处出现火情时，温度升高，则R 2的阻值减小．R 2↓→R总↓→I 干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确．答案 D针对训练如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则()图2①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压A．①③B．①④C．②③D．②④答案 C解析R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误，故应选C.二、传感器的应用1．传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构．(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．2．传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路．例2传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻R T阻值随温度变化的图线如图3甲所示，图乙是由该热敏电阻R T作为传感器制作的简单自动报警器线路图．问：图3(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填“a”或“b”)处．(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”)．(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是______________________________________________________________．解析热敏电阻R T在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处；为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，这样使报警温度提高，滑片应左移．答案(1)a(2)左(3)电源提供电压太小，以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大例3一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图4甲所示．请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路．当温度高于某一值后红色指示灯亮，则温度低于这一值时绿色指示灯亮．图4给你的器材有：如图乙所示的继电器一个(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干等．解析由题图中甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，是负温度系数的热敏电阻．当温度低于这一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮．当温度高于这一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮，滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制．答案设计的控制电路如图所示．1．(常见敏感元件的特点及应用)如图5所示，R T为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是()图5①热敏电阻温度升高，其他条件不变②热敏电阻温度降低，其他条件不变③光照增强，其他条件不变④光照减弱，其他条件不变A．①③B．①④C．②③D．②④答案 D解析电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于R T阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．2．(传感器的应用)如图6所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是()图6A．L1灯亮B．L2灯亮C．L1、L2两灯同时亮D．L1、L2两灯都不亮答案 B解析由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．3．(传感器的应用)如图7所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R 0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k ，则所称物体的重量G 与电流大小I 的关系为 ( )图7A ．G ＝2kL －EkLIR 0B ．G ＝kL ＋EkLIR 0C ．G ＝EIR 0＋kLD ．G ＝kL答案 A解析 设放上物体后，滑片P 向下滑动x ，处于平衡． 由受力平衡得：G ＝kx① 由闭合电路欧姆定律得：(R 0＋L －xL R 0)I ＝E②由①②得：G ＝2kL －EkLIR 0.4．(传感器的应用)用如图8所示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线．图8答案 如下图所示．解析 将热敏电阻、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a 、b 端；将学生用电源与电铃、绿灯泡分别接入c 、d 、e 之间．正常情况时热敏电阻阻值大，ab 间电流小，电磁铁磁性弱，c 、e 接通，绿灯亮，温度升高时，热敏电阻阻值变小，a 、b 间电流变大，电磁铁磁性变强，吸住衔铁，c 、d 接通，c 、e 断开，绿灯灭，电铃响．。
2019版高中物理 第三章 传感器章末学案 教科版选修3-2
第三章传感器章末总结一、常见敏感元件的特点及应用1.光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强，电阻减小；光照减弱，电阻增大.2.热敏电阻和金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻两种，正温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而减小.例1如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图.其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 ( )图1A.I变大，U变大B.I变大，U变小C.I变小，U变大D.I变小，U变小答案 D解析R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小.R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确. 例2如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置.则( )图2①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压增大②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压减小③当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大④当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大A.①③B.①④C.②③D.②④答案 C解析R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误.故应选C.二、传感器的应用1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用.(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量.(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构.(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.2.处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路.例3如图3所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是 ( )图3A.L1灯亮B.L2灯亮C.L1、L2两灯同时亮D.L1、L2两灯都不亮答案 B解析由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左侧电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通，故B正确.。
精品2019高中物理第三章传感器1传感器2温度传感器和光传感器学案教科版选修3-2
1．传感器2．温度传感器和光传感器学习目标知识脉络1.了解传感器的概念、结构及各部分的作用．(难点)2.通过实验感知半导体热敏电阻的特性．(重点)3.了解干簧管的构造及作用．(重点)4.知道温度与光传感器常用的敏感元件及其在生活、生产中的应用．(重点)[自主预习·探新知][知识梳理]一、传感器2．敏感元件的原理(1)根据感知原理分类①物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应．②化学类：基于化学反应的原理．③生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能．(2)原理：大多数传感器是通过敏感元件把非电学量转变为电学量，或转化为电路的控制开关，从而实现方便的显示、记录、处理和控制．(3)应用实例半导体热敏电阻：具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量．常用于温度传感器．干簧管：感知磁场的敏感元件，常用于磁场控制开关．二、温度传感器和光传感器1．温度传感器(1)概念：温度传感器是把温度转换为电信号的传感器．(2)几种常用的温度传感器：①热双金属片温度传感器a．敏感元件：两种热膨胀系数相差较大的金属片焊接或轧制成的热双金属片．b．工作原理：温度升高时，由于两面金属膨胀程度不同，双金属片就会变形．因此热双金属片可作为温度的敏感元件．利用了热双金属片对温度的感知表现为形变的特性．②热电阻传感器a．敏感元件：用金属丝制作的感温电阻．(又叫热电阻)b．热电阻阻值与温度t的关系R＝R0(1＋θt)．(R0为t＝0 ℃时导体电阻，θ为温度系数)③热敏电阻传感器a．敏感元件：半导体热敏电阻．b．热敏电阻的分类：一种是随温度升高而电阻减小的热敏电阻，用NTC符号表示；另一类随温度升高而电阻增大的热敏电阻，用PTC 符号表示．c．特点及用途：热敏电阻对温度变化的响应很敏感，常用于测温、温度控制或过热保护．2．光传感器(1)概念光传感器是利用光敏电阻把光强这个光学量转换为电阻这个电学量，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小．(2)应用：火灾报警器、光电式转速器等都是利用了光电传感器来工作的．(3)两种实用的光传感器①光电式烟尘浓度计，靠监测烟尘浓度来工作．②光电式转速表光源发出的光经透镜会聚成平行光束照到被测旋转物体上，被反光纸反射回来，再经透镜聚焦落到光敏二极管上，产生与转速对应的电脉冲信号，经信号处理电路处理后，显示出转速．[基础自测]1．思考判断(1)传感器就是指敏感元件．(×）(2)传感器能把电信号转换成非电信号．(×）(3)家庭用的电视机遥控器属于红外线遥控．(√）(4)有光照射时，光敏电阻的阻值变大．(×）(5)热敏电阻在温度升高时阻值变小．(×）(6)金属热电阻在温度升高时阻值变小．(×）2．当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上．你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息 ( )A．温度B．运动C．人D．光线D[自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用．自动门实际使用的是红外线传感器，红外线不属于可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门．故选项D正确．]3．(多选)如图3-1-1所示为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是( )【导学号：24622096】图3-1-1A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高BD[由题图可知，图线1是金属热电阻的R-T图线，图线2是热敏电阻的R-T图线，根据它们的材料性质和图像特点可知，选项B、D正确．][合作探究·攻重难]对传感器的理解1.传感器的结构框图2．传感器的分类物理型传感器化学型传感器生物型传感器敏感元件被测物理量变化时，敏感元件的电学量(如电阻、电压、电容等)会发生明显变化敏感元件能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量工作利用物质的物理性质和物理效利用化学反应识别和检利用生物组织的各种原理应感知并检测出相关的信息测信息生物、化学与物理效应识别和检测信息实例如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等如气敏传感器、湿敏传感器等如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等如图3-1-2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3-1-2思路点拨：①由题图确定R′和R是串联，油量的变化会改变R的值．②当油箱中油量减少时，浮标下降，杠杆的左端下降，右端上翘，R的值变大．③串联电路中，电阻起分压作用．【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．【答案】见解析[针对训练]1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量C[传感器工作的一般流程为：非电学量(被),敏感元件(感知，然后通过),转换元件(转换成电信号，再通过),转换电路(将此信号转换成易于传输或测量的),电学量，因此A、B、D错，C对．]2. (多选)如图3-1-3所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化．关于干簧管，下列说法正确的是 ( )图3-1-3A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的CD[干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作为开关来使用、作为控制元件以实现自动控制的．]对温度传感器、光传感的理解及应用1.光传感器和温度传感器的不同传感器光传感器温度传感器定义能够感受光信号，并按一定规律转换成电信号的装置将温度变化转换为电学量变化的装置类型主要有光敏电阻、光敏晶体管、光电池等主要有热敏电阻、热电偶等两种电阻光敏电阻由半导体材料制成，光越强，电阻越小热敏电阻由半导体材料制成，NTC随温度升高，电阻减小；PTC随温度升高，电阻增大原理电学性质随光照变化而变化电学性质随温度变化而变化2.光敏电阻特性成因分析当光敏电阻受到光照射时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性明显地增强，电阻减小．3．热敏电阻的种类及特性曲线常见的有两种类型，图中3-1-4甲为PTC型，乙为NTC型．PTC型为正温度系数热敏电阻，NTC型为负温度系数热敏电阻．图3-1-4如图3-1-5所示，将一个光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射电阻时，表针自左向右偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的自左向右偏角为θ′，则可判断( )图3-1-5A．θ′＝θB．θ′＜θC．θ′＞θD．不能确定思路点拨：根据串并联电路特点及闭合电路欧姆定律进行分析．B[光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右的偏转角度变小，故B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.[针对训练]3.半导体的电阻率随温度的升高而减小，经常利用半导体的这一特性来制作传感器，如图3-1-6所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器．值班室的显示器为电路中的电流表，a、b 之间接报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 ( )图3-1-6A．I变大，U变大B．I变大，U变小C．I变小，U变小D．I变小，U变大C[当出现火情时，热敏电阻R3的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由U＝E－Ir可知，路端电压减小，则图中报警器两端的电压U将减小；因总电流增大，则R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过R2中的电流I减小，故选项C正确．]4．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图3-1-7所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )图3-1-7A．当有光照射R1时，处理系统获得低电压B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次BD[当光敏电阻有光照射时，电阻减小，故当有光照射R1时，R1减小，则电阻R2上的电压变大，故处理系统获得高电压，选项B正确，A错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故C错误，D正确．][当堂达标·固双基]1．下列关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的说法中，正确的是( )A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不是输出电学量C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求D[不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错，D对．] 2．如图3-1-8所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光．当用酒精灯加热电阻丝时，则关于发现小灯泡亮度变化以及发生这一现象的主要原因正确的是( )图3-1-8A．小灯泡变亮，小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡变亮，小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．小灯泡变暗，电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．小灯泡变暗，电源的电压随温度发生了变化C[用酒精灯加热电阻丝时，电阻丝的电阻率随温度升高而增大，电流减小，灯泡变暗．]3．光敏电阻能将光信号转化为电信号是因为( )A．光照强度发生变化时，光敏电阻的阻值也发生变化B．光照强度发生变化时，光敏电阻的体积也发生变化C．光照强度发生变化时，光敏电阻的长度也发生变化D．光照强度发生变化时，光敏电阻的横截面积也发生变化A[光敏电阻的特性是光照强度变化时，电阻率发生明显变化，而长度、体积、横截面积不发生变化，故光敏电阻阻值大小会发生变化，A正确．]4．用图3-1-9甲所示电路测量电流表的内阻，闭合开关S，当变阻器的滑片滑至c处时，电流表和电压表的读数分别为40 mA、9 V，已知图甲中热敏电阻的I-U关系图线如图3-1-9乙所示，则电流表的内阻为( )甲乙图3-1-9A．0.14 Ω B．85 ΩC．140 ΩD．225 ΩB[当电流表读数为40 mA时，说明热敏电阻的电流为40 mA，由题图知热敏电阻两端电压U R＝5.6 V，则电流表两端电压U＝9 V－5.6 V＝3.4 V，由欧姆定律得R mA＝\f(U,I)＝\f(3.4,40×10－3) Ω＝85 Ω，B正确．]。
教科版高中物理选修3-2学案：第三章 传感器1传感器 温度传感器和光传感器含答案
学案1 传感器 温度传感器和光传感器[学习目标定位] 1.知道传感器的定义，理解其工作原理.2.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理．1．用多用电表测电阻时，首先选择欧姆挡，然后进行欧姆调零，指针指在表盘的中值附近测得的阻值较准确．2．电阻率ρ是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越小，导电性能越好，定义式为ρ＝RS l. 3．平行板电容器的电容C ＝εr S4πkd.一、传感器1．定义：把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置． 2．结构：由敏感元件和处理电路组成． 二、敏感元件的原理敏感元件就其感知外界信息的原理而言，可分为如下几类： 1．物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应． 2．化学类：基于化学反应的原理．3．生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能． 三、温度传感器1．热双金属片温度传感器：针对热双金属片对温度的感知表现为形变的特性，常常用在温度控制装置中．2．热电阻传感器：电阻与温度关系为R ＝R 0(1＋θt )． 3．热敏电阻传感器：(1)NTC热敏电阻：温度升高，电阻减小．(2)PTC热敏电阻：温度升高，电阻增大．四、光传感器1．原理：有些金属或半导体材料在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化．2．应用：光电式烟尘浓度计、光电式转速表.一、传感器[问题设计]在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利，如马路上的路灯夜晚发光白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭；电冰箱启动后，会自动控制压缩机工作，使冰箱内保持所设定的低温……，这其中的“机关”是什么？答案在这些电路中分别安装了不同的传感器．[要点提炼]1．各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量．2．传感器的结构电信息――→→处理电路――→3．敏感元件能直接感受非电信息，并把其变换成易于测量的物理量，形成电信号．常见的敏感元件有力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等．4．处理电路能把微小的信号进行放大，并除去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的电学量．二、敏感元件的原理[问题设计]1．如图1所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t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，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？图1答案由于酒精蒸发，热敏电阻R t温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻R t温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．2．如图2所示连接电路．把磁铁靠近或远离干簧管，观察电路中所发生的现象．你认为干簧管起了什么作用？图2答案把磁铁靠近干簧管时，簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁．当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触，电路连通，灯亮．因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关．[要点提炼]1．热敏电阻是用半导体材料制成的，它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量．2．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件，在电路中的作用就是个由磁场控制的开关．三、温度传感器[问题设计]如图3所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属．图3(1)常温下，电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？答案(1)常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．[要点提炼]1．热双金属片温度传感器是由两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后组成．它对温度的感知表现为热双金属片的形变，可以用它控制电路的通断．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．3．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．4．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．四、光传感器1．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了红外光传感器．2．在环境监测、火灾报警等装置中通常利用光电式烟尘浓度计工作．3．在工农业生产、交通运输等行业中较多地采用光电式转速表进行转数的测量．一、对传感器的认识例1如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．图4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．(1)你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？解析(1)由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化．当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小．当把电压表接在c、d两点间，电压表示数减小时，表示油量在减少．(2)①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．②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．答案(1)c、d减小(2)见解析二、对热敏电阻的认识及应用例2如图5所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．图5(1)为了通过测量得到图示的I －U 关系的完整曲线，在图6甲、乙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：________________________________________________ ________________________________________________________________________. (电源电动势为9 V ，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)图6(2)在图丙所示电路中，电源电压恒为9 V ，电流表读数为70 mA ，定值电阻R 1＝250 Ω.由热敏电阻的I －U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________ V ；电阻R 2的阻值为________ Ω.(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子：______________________________________. 解析 (1)应选择图甲，原因是图甲所示电路电压可从0调到所需电压，调节范围较大(或图乙所示电路不能测得0附近的数据)． (2)根据欧姆定律可得I 1＝U R 1＝9250A ＝0.036 A所以I 2＝I －I 1＝0.07 A －0.036 A ＝0.034 A. 由热敏电阻的I －U 关系曲线可知， 当I ＝0.034 A ＝34 mA 时，U T ＝5.2 V所以R 2＝U －U T I 2＝9－5.20.034 Ω≈111.8 Ω.答案 (1)甲 原因见解析 (2)5.2 111.8(3)热敏温度计(提出其他实例，只要合理均对)三、对光传感器的认识及应用例3如图7所示为光电式烟尘浓度计的原理图，试说明其工作原理．图7解析光源1发出的光线经半透半反镜3，分成两束强度相等的光线．一束光线直接到达光电转换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号．另一束光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上，其中一部分光线被烟尘吸收或因散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路6的光就越弱．两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1＝U2，说明被测的光路上没有烟尘，相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘浓度较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度．答案见解析例4如图8所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图8A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大解析当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，即电压表的示数增大，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．由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2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．答案ABC1．(对传感器的认识)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．(对电容式传感器的认识)电容式传感器是用来将各种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，从而又可推出另一物理量的值．如图9所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确．．．的是()图9A．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高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器可以用来测量速度答案 D解析甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图中位置变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的物理量．故选D.3．(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图10所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，R T为负温度系数热敏电阻，R G为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是()图10A．温度不变，光照增强B．温度升高，光照不变C．温度降低，光照增强D．温度升高，光照减弱答案AC4．(对光传感器的认识)烟雾散射火灾报警器使用的是()A．光传感器B．温度传感器C．红外传感器D．超场波传感器答案 A解析烟雾散射火灾报警器是烟雾进入报警器后，光被散射，照到报警器中的光传感器上，使电路接通，报警器工作，发出警报，A对，B、C、D错．题组一对传感器的认识1．传感器担负着信息采集的任务，它可以()A．将力学量(如形变量)转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将光学量转变成电学量D．将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件．故选项A、B、C对，选项D错．2．关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置的磁场方向相同时，两个簧片被磁化而接通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开．3.如图1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1A．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．题组二对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析4.如图2所示是观察电阻R的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()图2A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显答案 C解析如果R为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B均错；如果R为热敏电阻，读数变化非常明显，故C对，D错．5．如图3所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时()图3A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱答案 C解析R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确．题组三对光传感器的认识及电路分析6．遥控器能调换电视机频道，利用的是光传感器．下列属于应用这类传感器的是() A．红外报警装置B．金属电阻温度计C．电子电路中使用的“干簧管”D．霍尔元件答案 A解析红外报警装置是利用的光敏电阻制成的光传感器，A正确；金属电阻温度计是利用的热敏电阻制成的传感器，B错误；干簧管利用的热敏电阻，C错误；霍尔元件利用的是霍尔效应，D错误．7．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的()A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用答案 B解析灯要求夜晚亮、白天熄．则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性，故选B. 8．如图4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4A．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．9.如图5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5A．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．。
2019-2020学年高中物理 第三章 传感器章末知识整合 粤教版选修3-2.doc.doc
2019-2020学年高中物理第三章传感器章末知识整合粤教版选修3-2专题一压力传感器的应用压力传感器是将力信号转换为电信号的一类传感器，这类问题一般要结合牛顿运动定律的应用．►练习1．起跳摸高是学生常进行的一项活动，竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小能够反映学生在起跳摸高中的素质．为了测定竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小，老师在地面上安装了一个压力传感器，通过它可以在计算机上绘出平均压力与时间的关系图象．小亮同学身高1.72 m，站立时举手达到2.14 m，他弯曲两腿，做好起跳的准备，再用力蹬地竖直跳起，测得他对传感器的压力F与时间t的关系图象如图所示．已知图中网格间距相等，不计空气阻力，取g＝ 10 m/s2.求小亮同学起跳摸高的最大高度约为多少？解析：从图可知小亮质量为60 kg ；蹬地作用力为1 050 N ，加速离开地面时间为0.4 s 设他蹬的过程中的平均加速度大小为a ，根据牛顿第二定律得：F －mg ＝maa ＝F －mg m ＝1 050－60060m/s 2＝7.5 m/s 2 小亮离开地面时获得的速度约为：v ＝at ＝3.0 m/s离开地面后做竖直上抛运动上升的高度为：h ′＝v 22g ＝322×10m ＝0.45 m 摸高约为：H ＝h ′＋h 0＝2.59 m.答案：2.59 m专题二 温度传感器的应用温度传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器，一般有两类：一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化(如热胀冷缩)达到转换信号的目的；还有一类是随温度变化引起电阻的变化，如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小，达到转换信号的目的．电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103 ℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”．如下图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开．S2是一个自动控温开关，当温度低于70 ℃时会自动闭合；温度高于80 ℃ 时，会自动断开．红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R 1＝R 2＝500 Ω，计算加热电阻丝R 3＝50 Ω，两灯电阻不计．(1)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？解析：(1)加热时电饭煲消耗的电功率P 1＝U 2R 并保温时电饭煲消耗的电功率为P 2＝U 2R 1＋R 并且R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50 Ω＝50011Ω，从而有P 1P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋5001150011＝121. (2)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R 1被短路，功率为P 1，当温度上升到80 ℃时，自动断开，功率降为P 2，温度降低到70 ℃ ，S2自动闭合．温度只能在70 ℃～80 ℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．答案：(1)121 (2)见解析►练习2．如下图所示为用热敏电阻R 和继电器L 等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则()A ．当温度降低到某一数值，衔铁P 将会被吸下B ．当温度升高到某一数值，衔铁P 将会被吸下C ．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C 、D 端D ．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A 、B 端解析：当温度降低，热敏电阻的阻值增大，电路中电流减小，继电器磁性减弱，衔铁P 不动，反之，衔铁P 动，被吸下，A 错、B 对；可以判断，应该把恒温箱内的加热器接在A 、B 端，这样才能实现恒温．答案：BD3．如下图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度．金属球的质量为m ，它系在金属丝的下端．金属丝的上端悬挂在O 点．AB 是一根长为L 的均匀电阻丝，其阻值为R.金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计．电阻丝的中点C 焊接一根导线，从O 点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表，金属丝和导线的电阻不计．图中虚线OC 与AB 垂直，且OC ＝h .电阻丝AB 接在电压为U 的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB 沿着车前进的方向．列车静止时金属丝呈竖直状态；当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向．从电压表的读数变化可以测出加速度的大小．(1)当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度a 与电压表读数U ′的关系式(用U′、U 、L 、h 及重力加速度g 表示)．(2)用导出的a 与U′的关系式说明表盘刻度是否均匀？解析：(1)设列车的加速度为a 时，小球偏离竖直方向θ角，此时小球受力情况如下图所示．根据牛顿第二定律有：mg tan θ＝ma ①由几何关系有：tan θ ＝DC h ②由①②两式解得：a ＝g DC h ③列车加速度为a 时，设电压表的读数为U ′.则有U ′＝U R ·R L DC ④由④得：DC ＝U ′L U⑤ 将⑤代入③得：a ＝gU ′L Uh ⑥ (2)由⑥可知，g 、L 、U 、h 均为常数，则列车的加速度与电压表读数U ′成正比，可将电压表的刻度一一对应地改成a的数值，因而可知表盘上a的刻度值与电压刻度一样是均匀的．答案：见解析时间都去哪儿了？“时间去哪儿了？”是当下最流行的一句话，又被称“马年第一问”．乍一问，很多人都会语塞：“哎妈呀，我也不知道呀！”时间去哪儿了，也是科学家永远追崇的课题，很多科研团队发现了时间的奥秘．世界著名的物理学家、心理学家、生物学家，用多个实验告诉大家：支配所有人的时间，从未有人触碰过的时间，就在那儿．理论物理学家：时间从脑子里“漏掉”了“您的时间都去哪儿了？”纽约城市大学研究生中心的理论物理学教授，世界著名物理学家加来道雄先生，做过一个实验．他请街上不同年龄段的志愿者们，随机做了一个测试：用自己的方式，预测1分钟时间，再跟实验人员的码表核对．结果是：年轻人算的时间比较快，通常还没有到1分钟，他们就认为已经到1分钟的时间了；而年长的人，他们通常过了1分钟后，才觉得这是1分钟的容量．对年长的人来讲，时间就这么“漏”掉了．这也是我们大多数人的感受：上了年纪之后，不知道时间去哪儿了．科学家证明，“时间如白驹过隙”这种体验，并不是飘渺的第六感，而是实实在在受到身体器官控制的——人体内有一只计时器，即便你脱离时钟，仍然能感觉到时间在走．美国杜克大学脑神经科学教授华伦梅克带领团队，做了一项研究：他们请被试人员躺进光电子扫描器中，将一些计算时间的问题抛给他们，观察他们脑区的活动状态．团队发现，每个人的大脑里，有一个“秒表”在起作用．大脑的前面部位，是“秒表”的工作区域，细胞以有规律的方式跳动着，如钟表一样的“滴答滴”，进行神经化学反应．这个过程在人不知情的情况下，持续进行，幻化成我们的感觉，就是时间不停地流逝．那个1分钟的实验表明，随着年纪的增长，大脑内部的时钟变慢了，也就是“滴答滴”的节奏，渐行渐远了．心理学家：时间确实可以“多”出来那么我们想知道，我们可以让时间慢一点走吗？好消息是，科学家认为这是肯定的．心理学家验证了：让时间变慢，我们有可能控制它．心理学家大卫·伊格尔曼博士，进行了一项冒险实验．前来做志愿者的，是一个叫杰西的青年．科学家们制作了一个感知计时器，电子屏幕上，数字在规律地、非常快地“闪”，在正常情况下，人的大脑没法确定这上面的数字．杰西站在平地上的时候看，“它快得无法辨认”．然后，杰西从33米高处自由落体，这个高度相当于12层楼高．他的胸前绑着大卫的计时器，屏幕上的数字一直在跳动．杰西第一次坠落到弹力网上后，他告诉大卫，他看到了计时器上的数字，是56，事实上数字是50，已经非常接近正确答案．大卫的推测是：只有时间变慢了，人才能辨别出计时器上快速闪动的数字．为了证实杰西的时间真的变慢了，大卫建议小伙子再来一跳．好吧，青年又坠落了一回，这一次他仍然能够看到数字，他读到的是96，事实上计时器上的数字是98.“8”和“6”的造型就差了一点点，这至少说明，杰西的时间，已经慢到可以几乎正确地看到数字．大卫的这个实验，首次证实了有些人的大脑能够加速，并且能在肾上腺素大量分泌的情况下(当人经历某些刺激，例如兴奋、恐惧、紧张等的时候，会分泌出这种化学物质)，比较慢速地看这个世界．这个实验也首次证实了：时间的确会慢下来．也就是说，如果想拉长你的时间，可以积极地让自己的大脑兴奋起来．。
高中物理选修32第三章传感器
高中物理导学案高二备课组课题传感器主备人唐琦学习目标知道非电学量转换成电学量的意义，了解常见传感器的原理及应用重难点知道几种常见传感器的应用自主学习一、传感器的概念和分类：1.传感器是将被测的___________转换为便于测量的________的一类元件，其工作过程是按一定规律使某一元件对某一物理量敏感，将这一物理量转换成便于利用的信号，如光电传感器利用__________将光信号转化为电信号，电信号便于与其他仪器连接，进行监测或自动化控制.传感器一般由___________、___________、___________三部分组成。
（非电学量，电信号，光敏电阻，敏感元件，转换元件，转换电路）2、传感器的分类：（1）按被测量进行划分为：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（2）按工作原理划分为：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、差动变压式传感器二、传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作.传感器原理如图：合作探究一、传感器中各元件的作用：1、敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的.2、转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.3、转换电路的作用是将此电信号转换成易于传输或测量的电学量输出.二、传感器常用敏感元件及应用：1、常用的敏感元件：热敏电阻——温度传感器；光敏电阻——光传感器2、应用实例：洗衣机水位控制装置（压力传感器），自动门（红外线传感器），指纹识别器（电容式传感器），机器人（多种传感器）精讲点评一、热敏电阻特性的应用：1、例题讲解：如图是一火警报警装置的一部分电路示意图，其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比（）A.I变大，U变大B.I变小，U变小C.I变小，U变大D.I变大，U变小答案：D2、变式训练：如图是观察电阻值随温度变化情况示意图.现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（）A.如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B.如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C.如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显D.如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显答案：C二、力、加速度传感器的应用：1、例题讲解：惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计的构造原理的示意图如图所示:沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块,滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连;两弹簧的另一端与固定壁相连.滑块原来静止,弹簧处于自然长度.滑块上有指针,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离O点的距离为s,则这段时间内导弹的加速度（）A.方向向左,大小为ks/mB.方向向右,大小为ks/mC.方向向左,大小为2ks/mD.方向向右,大小为2ks/m答案：D2、变式训练：压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图3-11甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程中，电流表示数变化与时间t的关系，如图乙所示，下列判断正确的是（）A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B.从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C.从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D.从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动答案：D当堂验收1. 下面元件属于温度传感器应用的是（）A.电熨斗B.话筒C.测温仪D.鼠标器答案：AC2. 下列说法正确的是（）A.热敏电阻是把热量这个热学量转为电阻这个电学量B.金属热电阻的化学稳定性好,灵敏度高C.电熨斗中的双金属片是温度传感器D.霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件答案：CD3. 下列说法不正确的是（）A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器.这种传感器的作用是控制电路的通断C.电子秤所使用的测力装置是力传感器D.热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量答案：A4.如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间.若往R t上擦一些酒精，表针将向_______（填“左”或“右”）偏转；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_______（填“左”或“右”）偏转.答案：左，右拓展与提升1、演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P滑动，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小s，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是（）A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M不动时，电路中没有电流D.物体M不动时，电压表没有示数答案：B.2.传感器是一种采集信息的重要器件.如图3-1-14所示是一种测定压力的电容式传感器.当待测压力F作用于可动膜片电极时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（）A.当F向上压膜片电极时，电容将减小B.当F向上压膜片电极时，电容将增大C.若电流计有示数，则压力F发生变化D.若电流计有示数，则压力F不发生变化BC3、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻AC课后巩固:1、如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时（）A.电压表的示数增大B.R2中电流增大C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大A2、用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程，下列属于这类传感器的是（）A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控装置C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭锅中控制加热和保温的温控器A3、当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中不正确的是（）A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器B.电子体温计中主要是采用了温度传感器C.电脑所用的光电鼠标主要是采用光传感器D.电子秤中主要是采用了力电传感器A4、洗衣机中的水位控制装置使用的是（）A.光传感器B.压力传感器C.湿度传感器D.温度传感器B5、指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用（）A.乘坐客车购票时B.过公路收费处时C.放学出校门口时D.开银行保险柜时D6、机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好地完成的（）A.汽车工业中自动焊接领域B.深水探险C.艺术体操和与人对话D.机械加工C7压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小.一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程中（）A.物体处于失重状态B.物体处于超重状态C.升降机一定向上做匀加速运动D.升降机可能向下做匀减速运动BD8、（2015肇庆二模）如下图（甲）所示，打开电流和电压传感器，将磁铁置于螺线管正上方距海绵垫高为h处静止释放，磁铁穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止。
人教版高中物理选修【3-2】《传感器》学案(含答案)
2021-2022学年高中物理 第三章 传感器 3 生活中的传感器学案 教科版选修3-2
2021-2022学年高中物理第三章传感器3 生活中的传感器学案教科版选修3-2年级：姓名：生活中的传感器必备知识·自主学习一、家用电器中的传感器1.洗衣机中的传感器:(1)水位传感器。
(2)负载量传感器。
(3)水温传感器。
(4)布质传感器。
(5)洗涤粉传感器。
(6)脏污程度传感器。
(7)脱水(压电)传感器。
2.电冰箱中的传感器:(1)电冰箱的组成:①制冷系统;②控制系统。
(2)电冰箱的控制系统。
①温度自动控制。
②除霜温度控制。
③过热及过电流保护。
3.家用报警器:(1)可燃气体报警器。
(2)防盗报警器。
(3)消防感烟报警器。
4.电烤箱中应用的传感器有①③⑤。
①热敏电阻②感温铁氧体③气体传感器④磁传感器⑤烟雾传感器⑥声敏传感器二、传感器与人的感官(1)光传感器人的眼睛。
(2)化学和生物传感器人的鼻和舌。
(3)力学、振动、温度传感器人的手、足、皮肤等。
(4)声传感器人的耳朵。
关键能力·合作学习知识点一传感器的应用分析1.传感器的应用步骤:(1)信息采集。
(2)信息加工、放大、传输。
(3)利用所获得的信息执行某种操作。
2.分析传感器应注意的四点问题:(1)检测量分析:要明确传感器所检测的量,如力、热、光、磁、声等。
(2)敏感元件分析:明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号以及输入信号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析:认真分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用电子元件工作特点的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律。
(4)执行机构分析:传感器的应用,不仅包含非电学量如何向电学量转换的过程,还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。
①以力传感器为例:传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量,然后经过放大,传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通断,借助仪表进行显示等)。
②以光传感器为例:光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等),通过敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转换为电阻、电流等电学量,然后经过放大,传输到执行机构后执行某种操作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章传感器
章末总结
一、常见敏感元件的特点及应用
1.光敏电阻
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强，电阻减小；光照减弱，电阻增大.
2.热敏电阻和金属热电阻
金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻两种，正温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而减小.
例1如图1所示是一火警报警器的部分电路示意图.其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 ( )
图1
A.I变大，U变大
B.I变大，U变小
C.I变小，U变大
D.I变小，U变小
答案 D
解析R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小.R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→
U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确.
例2如图2所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B 接监控装置.则( )
图2
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压增大②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压减小③当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大④当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大
A.①③
B.①④
C.②③
D.②④
答案 C
解析R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误.故应选C.
二、传感器的应用
1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用.
(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量.
(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构.
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.
2.处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
(1)传感器所在的信息采集部分；
(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；
(3)执行电路.
例3如图3所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是( )
图3
A.L1灯亮
B.L2灯亮
C.L1、L2两灯同时亮
D.L1、L2两灯都不亮
答案 B
解析由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左侧电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一
个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通，故B正确.。