物理 课件 高三 _2012届高考物理一轮复习精品课件(福建专版)：第46讲 第十单元交变电流 传感器单元实验

第46讲 │ 要点探究
(3)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1与黄灯被短 路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为 P2，温度降到70℃，S2又自动闭合„„温度只能在70～80℃之间 变化，不能把水烧开，故不能将饭煮熟．
为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明 系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光 的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越 大，照度单位为 lx)．某光敏电阻 RP 在不同照度下的阻值如下表： 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 照度 (lx) 75 40 28 23 20 18 电阻 (kΩ) (1)根据表中数据，请在给定的坐标系图 46－3 甲中描绘出阻 值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
第46讲 │ 要点探究
► 探究点二 温度传感器
1.热敏电阻与金属热电阻的区别 项目 电阻 热敏电阻 电阻随温度变化 优点 灵敏度较好
金属热电阻
化学稳定性好， 测量范 围大
第46讲 │ 要点探究
2.温度传感器应用 (1)电熨斗、日光灯启动器：电熨斗和日光灯启动器中均装有双 金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断． (2)电饭锅：电饭锅中应用的温度传感器，其主要元件是感温铁 氧体． 感温铁氧体的特点是： 常温下具有铁磁性， 能够被磁铁吸引， 但是上升到约 103℃时，就失去铁磁性，不能被磁铁吸引了．这个 温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”．这样， 当电饭锅中温度上升到约 103℃时，开关自动断开，以此来控制电 饭锅中的温度．
第46讲 │ 要点探究
(1)分析电饭煲的工作原理； (2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比； (3)简要回答，如果不闭合开关 S1，能将饭煮熟吗？
图 46－4
第46讲 │ 要点探究
例2
(Байду номын сангаас)略
(2)12∶1 (3)不能
第46讲 │ 要点探究
[解析] (1)电饭煲装上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时 手动闭合S1，这时R1与黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加热状 态，加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升 高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已经煮熟，黄灯亮，电 饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70℃时，S2又自动闭 合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处 于保温状态． U2 (2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝ ，保温时电饭煲消耗的 R并 U2 R2R3 500 P1 功率P2＝ ，两式中R并＝ ＝ Ω，从而有 ＝ 11 P2 R1＋R并 R2＋R3 R1＋R并 12 ＝ . 1 R并
磁场(或磁感应强度) ⑤干簧管：通过__________________的变化控制电路的通断．
温度 ⑥双金属片：通过________的变化控制电路的通断．
第46讲 │ 考点整合
2.传感器工作原理
3．传感器的应用及实例 应变片 (1)力传感器——电子秤：它是由金属梁和________ 组成的， 后者是一种敏感元件，多用半导体材料制成． (2)声传感器——话筒：它是一种常用的声传感器，其作用是将 电 声(声音) ________信号转换为________信号．
第46讲 │ 要点探究
(2)回答下列问题： ①如果励磁线圈的电阻为 200 Ω，励磁线圈允许加的最大电 压为________V，保护电阻的阻值范围为________Ω. ②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁 铁吸合铁片时，接线柱 3、4 之间从断开变为接通．为此，电磁开 关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说 明．
第46讲 │ 要点探究
[点评] 例题主要考查传感器的应用、闭合电路欧姆定 律、电路设计等，意在考查考生提取信息和运用物理规律 解决实际问题的能力．变式题研究的是几种比较典型的电 容式传感器，要让学生能够真正理解其原理，弄清楚它们 是如何将不便于测量的量转变为便于测量的电学量的．
第46讲 │ 要点探究
第46讲 │ 考点整合
(3)温度传感器——不同的温度传感器所用的温控元件不同， 电 双金属片 熨斗内装有________温度传感器，自动电饭锅内的温控元件是 感温铁氧体 热敏 ______________；测温仪中的测温元件有使用________电阻的，有 金属热 使用________电阻的，还有使用红外线敏感元件的．
第46讲 │ 要点探究
图 46－2
第46讲 │ 要点探究
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路 原理图． 光敏电阻 R1，符号 ； 灯泡 L，额定功率 40 W，额定电压 36 V，符号 ； 保护电阻 R2，符号 ； 电磁开关，符号 ； 蓄电池 E，电压 36 V，内阻很小； 开关 S，导线若干．
第46讲 │ 要点探究
例 1 [2009· 宁夏卷] 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄 电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电 路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变 化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几 乎为 0，照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻 作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑 天打开．电磁开关的内部结构如图 46－2 所示.1、2 两接线柱之间 是励磁线圈，3、4 两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线 圈中电流大于 50 mA 时， 电磁铁吸合铁片， 弹簧片和触点分离， 3、 4 断开；电流小于 50 mA 时，3、4 接通．励磁线圈中允许通过的 最大电流为 100 mA.
第46讲 │ 要点探究 要点探究
► 探究点一 光电传感器
(1)机械式鼠标器：机械式鼠标内的码盘两侧分别装有红外发 射管和红外接收管，两个红外接收管就是两个光电传感器；光电 传感器接收到红外发射管发出的断续的红外线脉冲信号，输出的 是对应的电脉冲信号．
第46讲 │ 要点探究
(2)火灾报警器：会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报 警器．这些报警器中有一种是利用烟雾对光的散射来工作的．其 带孔的罩子内装有发光二极管 LED、三极管和不透明的挡板，正 常情况下，发光二极管发出的光被挡板挡住，不能照射到光电三 极管上，报警电路不工作；当烟雾进入报警器带孔的罩子后，由 于光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，光电三极管 电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化后就会启动报警 电路发出警报.
第46讲 │ 要点探究
(3)测温仪：测温仪中应用了温度传感器，它可以把温度转换 成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来．测温仪中的测 温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等，还可以是红外 线敏感元件．
第46讲 │ 要点探究
例 2 如图 46－4 所示是电饭煲的电路图， 1 是一个控温开关， S 手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时，开关会自动断 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 R1＝R2＝500 Ω，加热电阻 R3＝50 Ω，两灯电 阻不计．
第46讲 │本单元实验
第46讲
本单元实验
第46讲 │ 编读互动 编读互动
1．传感器是现行教材新课程标准新增加的内容，本讲的知识 与我们的生活息息相关，传感器是自动化控制装置中不可缺少的器 件，在信息技术高速发展和电子计算机广泛应用的今天，传感器发 挥着越来越重要的作用．近年来高考特别重视动手能力的考查，更 注重于研究方法和创新思维．传感器为力学、电学、磁学的一个大 综合，通过传感器把它们联系在了一起．不论是对传感器基础知识 的掌握情况，还是器材的组装、调试、器材连接、电路设计等，考 查得既具体又灵活．
光敏 (4)光传感器——利用________电阻器的电阻随光照强度的增 减小 强而________的特性可制作光传感器，其他光传感器所用的敏感元 件还有红外接收管和光电三极管等．
(5) 电 容 传 感 器 —— 电 容 传 感 器 是 利 用 电 容 器 的 电 容 量 随 极板间距 正对面积 介电 ________、两极板的___________以及两板间电介质的________常 数的变化而改变的原理工作的．
第46讲 │ 要点探究
图 46－3
第46讲 │ 要点探究
(2)如图 46－3 乙所示， 1、 两端所加电压上升至 2 V 时， 当 2 控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路， 给 1、2 两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至 1.0(lx)时启动 照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设 计电路的影响) 提供的器材如下： 光敏电阻 RP(符号 ，阻值见上表)； 直流电源 E(电动势 3 V，内阻不计)； 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之 一并在图中标出) 开关 S 及导线若干．
第46讲 │ 要点探究
小
变式题 (1)略 (2)如图所示
光敏电阻的阻值随光照度的增大而非线性减
第46讲 │ 要点探究
[解析] 当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，串联电阻 的电压UR＝1 V. 此时光敏电阻RP＝20 kΩ， RP 则R＝ ＝10 kΩ， 2 故选定值电阻R1，电路原理图如图所示．
第46讲 │ 要点探究
例1
(1)如图所示
(2)①20 160～320 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁 片时，3、4 之间接通；不吸合时，3、4 之间断开
第46讲 │ 要点探究
[解析] (1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光 照时路灯熄灭，光敏电阻应与 1、2 串联，3、4 与路灯串 联． (2)由 U＝IR 得励磁线圈允许加的最大电压为 U＝ImR ＝0.1×200 V＝20 V；依据允许通过励磁线圈的电流最大 36 V 值和最小值计算得 R2min＝ －200 Ω＝160 Ω，R2max＝ 0.1 A 36 V －200 Ω＝520 Ω，因此保护电阻的阻值 R2 范围为 0.05 A 160～520 Ω.
第46讲 │ 考点整合 考点整合
实验：传感器的简单使用 1.传感器及其工作原理 (1)传感器： 能够感受诸如力、 温度、 声、 光、 化学成分等 非电学 ________ 电学 量，并能把它们按照一定的规律转换成电压、电流等________量， 或转换为电路的通断． 优点：把非电学量转换为电学量以后，可以方便地进行测量、 传输、处理和控制．
第46讲 │ 考点整合
③霍尔元件 霍尔电压 UH＝ kIB .其中 k 为霍尔系数，其大小与薄片元件的材料有 d
关，d 为元件厚度，I 为通电电流，B 为加在元件上的磁感应强度，如图 磁感应强度 46－1 所示．霍尔元件把____________的变化转换为电压的变化．
第46讲 │ 考点整合
形变 ④应变片：把物体的________量的变化转换为电压的变化．
第46讲 │ 编读互动
2．在复习时应牢牢抓住传感器作用，将不便于测量的物理量 转化为便于测量的电学量．传感器问题具有涉及的知识点多、综合 性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样．因此，求 解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结 构，这样才能对题目的要求作出解释或回答． 3．通过例1体会在高考中如何考查利用光敏电阻控制电路的题 型，通过其他例题及变式题体会几种电容式传感器的工作原理.
第46讲 │ 考点整合
敏感 (2)传感器的组成：传感器一般由________元件和输出部分组 敏感 成，通过________元件获取外界信息并转换为电信号，通过输出部 分输出，然后经过控制器分析处理．
图 46－1
第46讲 │ 考点整合
(3)传感器元件 减小 ①光敏电阻：当光照增强时，光敏电阻的电阻值________；光 增大 照减弱时，光敏电阻的电阻值________．光敏电阻把光照强度的变 电阻值 化转换成________的变化． ②热敏电阻与金属热电阻：热敏电阻的电阻值随温度的升高而 减小 增大 ________，金属热电阻的电阻值随温度的升高而________．热敏电 电阻值 阻和金属热电阻把温度的变化转换为________的变化．