2022年高二物理下學期 第4周 認識傳感器、傳感器的原理及其應用導學案

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1、2022年高二物理下學期 第4周 認識傳感器、傳感器的原理及其應用導學案 一、什么是傳感器 1．傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將 檢測感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求． 2．傳感器一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成． 二、傳感器的分類 傳感器一般按被測量、工作原理、能量傳遞方式等進行分類． 三、兩種重要的傳感器 1．溫度傳感器：一種將溫度變化轉換成電學量變化的裝置．熱敏電阻是利用半導體材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性實現(xiàn)溫度測量的． 2．光電傳感器：一種將光學量變化

2、轉換成電學量變化的傳感器，就是光電傳感器在光照作用下，其導電性能發(fā)生變化，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等． 一、什么是傳感器及傳感器的分類 [要點提煉] 1．傳感器是把非電學量變化轉換為電學量變化的一種元件．認識傳感器就是明確傳感器如何“感受”非電學量，常見的“感受”方式有改變接入電路的電阻、電容等． 2．傳感器的組成：(如圖1所示，以話筒為例) 圖1 3．傳感器的分類 (1)按被測量進行劃分，可分為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負荷傳感器、扭矩傳感器等． (2)按傳感器的工作原理進行劃分，可分為電阻應變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳

3、感器、渦流式傳感器、動圈式傳感器、磁電式傳感器、差動變壓器式傳感器等． (3)按能量傳遞方式進行劃分，可分為有源傳感器和無源傳感器兩大類． 二、傳感器的原理 [問題設計] 如圖2所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央．若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？ 圖2 答案　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏． [要點提煉] 1

4、．溫度傳感器是一種將溫度變化轉換為電學量變化的裝置． 2．熱敏電阻：用半導體材料制成．按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻． (1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大． (2)負溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減?。? 3．光電傳感器是一種將光學量變化轉換為電學量變化的傳感器． 4．光敏電阻一般由半導體材料制成． 特點：光照越強，電阻越?。? 一、對傳感器的認識 例1　如圖3是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．在裝置中使用了一只

5、電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況． 將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數(shù)變化有何不同？ 圖3 解析　①把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減小；油量減少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大． ②把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R′兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減?。? 答案　見解析 二、對熱敏電阻的認識及應用 例2　如圖4所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I－U關系曲線圖． 圖4 (1)為了通過測量得到圖示的

6、I－U關系的完整曲線，在圖5甲、乙兩個電路中應選擇的是圖________；簡要說明理由：_______________________________________________ ________________________________________________________________________. (電源電動勢為9 V，內阻不計，滑動變阻器的阻值為0～100 Ω) 圖5 (2)在圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω.由熱敏電阻的I－U關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________ V；電阻R2的

7、阻值為________ Ω. (3)舉出一個可以應用熱敏電阻的例子：____________________________________. 解析　(1)應選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調到所需電壓，調節(jié)范圍較大(或圖乙所示電路不能測得0附近的數(shù)據(jù))． (2)根據(jù)歐姆定律可得 I1＝＝ A＝0.036 A 所以I2＝I－I1＝0.07 A－0.036 A＝0.034 A. 由熱敏電阻的I－U關系曲線可知， 當I＝0.034 A＝34 mA時，UT≈5.2 V 所以R2＝＝ Ω≈111.8 Ω. 答案　(1)甲　見解析 (2)5.2　111.8 (3)熱敏溫度計(

8、提出其他實例，只要合理均對) 三、對光敏電阻、熱敏電阻的認識及應用 例3　(雙選)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時(　　) 圖6 A．電壓表的示數(shù)減小 B．R2中電流減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 解析　當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A、D項均錯誤．由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確．結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡

9、的功率增大，C項正確． 答案　BC 傳感器 1．(對電容式傳感器的認識)(單選)電容式傳感器是用來將各種非電信號轉變?yōu)殡娦盘柕难b置，由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個因素，當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一物理量的值．如圖7所示是四種電容式傳感器的示意圖，關于這四種傳感器的作用，下列說法不正確的是(　　) 圖7 A．甲圖的傳感器可以用來測量角度 B．乙圖的傳感器可以用來測量液面高度 C．丙圖的傳感器可以用來測量壓力 D．丁圖的傳感器可以用來測量速度 答案　D 解析　甲圖角度變化能導

10、致極板正對面積變化；乙圖液面高度變化能導致極板正對面積變化；丙圖F變化能導致極板間距變化；丁圖中位置變化導致電介質變化．所以，甲、乙、丙、丁分別是測角度、液面高度、壓力、位移的的元件．故選D. 2．(對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電路分析)(雙選)如圖8所示電路中，電源電動勢為E，內阻為r，RT為負溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　) 圖8 A．溫度不變，光照增強 B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強 D．溫度升高，光照減弱 答案　AC 題組

11、一　對傳感器的認識 1．(雙選)傳感器擔負著信息采集的任務，它可以(　　) A．將力學量(如形變量)轉變成電學量 B．將熱學量轉變成電學量 C．將電學量轉變成光學量 D．將電學量轉變成力學量 答案　AB 解析　傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的物理量(一般是電學量)的一類元件．故選項A、B對，選項C、D錯． 2．(單選)如圖1所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極．在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動

12、，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉化為電信號，其中導致電容變化的原因是電容器兩板間的 (　　) 圖1 A．距離變化 B．正對面積變化 C．電介質變化 D．電壓變化 答案　A 解析　振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉化為電信號． 3．(單選)有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，是因為(　　) A．改變濕度 B．改變溫度 C．改變磁場 D．改變電容 答案　D 4．(單選)全自動洗衣機設有

13、多段式水位自動感應裝置，該水位自動感應裝置采用的傳感器是(　　) A．溫度傳感器 B．壓力傳感器 C．生物傳感器 D．紅外線傳感器 答案　B 5．(單選)如圖2所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) 圖2 A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯 答案　C 6．(單選)如圖3所示，R1為定值電阻，R2為負溫

14、度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時(　　) 圖3 A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強 D．小燈泡的亮度變弱 答案　C 題組三　對光敏電阻的認識及電路分析 7．(單選)用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的過程．下列屬于這類傳感器的是 (　　) A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關 C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 答案　A 解析　遙控器是利用紅外線傳輸信號的，故A項正確． 8．(雙選)如圖4所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中A是發(fā)光

15、儀器，B是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，下列說法中正確的是 (　　) 圖4 A．當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 B．當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 C．當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 D．當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 答案　AD 9．(單選)如圖5所示，R3是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，當開關S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢．當用光照射電阻R3時，則(　　) 圖5 A．a點電勢高于b點電勢 B．a點電勢低于b點電勢 C．a點電勢等于b點電勢 D．a點電勢和b點電勢的大小無法比較 答案　A