2019-2020年高中物理第三章傳感器第一節(jié)認識傳感器第二節(jié)傳感器的原理學案粵教版.doc

2019-2020年高中物理第三章傳感器第一節(jié)認識傳感器第二節(jié)傳感器的原理學案粵教版學習目標1.了解傳感器的概念和種類，知道將非電學量轉(zhuǎn)化成電學量的技術(shù)意義.2.知道常見敏感元件的工作原理.3.通過實驗了解溫度傳感器、光電傳感器的工作原理，感悟基礎(chǔ)知識學習和應(yīng)用的重要性一、傳感器及傳感器的分類導學探究(1)當你走進一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？(2)你知道小轎車上都有哪些傳感器嗎？答案(1)人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開關(guān)門(2)有速度、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器等知識梳理(1)傳感器是把非電學量變化轉(zhuǎn)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：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成(如圖1所示，以話筒為例)圖1(3)傳感器的分類按被測量進行劃分，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、扭矩傳感器等按傳感器的工作原理進行劃分，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、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即學即用判斷下列說法的正誤(1)所有傳感器都是由半導體材料制成的()(2)傳感器不能感知氣味()(3)傳感器只能通過感知電壓的變化來傳遞信號()(4)金屬材料也可以制成傳感器()答案(1)(2)(3)(4)二、溫度傳感器的原理導學探究如圖2所示，將多用電表的選擇開關(guān)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(zhuǎn)？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？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，指針將向右偏知識梳理(1)溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)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)的熱敏電阻正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大負溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小即學即用判斷下列說法的正誤(1)熱敏電阻是將溫度的高低這一熱學量轉(zhuǎn)化為電阻這一電學量()(2)利用溫度傳感器可測較低或較高的溫度()(3)利用溫度傳感器可以實現(xiàn)溫度自動控制()(4)電飯煲蒸米飯，是根據(jù)蒸米飯的經(jīng)驗時間，來設(shè)計固定的蒸飯時間()答案(1)(2)(3)(4)三、光電傳感器的原理導學探究如圖3所示圖3(1)有光照射和無光照射時，光敏電阻ROS的阻值有何不同？(2)改變光的照射強度，光敏電阻ROS的阻值有何變化？答案(1)無光照射時，光敏電阻ROS電阻較大，電流表讀數(shù)較小；有光照射時，光敏電阻ROS電阻較小，電流表讀數(shù)較大(2)ROS電阻隨光照的增強而減小知識梳理1光電傳感器是一種將光學量變化轉(zhuǎn)換為電學量變化的傳感器2光敏電阻一般由半導體材料制成，其特點為光照越強，電阻越小即學即用判斷下列說法的正誤(1)光敏電阻的阻值隨光線的強弱變化，光照越強電阻越小()(2)有光照在光敏電阻上，電阻上的自由電子會發(fā)生定向移動()(3)光敏電阻的阻值只會隨人造光的強弱而變化，不能感知自然光的變化()答案(1)(2)(3)一、傳感器的理解1傳感器的原理：2在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的例1如圖4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)，可以了解油量情況若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖4答案見解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在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)減小二、對光敏電阻、熱敏電阻的認識及應(yīng)用例2(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制如圖5所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器當環(huán)境溫度降低時()圖5A電容器C的帶電荷量增大B電壓表的讀數(shù)增大C電容器C兩板間的電場強度減小DR1消耗的功率增大答案AB解析當環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E，QCU2可知Q、E都增大，故A正確，C錯誤例3(多選)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6A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大答案ABC解析當入射光強度增大時，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(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光線強弱)是增大還是減小(2)分析整個回路的電阻的增減，電流的增減(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化.1關(guān)于傳感器，下列說法正確的是 ()A所有傳感器都是由半導體材料制成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D水銀溫度計是一種傳感器答案B解析大多數(shù)傳感器是由半導體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學量轉(zhuǎn)換為電學量，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學量，但不能把熱學量轉(zhuǎn)化為電學量，因此不是傳感器，故D錯2如圖7所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是()圖7A當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析滑動觸頭P左移，其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強，使光敏電阻R減小，最終達到增大流過燈泡的電流的效果選擇題(15題為單選題，69題為多選題)1霍爾元件能()A把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學量B把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量C把力這個力學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量D把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學量答案B解析根據(jù)霍爾元件的工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，所以，它將磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量，故B正確2.如圖1所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，當開關(guān)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1Aa點電勢高于b點電勢Ba點電勢低于b點電勢Ca點電勢等于b點電勢Da點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢，故A正確3.如圖2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(gòu)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，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)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2A距離變化B正對面積變化C電介質(zhì)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(zhuǎn)化為電信號，故A正確4溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的如圖3甲所示，電源的電動勢E9V，內(nèi)阻不計；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示閉合開關(guān)S，當R的溫度等于20時，電流表的示數(shù)I12mA；當電流表的示數(shù)I23.6mA時，熱敏電阻的溫度是()圖3A60B80C100D120答案D解析在20時，E(RgR1)I1，得Rg500，在溫度為t時，E(RgR2)I2，代入數(shù)據(jù)得R2xx，從題圖乙中可以看出t120，故選D.5.在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計了一種報警裝置，電路如圖4所示M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發(fā)生變化，導致S兩端的電壓U增大，裝置發(fā)出警報，此時()圖4ARM變大，且R越大，U增大越明顯BRM變大，且R越小，U增大越明顯CRM變小，且R越大，U增大越明顯DRM變小，且R越小，U增大越明顯答案C解析當RM變大時，回路的總電阻R總變大，根據(jù)I總，得干路中的電流減小，S兩端的電壓UI總RS減小，故選項A、B錯誤；當RM變小時，回路的總電阻R總變小，根據(jù)I總，得干路中的電流增大，S兩端的電壓UI總RS增大，而且R越大，RM變小時，對回路的總電阻變化的影響越明顯，即U增大越明顯，故選項C正確，選項D錯誤6.如圖5所示為一種自動跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度B1T的勻強磁場中，C、O間距離為10cm.當磁場力為0.2N時，閘刀開關(guān)會自動跳開則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向為()圖5A電流方向COB電流方向OCC電流大小為2AD電流大小為1A答案BC解析只有當OC受到向左的安培力時，閘刀才能自動跳開，根據(jù)左手定則知電流的方向是OC，CO所受安培力大小為F安BIL1I0.1N0.2N，從而解得I2A.7.如圖6所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，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6A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解析光敏電阻的阻值與光照強度有關(guān)，光照強度越大，光敏電阻阻值越小當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內(nèi)阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數(shù)變小，選項A正確；相反，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，電路中電流變小，電源內(nèi)阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數(shù)變大，選項D正確8電容式傳感器是用來將非電信號轉(zhuǎn)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(zhì)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，從而引起電容的變化，如圖7所示是四個電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個傳感器的作用，下列說法正確的是()圖7A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的高度C丙圖的傳感器可以用來測量壓力D丁圖的傳感器只能用來測量速度答案ABC9.壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學利用壓敏電阻設(shè)計了判斷電梯運動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖8所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數(shù)為I0，電梯在不同的運動過程中，電流表的示數(shù)分別如圖9甲、乙、丙、丁所示，下列判斷中正確的是()圖8圖9A甲圖表示電梯可能做勻速直線運動B乙圖表示電梯可能做勻加速上升運動C丙圖表示電梯可能做勻加速上升運動D丁圖表示電梯可能做勻減速下降運動答案AB解析甲圖中電流表示數(shù)和靜止時相等，故可能做勻速直線運動，A正確乙圖中電流表示數(shù)為2I0，且保持不變，故壓敏電阻所受壓力增大，電阻變小，物體超重，電梯可能勻加速上升，B正確丙、丁圖中電流表的示數(shù)隨時間變化，故電梯的加速度是變化的，不可能是勻加速或勻減速，C、D錯誤