2022年高二物理下學(xué)期 第4周 認(rèn)識(shí)傳感器、傳感器的原理及其應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案

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

2、轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的傳感器，就是光電傳感器在光照作用下，其導(dǎo)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(lèi) [要點(diǎn)提煉] 1．傳感器是把非電學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件．認(rèn)識(shí)傳感器就是明確傳感器如何“感受”非電學(xué)量，常見(jiàn)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(huà)筒為例) 圖1 3．傳感器的分類(lèi) (1)按被測(cè)量進(jìn)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(fù)荷傳感器、扭矩傳感器等． (2)按傳感器的工作原理進(jìn)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

3、感器、渦流式傳感器、動(dòng)圈式傳感器、磁電式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器等． (3)按能量傳遞方式進(jìn)行劃分，可分為有源傳感器和無(wú)源傳感器兩大類(lèi)． 二、傳感器的原理 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 如圖2所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)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(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)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(diǎn)提煉] 1

4、．溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置． 2．熱敏電阻：用半導(dǎo)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(fù)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(fù)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(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器． 4．光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成． 特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越小． 一、對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 例1　如圖3是一種測(cè)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(dòng)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(méi)有畫(huà)出)，通過(guò)觀(guān)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(dāng)油量變化時(shí)，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(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時(shí)，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(shí)，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(shí)，電壓表的示數(shù)減?。? 答案　見(jiàn)解析 二、對(duì)熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)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(duì)溫度很敏感)的I－U關(guān)系曲線(xiàn)圖． 圖4 (1)為了通過(guò)測(cè)量得到圖示的

6、I－U關(guān)系的完整曲線(xiàn)，在圖5甲、乙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖________；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_______________________________________________ ________________________________________________________________________. (電源電動(dòng)勢(shì)為9 V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)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(guān)系曲線(xiàn)可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)_______ V；電阻R2的

7、阻值為_(kāi)_______ Ω. (3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：____________________________________. 解析　(1)應(yīng)選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大(或圖乙所示電路不能測(cè)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(guān)系曲線(xiàn)可知， 當(dāng)I＝0.034 A＝34 mA時(shí)，UT≈5.2 V 所以R2＝＝ Ω≈111.8 Ω. 答案　(1)甲　見(jiàn)解析 (2)5.2　111.8 (3)熱敏溫度計(jì)(

8、提出其他實(shí)例，只要合理均對(duì)) 三、對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)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(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)(　　) 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(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，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(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A、D項(xiàng)均錯(cuò)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(xiàng)正確．結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，故小燈泡

9、的功率增大，C項(xiàng)正確． 答案　BC 傳感器 1．(對(duì)電容式傳感器的認(rèn)識(shí))(單選)電容式傳感器是用來(lái)將各種非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)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(guān)于這四種傳感器的作用，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 圖7 A．甲圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量角度 B．乙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量液面高度 C．丙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力 D．丁圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量速度 答案　D 解析　甲圖角度變化能導(dǎo)

10、致極板正對(duì)面積變化；乙圖液面高度變化能導(dǎo)致極板正對(duì)面積變化；丙圖F變化能導(dǎo)致極板間距變化；丁圖中位置變化導(dǎo)致電介質(zhì)變化．所以，甲、乙、丙、丁分別是測(cè)角度、液面高度、壓力、位移的的元件．故選D. 2．(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析)(雙選)如圖8所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)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(qiáng) B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強(qiáng) D．溫度升高，光照減弱 答案　AC 題組

11、一　對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 1．(雙選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以(　　) A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成光學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案　AB 解析　傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類(lèi)元件．故選項(xiàng)A、B對(duì)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)． 2．(單選)如圖1所示，是電容式話(huà)筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話(huà)筒的振動(dòng)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(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極．在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)

12、，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號(hào)被話(huà)筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)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(duì)面積變化 C．電介質(zhì)變化 D．電壓變化 答案　A 解析　振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使振動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)． 3．(單選)有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開(kāi)通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?　　) A．改變濕度 B．改變溫度 C．改變磁場(chǎng) D．改變電容 答案　D 4．(單選)全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)有

13、多段式水位自動(dòng)感應(yīng)裝置，該水位自動(dòng)感應(yīng)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(xiàn)傳感器 答案　B 5．(單選)如圖2所示是觀(guān)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)溫

14、度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(　　) 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(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? 答案　C 題組三　對(duì)光敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 7．(單選)用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過(guò)程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過(guò)程．下列屬于這類(lèi)傳感器的是 (　　) A．紅外報(bào)警裝置 B．走廊照明燈的聲控開(kāi)關(guān) C．自動(dòng)洗衣機(jī)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(xiàn)傳輸信號(hào)的，故A項(xiàng)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(dòng)計(jì)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(qiáng)時(shí)電阻變小)，下列說(shuō)法中正確的是 (　　) 圖4 A．當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 B．當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 C．當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 D．當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，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(qiáng)時(shí)電阻變小)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)．當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則(　　) 圖5 A．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) B．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì) C．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì) D．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)和b點(diǎn)電勢(shì)的大小無(wú)法比較 答案　A