通用版2018-2019版高中物理第4章傳感器與現代社會4.1-4.2傳感器的原理探究熱敏電阻的溫度特性曲線學案滬科版選修3 .doc

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4.1　傳感器的原理4.2　探究熱敏電阻的溫度特性曲線 [目標定位] 1.知道傳感器的定義，理解其工作原理.2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元件的特征.3.會探究熱敏電阻的溫度特性曲線. 一、什么是傳感器 光聲控延時開關的敏感元件有哪些？你能畫出它的原理圖嗎？ 答案　有光敏感元件和聲敏感元件. [要點總結] 1.傳感器是通過測量外界的物理量、化學量或生物量來捕捉和識別信息，并將被測量的非電學量轉化成電學量的裝置. 2.各種傳感器的作用都是把非電學量轉換成電學量. 3.傳感器的結構 非電學量敏感元件―→處理電路電學量 4.敏感元件是傳感器中的關鍵性元件，它承擔著直接“感知”和轉換外界信息的任務. 5.根據檢測量的不同，傳感器可分為物理型、化學型和生物型. 例1　如圖1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，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，電壓表的示數變化有何不同？ 圖1 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，電壓表的示數減??；油量減少時，R增大，電壓表的示數增大. 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，電壓表的示數增大，同理，油量減少時，電壓表的示數減小. 二、研究光敏電阻的導電特性 在工廠生產車間的生產線上安裝計數器后，就可以準確得知生產產品的數量，如圖2所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數器的基本工作原理是什么？ 圖2 答案　當光被產品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個產品就獲得一次低電壓，并計數一次. [要點總結] 1.光敏電阻是用半導體材料(如硫化鎘)制成的. 特點：光照越強，電阻越小. 2.光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量. 例2　(多選)如圖3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3 A.電壓表的示數增大 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 答案　ABC 解析　當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤.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，故小燈泡的功率增大，C項正確. 三、探究熱敏電阻的溫度特性 如圖4所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻Rt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，表針將如何擺動？若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將如何擺動？ 圖4 答案　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，指針應向左偏；用吹風機將熱風吹向電阻，Rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏. [要點總結] 1.金屬導體的電阻率隨溫度升高而增大. 2.熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半導體材料制成. 3.熱敏電阻所用材料根據其溫度特性可分為三類 (1)正溫度系數的熱敏材料(PTC)：電阻隨溫度的上升而增加. (2)負溫度系數的熱敏材料(NTC)：電阻隨溫度的上升而下降. (3)臨界溫度系數的熱敏材料(CTC)：電阻在很小的溫度范圍(臨界)內急劇下降. 例3　(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對電路相關物理量的控制.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5 A.電容器C的帶電荷量增大 B.電壓表的讀數增大 C.電容器C兩板間的電場強度減小 D.R1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U＝E－Ir，電壓表的讀數U增大，B正確；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯誤. 1.(對傳感器的認識)關于傳感器，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換為電學量，因此傳感器感知的應該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學量，但不能把熱學量轉化為電學量，因此不是傳感器，故D錯. 2.(光敏電阻的特性)如圖6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，R與L之間用擋板(未畫出)隔開，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6 A.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，滑動變阻器接入電路的電阻減小，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. 3.(對熱敏電阻、光敏電阻的認識)如圖7所示為某傳感裝置內部部分電路圖，RT為正溫度系數熱敏電阻，其特性為隨著溫度的升高阻值增大；R1為光敏電阻，其特性為隨著光照強度的增強阻值減??；R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內阻為r，V為理想電壓表.若發(fā)現電壓表示數增大，可能的原因是(　　) 圖7 ①熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 ②熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 ③光照減弱，其他條件不變 ④光照增強，其他條件不變 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 答案　A 解析?、贌崦綦娮铚囟冉档蜁r，其阻值減小，外電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓隨之減小，通過光敏電阻的電流減小，通過R3的電流增大，電壓表的讀數增大，符合題意，故①正確. ②同理可得熱敏電阻溫度升高，其他條件不變，電壓表的示數減小，不符合題意，故②錯誤. ③光照減弱，光敏電阻的阻值增大，外電路總電阻增大，路端電壓增大，則電壓表的示數增大，故③正確. ④光照增強，光敏電阻的阻值減小，外電路總電阻減小，路端電壓減小，則電壓表的示數減小，故④錯誤.本題選A.