通用版2018-2019版高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì)4.3-4.4用傳感器做實(shí)驗(yàn)信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器學(xué)案滬科版選修3 .doc

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4.3　用傳感器做實(shí)驗(yàn)4.4　信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器 [目標(biāo)定位] 1.知道溫度傳感器、力傳感器的原理和應(yīng)用.2.理解霍爾元件的原理.3.了解現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中常用的傳感器. 一、實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的幾種傳感器的分析 1.溫度傳感器的原理 溫度傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的，它能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量.如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)等)的溫度控制器、火警報(bào)警器、恒溫箱等. 2.力傳感器的原理 如圖1所示，力傳感器可以用來(lái)測(cè)重力、壓力、拉力等各種力，應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量. 圖1 3.磁傳感器的原理(霍爾效應(yīng)的應(yīng)用) (1)霍爾元件是一種磁敏感元件. (2)霍爾效應(yīng)：如圖2所示，在金屬薄片相對(duì)的兩側(cè)面通以控制電流I，在與薄片垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的另外兩個(gè)側(cè)面將產(chǎn)生與控制電流和磁場(chǎng)成正比的電動(dòng)勢(shì)UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，即UH＝RH. 圖2 例1　(多選)如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況.以下說(shuō)法中正確的是(工作面是指較大的平面)(　　) 圖3 A.將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B.在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C.在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 答案　ABD 解析　將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH將變大，選項(xiàng)A正確；地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項(xiàng)B正確；地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時(shí)，B才與工作面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確. 例2　按圖4所示連接好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是______________； 用電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻吹一會(huì)兒，會(huì)發(fā)現(xiàn)小燈泡________，原因是________________； 停止吹風(fēng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)_________；把熱敏電阻放入冷水中會(huì)發(fā)現(xiàn)______________. 圖4 答案　由于熱敏電阻阻值較大，左側(cè)電路電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵　亮了　電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻加熱使其阻值變小，電路中電流增大，電磁鐵吸住銜鐵，右側(cè)電路接通　小燈泡不會(huì)立即熄滅，因?yàn)闊崦綦娮铚囟热匀惠^高　小燈泡熄滅 二、隨處可見(jiàn)的傳感器 1.紅外測(cè)溫儀：是一種將紅外輻射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感裝置. 2.數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)：敏感元件叫做電荷耦合器件(CCD)，它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào). 3.酒精濃度測(cè)試儀：敏感元件是酒精傳感器. 在生活中還有煤氣報(bào)警器、火警報(bào)警器、紅外報(bào)警器、防盜報(bào)警器等等.工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線上的傳感器，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤營(yíng)養(yǎng)傳感器等等. 例3　如圖5所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板.平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài).發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖5 A.進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) B.光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) C.進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào) D.以上說(shuō)法均不正確 答案　C 解析　由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì). 三、信息社會(huì)離不開(kāi)傳感器 智能式傳感器集信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能于一身，把計(jì)算機(jī)、各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器. 四、遙測(cè)與遙感 遙感遙測(cè)的基本原理是通過(guò)遙感傳感器對(duì)觀測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的電磁波、熱輻射進(jìn)行遠(yuǎn)距離收集、轉(zhuǎn)換，用計(jì)算機(jī)處理、識(shí)別，得出結(jié)論.主要應(yīng)用在地球資源勘測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)、軍事偵察等方面. 1.(傳感器的應(yīng)用實(shí)例)(多選)壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小.一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖6甲所示，將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過(guò)程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過(guò)程(　　)  圖6 A.物體處于失重狀態(tài) B.物體處于超重狀態(tài) C.升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng) D.升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng) 答案　BD 解析　電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變，說(shuō)明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小，壓敏電阻所受壓力變大，物體處于超重狀態(tài)，即物體具有向上的加速度，B、D正確，A、C錯(cuò)誤. 2.(溫度傳感器的應(yīng)用)小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無(wú)法自動(dòng)控制.經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒(méi)有故障.參照?qǐng)D7，下列對(duì)故障判斷正確的是(　　) 圖7 A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B.只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障 C.熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障 D.可能是加熱器出現(xiàn)故障 答案　C 解析　由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都會(huì)向控制器傳遞錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，故C正確，A、B錯(cuò)誤.若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會(huì)使溫度持續(xù)升高，故D錯(cuò)誤. 3.(傳感器的應(yīng)用分析)如圖8所示是一種自動(dòng)控制水溫的裝置，加熱電路的兩個(gè)端點(diǎn)P、Q應(yīng)接到觸頭a、b上還是c、d上？熱敏電阻兩端M、N應(yīng)接到哪兩個(gè)觸頭上？ 圖8 答案　見(jiàn)解析 解析　P、Q應(yīng)該分別接在觸頭a、b上，同時(shí)，M、N應(yīng)該分別接e、f，其工作原理是：當(dāng)水溫升高時(shí)，熱敏電阻阻值減小，電磁鐵中電流增大，吸引力增大，使銜鐵被吸下，a、b斷開(kāi)，使加熱裝置停止加熱；當(dāng)水溫降低到一定程度時(shí)，熱敏電阻阻值增大，電磁鐵中電流減小，吸引力減小，銜鐵被彈簧彈上去，使a、b之間連接，加熱裝置開(kāi)始加熱，從而實(shí)現(xiàn)水溫控制. 4.(傳感器的應(yīng)用實(shí)例)電飯煲的工作原理如圖9所示，可分為兩部分，即控制部分：由S2、R1和黃燈組成.工作(加熱)部分：由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成，S1是一個(gè)磁鐵限溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合，當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，且不能自動(dòng)復(fù)位(閉合)，S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，低于70℃時(shí)，自動(dòng)閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過(guò)的電流必須較小，所以R1、R2起________作用，R3是發(fā)熱電阻，由于煮飯前溫度低于70℃，所以S2是________(填“斷開(kāi)的”或“閉合的”).接通電源并按下S1后，黃燈滅而紅燈亮，R3發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，S2斷開(kāi)，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)飯熟，S1斷開(kāi)，當(dāng)溫度降到70℃以下時(shí)，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi)，試解釋此現(xiàn)象. 圖9 答案　見(jiàn)解析 解析　R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過(guò)大而燒毀，S2是自動(dòng)控制溫度開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)自動(dòng)閉合，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)又自動(dòng)斷開(kāi)，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2＞R3.由于開(kāi)關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)才自動(dòng)斷開(kāi)，而水的沸點(diǎn)只有100℃，因此用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干后S1才會(huì)斷開(kāi).