高考物理選修知識(shí)點(diǎn)知識(shí)講解 傳感器及其應(yīng)用（應(yīng)用實(shí)例）

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1、 傳感器及其應(yīng)用（應(yīng)用實(shí)例） 編稿：張金虎 審稿：代洪 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．傳感器的傳感元件是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化電學(xué)量的。 　　2．傳感器的應(yīng)用模式：如如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、轉(zhuǎn)換顯示和執(zhí)行等。（這些內(nèi)容限于高中水平只要求了解，不要求理解或掌握） 【要點(diǎn)梳理】 知識(shí)點(diǎn)一、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋 1．感溫鐵氧體 （1）組成：氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末。 （2）特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到約時(shí)，失去鐵磁性。 （3）居里點(diǎn)：又稱(chēng)居里溫度，即指。 2．電飯鍋的結(jié)構(gòu) 如圖所示：

2、 3．電飯鍋的工作原理 開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)水保持不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，溫度升至居里點(diǎn)時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源從而停止加熱。 要點(diǎn)詮釋?zhuān)喝绻秒婏堝仧?，在水沸騰后因?yàn)樗疁乇３衷冢什荒茏詣?dòng)斷電，只有水燒干后，溫度升高到才能自動(dòng)斷電。 知識(shí)點(diǎn)二、溫度傳感器的應(yīng)用——測(cè)溫儀 1．常見(jiàn)測(cè)溫元件：熱敏電阻、金屬熱電阻、

3、熱電偶及紅外線敏感元件等。 2．溫度傳感器測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)：可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值，因?yàn)闇囟刃盘?hào)變成電信號(hào)后可以遠(yuǎn)距離傳輸。 知識(shí)點(diǎn)三、光傳感器的應(yīng)用 1．機(jī)械式鼠標(biāo)：其內(nèi)部組成如圖所示，包括滾球、滾軸與碼盤(pán)、紅外發(fā)射管與紅外接收管（光傳感器）。 工作原理：鼠標(biāo)器移動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)方向的脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移。 2．火災(zāi)報(bào)警器 如圖所示為利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的一種火災(zāi)報(bào)警器。

4、 帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管、光電三極管和不透明的擋板。平時(shí)，光電三極管收不到發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。 要點(diǎn)詮釋?zhuān)撼Ｒ?jiàn)的光傳感器：光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等。 知識(shí)點(diǎn)四、常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用實(shí)例 1．生活中的傳感器 （1）與溫度控制相關(guān)的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器。 （2）紅外傳感器：自動(dòng)門(mén)、家電遙控器、生命探測(cè)器、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等

5、。 （3）照相機(jī)中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器。 2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 （1）濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動(dòng)供水或停水。 （2）溫度傳感器和濕度傳感器，可對(duì)上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測(cè)。由于有了十分先進(jìn)可靠的測(cè)試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象。 3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 （1）生產(chǎn)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化。用機(jī)器人、自動(dòng)化小車(chē)、自動(dòng)機(jī)床、各種自動(dòng)生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。各種傳感器使生產(chǎn)的自動(dòng)運(yùn)行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等。 （2）在數(shù)控機(jī)床中的

6、位移測(cè)量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的精密加工。 4．飛向太空的傳感器 在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用得較早，也應(yīng)用得較多，在運(yùn)載火箭、載人飛船中，都應(yīng)用了大量的傳感器供遙測(cè)和遙控系統(tǒng)使用。這些傳感器對(duì)控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用。在載人飛船中還使用一類(lèi)測(cè)量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測(cè)量血壓、心電圖、體溫等。 知識(shí)點(diǎn)五、光控開(kāi)關(guān) 1．斯密特觸發(fā)器 當(dāng)輸入端電壓逐漸上升到某一個(gè)值（）時(shí)，輸出端會(huì)突然突然從高電平跳到低電平（），當(dāng)輸入端電壓下降到另一個(gè)值（）時(shí)，輸出端會(huì)從低電平跳到高

7、電平（）。 2．工作原理 對(duì)于如圖所示的光控電路： 白天，光強(qiáng)度較大，光敏電阻電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器端的電壓較低，則輸出端輸出高電壓，發(fā)光二極管不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端的電壓上升到某個(gè)值（），輸出端突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了），這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的。 要點(diǎn)詮釋?zhuān)阂朐谔旄禃r(shí)路燈才會(huì)照亮，應(yīng)該把的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端電壓達(dá)到某個(gè)值（如），就需要的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。 3．課本圖乙電

8、路分析 由于集成電路允許通過(guò)的電流較小，要用白熾燈模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟閉供電電路，如圖所示。燈泡可用“”的，繼電器可以使用型微型繼電器以便能夠插在實(shí)驗(yàn)板上。圖中為繼電器，工作電壓為，為它的常開(kāi)觸點(diǎn)。 要點(diǎn)詮釋?zhuān)海?）二極管具有單向?qū)щ娦?，在電路中不能反接，否則電磁繼電器將不能正常工作。 （2）圖中與是相互聯(lián)系的整體。 （3）在控制電路中之所以并聯(lián)一只二極管，是為了防止電磁繼電器釋放銜鐵時(shí)線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)損壞集成電路。二極管的存在可以提供自感電流的通路。 知識(shí)點(diǎn)六、溫度報(bào)警器 電路原理如圖所示，

9、常溫下，調(diào)整的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端處于低電平，輸出端處于高電平，無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平），其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲，的阻值不同，則報(bào)警溫度不同。 要點(diǎn)詮釋?zhuān)阂篃崦綦娮柙诟袦y(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)減小的阻值，阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。 知識(shí)點(diǎn)七、一些元器件的原理和使用 1．普通二極管和發(fā)光二極管 （1）都具有單向?qū)щ娦浴? （2）發(fā)光二極管除了具

10、有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時(shí)還能發(fā)光。普通的發(fā)光二極管是用磷化鎵或磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，該類(lèi)發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥凇? 2．晶體三極管 （1）晶體三極管能夠把微弱的信號(hào)放大。晶體三極管的三極分別是發(fā)射極、基極和集電極。 （2）傳感器輸出的電流或電壓很微弱，用一個(gè)三極管可以放大幾十倍以至上百倍。三極管的放大作用表現(xiàn)為基極的電流對(duì)集電極的電流起了控制作用。 3．邏輯電路 （1）對(duì)于與門(mén)電路，只要一個(gè)輸入端輸入為“”，則輸出端一定是“”；反之，只有當(dāng)所有輸入端都同時(shí)為“”，輸出端才是“”。 （2）對(duì)于或門(mén)電路，只要有

11、一個(gè)輸入端輸入為“”，則輸出端一定是“”；反之，只有當(dāng)所有輸入端都為“”時(shí)，輸出端才是“”。 （3）非門(mén)電路中，當(dāng)輸入端為“”時(shí)，輸出總是“”；當(dāng)輸入端為“”時(shí)，輸出端反而是“”。非門(mén)電路也稱(chēng)反相器。 （4）斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門(mén)。 【典型例題】 類(lèi)型一、溫度傳感器的應(yīng)用 例1．如圖所示是電飯煲的電路圖，是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，分流電阻，加熱電阻絲，兩燈電阻不計(jì)。 （1）分析電飯

12、煲的工作原理。 （2）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。 （3）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)關(guān)，能將飯煮熟嗎？ 【思路點(diǎn)撥】先搞清楚、兩控溫開(kāi)關(guān)的作用，在明確控溫過(guò)程。 【答案】見(jiàn)解析 【解析】本題考查了溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用，解題關(guān)鍵是清楚、兩控溫開(kāi)關(guān)的作用。 （1）電飯煲盛上食物后，接上電源，自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，仍閉合；水燒開(kāi)后，溫度升高到居里點(diǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于散熱，待溫度降至?xí)r，自動(dòng)閉合，電飯

13、煲重新加熱，溫度達(dá)到時(shí)，又自動(dòng)斷開(kāi)，再次處于保溫狀態(tài)。 （2）加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率，兩式中 。 從而有。 （3）如果不閉合開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)總是閉合的，被短路，功率為，當(dāng)溫度上升到時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，功率降為，溫度降低到，自動(dòng)閉合……溫度只能在之間變化，不能把水燒開(kāi)，不能煮熟飯。 【總結(jié)升華】熟悉電飯煲的工作原理，明確控溫過(guò)程是解題的關(guān)鍵。 例2．圖甲為在溫度為左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻，，，為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當(dāng)端電壓時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度

14、升高；當(dāng)時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在________。 【答案】 【解析】本題考查了自動(dòng)恒溫箱的原理，抓住的臨界狀態(tài)進(jìn)行研究。 設(shè)電路路端電壓為，當(dāng)時(shí)，有 ，解得 。 由圖乙可知，當(dāng)時(shí)， ． 【總結(jié)升華】時(shí)求的值是電路計(jì)算問(wèn)題，時(shí)的溫度由圖象獲取。 類(lèi)型二、光傳感器的應(yīng)用 例3．如圖甲所示為一測(cè)量硫化鎘光敏電阻特性的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定。電流表內(nèi)阻不計(jì)，開(kāi)關(guān)閉合后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡發(fā)光逐漸增強(qiáng)，測(cè)得流過(guò)電阻的電流和光強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖乙所示，試根據(jù)這一特性設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)光控電路。

15、 【思路點(diǎn)撥】由光敏電阻的特性曲線判斷：當(dāng)入射光增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值變化，流過(guò)光敏電阻的電流變化。根據(jù)題意設(shè)計(jì)出的路燈自動(dòng)控制電路。 【答案】如圖所示 【解析】由光敏電阻的特性曲線可以看出，當(dāng)入射光增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值減小，流過(guò)光敏電阻的電流增大。 根據(jù)題意設(shè)計(jì)的路燈自動(dòng)控制電路如圖所示。 控制過(guò)程是：當(dāng)有光照時(shí)，光電流經(jīng)過(guò)放大器輸出一個(gè)較大的電流，驅(qū)動(dòng)電磁繼電器吸合使兩個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個(gè)常閉觸點(diǎn)閉合，控制路燈電路接通，路燈開(kāi)始工作。 【總結(jié)升華】光傳感

16、器是重要的傳感器之一，人們運(yùn)用硫化鎘對(duì)可見(jiàn)光敏感的特性，制作路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)、光照自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等自控設(shè)備。利用某些半導(dǎo)體材料對(duì)紅外線敏感的特性，制作遙控設(shè)備，廣泛地應(yīng)用在電視機(jī)、錄像機(jī)、空調(diào)、影碟機(jī)等家庭用電器的操作中，由于對(duì)紅外線敏感的元件對(duì)可見(jiàn)光不敏感，用它制作的裝置不受可見(jiàn)光影響，因此它的應(yīng)用十分廣泛。 例4．如圖所示，電源兩端的電壓恒定，為小燈泡，為光敏電阻，為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)），且與距離不變，下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，消耗的功率減小

17、C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí)，消耗的功率可能不變 D．無(wú)論怎樣移動(dòng)觸頭，消耗的功率都不變 【答案】A 【解析】本題考查了光敏電阻的特性及電路分析知識(shí)。電源電壓恒定，也就是說(shuō)，并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則的功率變大。 【總結(jié)升華】搞清光敏電阻的特點(diǎn)和注意電源電壓是恒定的是解決本題的關(guān)鍵。 類(lèi)型三、電磁繼電器與自動(dòng)控制 例5．如圖所示為低壓控制電路操縱路燈工作的電路，試分析其工作原理。 【思路點(diǎn)撥】先搞清楚電磁繼電器的工作原理，再分析控制電

18、路原理。 【答案】見(jiàn)解析 【解析】（1）電磁繼電器的工作原理 因集成電路允許通過(guò)的電流較小，白熾燈泡工作電流較大，所以使用繼電器來(lái)啟閉工作電路。如圖所示，虛線框內(nèi)是電磁繼電器，為動(dòng)觸點(diǎn)，是靜觸點(diǎn)。當(dāng)線圈中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)向下與接觸，工作電路接通；當(dāng)線圈中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)與分離，自動(dòng)切斷工作電路。 （2）控制電路原理 天較亮?xí)r，光敏電阻阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端電勢(shì)較低，則輸出端輸出高電平，線圈中無(wú)電流，工作電路不通；天較暗時(shí)，光敏電阻電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端電勢(shì)升高，當(dāng)升

19、高到一定值，輸出端由高電平突然跳到低電平，有電流通過(guò)線圈，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動(dòng)開(kāi)啟；天明后，阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端電勢(shì)逐漸降低，降到一定值，輸出端突然由低電平跳到高電平，則線圈不再有電流，電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源，路燈熄滅。 【總結(jié)升華】在控制電路中之所以并聯(lián)一只二極管，是為了防止電磁繼電器釋放銜鐵時(shí)線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)損壞集成電路。二極管的存在可以提供自感電流的通路。 舉一反三: 【高清課堂：傳感器（原理及典型應(yīng)用）例7】 【變式】如圖甲所示為熱敏電阻的圖像，圖乙為用熱敏電阻和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路。繼電器線圈的電阻為，當(dāng)線圈中的電

20、流大于或等于時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池電動(dòng)勢(shì),內(nèi)阻不計(jì)。圖乙中的電源是恒溫箱加熱器的電源，則： A.應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在端 B.應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在端 C.如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在，可變電阻的值應(yīng)調(diào)節(jié)到 D.如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在，可變電阻的值應(yīng)調(diào)節(jié)到 【答案】AC 類(lèi)型四、溫度報(bào)警器 例6．型號(hào)為的集成塊里面有個(gè)非門(mén)，其引腳如圖甲所示，這種非門(mén)由于性能特別，稱(chēng)為斯密特觸發(fā)器。當(dāng)加在它的輸入端的電壓逐漸上升到某個(gè)值（）時(shí)，輸出端會(huì)突然從高電平跳到低電平（），而當(dāng)輸入端的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候（），會(huì)從低電平跳到

21、高電平（）。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號(hào)，而這正是進(jìn)行自動(dòng)控制所必須的。 現(xiàn)用斯密特觸發(fā)器與熱敏電阻組成溫度報(bào)警器，電路如圖乙所示，圖中蜂鳴器可以選用或型，它兩端的直流電壓為時(shí)會(huì)發(fā)出鳴叫聲；為熱敏電阻，常溫下阻值約幾百歐，溫度升高時(shí)阻值減小。的最大電阻可在間選擇。 接通電源后，先調(diào)節(jié)，使蜂鳴器在常溫下不發(fā)聲。再用熱水使熱敏電阻的溫度上升，到達(dá)某一溫度時(shí)就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。 請(qǐng)你說(shuō)明這個(gè)電路的工作原理。想一想：怎樣能夠使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警？ 【答案】見(jiàn)解析 【解析】該電路的工作原理是：常溫下，調(diào)

22、整的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端處于低電平，則輸出端處于高電平，無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻研阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平）時(shí)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲，的阻值不同，報(bào)警溫度不同。 要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)減小的阻值，阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。 【總結(jié)升華】斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門(mén)，常用符號(hào)表示；在邏輯電路中，經(jīng)常把電勢(shì)的高低叫做“電平”的高低，“輸出低電平”的意思是，輸出端處于低電勢(shì)的狀態(tài)。

23、類(lèi)型五、傳感器的其他應(yīng)用 例7．如圖甲所示是一種懸球式加速儀，它可以用來(lái)測(cè)定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車(chē)的加速度。金屬球的質(zhì)量為，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在點(diǎn)，是一根長(zhǎng)為的均勻電阻絲，其阻值為，金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì)；電阻絲的中心焊拉一根導(dǎo)體絲，從點(diǎn)引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個(gè)電壓表，金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì)。圖中虛線與垂直，且，電阻絲接在電壓為的直流穩(wěn)壓電源上，整個(gè)裝置固定在列車(chē)中，使沿前進(jìn)的方向。列車(chē)靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車(chē)加速或減速前進(jìn)時(shí)，金屬絲偏離豎直方向，從電壓表的讀數(shù)變化可以測(cè)出加速度的大小。 （1）當(dāng)列車(chē)向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，試導(dǎo)出加速度與

24、電壓表讀數(shù)的關(guān)系式（用及重力加速度等表示）。 （2）用導(dǎo)出的與的關(guān)系式說(shuō)明表盤(pán)上的刻度是否均勻？ （3）點(diǎn)設(shè)置在電阻絲中點(diǎn)的原因是________，對(duì)電壓表的選擇有什么特殊要求________。 【思路點(diǎn)撥】畫(huà)出受力圖，由牛頓第二定律及幾何關(guān)系得出加速度與有效電阻絲長(zhǎng)度及高度的的關(guān)系，再用電壓與電阻的關(guān)系，推出加速度與電壓表讀數(shù)的關(guān)系式（用及重力加速度等表示）。分析這個(gè)關(guān)系得出第二問(wèn)；考慮加速度的方向性做出第三問(wèn)。 【答案】見(jiàn)解析 【解析】（1）設(shè)列車(chē)加速度為時(shí)，小球偏離豎直方向角，此時(shí)小球受力情況如圖乙所示，根據(jù)牛頓第二定律得

25、： ， ① 因?yàn)? ② 由①②兩式得：； ③ 又設(shè)列車(chē)加速度為時(shí)，電壓表讀數(shù)為， ， ④ 由④得， ⑤ ⑤代入③得。 ⑥ （2）由⑥式可知，均為常數(shù)，則列車(chē)加速度。與電壓表讀數(shù)成正比，可將電壓表上的刻度一一對(duì)應(yīng)地改成加速度 的數(shù)值，因而可知表盤(pán)上加速度的刻度與電壓表上刻度一樣是均勻的。 （3）列車(chē)可能加速運(yùn)動(dòng)也可能減速運(yùn)動(dòng)（加速度方向變化）；電壓表中間刻度為零。 【總結(jié)升華】加速度傳感器實(shí)際上是變式加速度計(jì)，它將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，關(guān)鍵要找到加速度與輸

26、出電壓的關(guān)系。 舉一反三: 【高清課堂：傳感器（原理及典型應(yīng)用）例9】 【變式】可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知的質(zhì)量為，彈簧的勁度系數(shù)為、自然長(zhǎng)度為，電源的電動(dòng)勢(shì)為、內(nèi)阻不計(jì)。滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)也為 ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)在點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫(xiě)出輸出電壓與的函數(shù)式。 【答案】 【解析】設(shè)彈簧伸長(zhǎng), 則 ． ． 設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度的電阻為 ． ． 例8．如圖所示裝置為一監(jiān)測(cè)鍋爐內(nèi)的壓力大小的報(bào)警器，在壓力小于

27、某個(gè)安全值時(shí)，綠燈亮；當(dāng)壓力超過(guò)安全值時(shí)，紅燈亮、電鈴響，進(jìn)行報(bào)警。試說(shuō)明其工作原理。 【答案】見(jiàn)解析 【解析】當(dāng)爐內(nèi)溫度超過(guò)安全值時(shí)，活塞推動(dòng)金屬片使觸點(diǎn)連接，電磁鐵通電把銜鐵吸下來(lái)，使點(diǎn)接通，紅燈亮，電鈴響，從而起到報(bào)警作用。 【總結(jié)升華】本題關(guān)鍵是看懂電磁繼電器電路和指示燈電路，并能分析得到兩電路之間的聯(lián)系。 舉一反三: 【高清課堂：傳感器（原理及典型應(yīng)用）例８】 【變式】如圖所示為大型電子地磅電路圖，電源電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻不計(jì)．不稱(chēng)物體時(shí)，滑片在端，滑動(dòng)變阻器接入電路的有效電阻最大，電流較小；稱(chēng)物體時(shí)，在壓力作用下滑片下滑，滑動(dòng)變

28、阻器的有效電阻變小，電流變大．這樣把電流對(duì)應(yīng)的重力值刻在刻度盤(pán)上，就可以讀出被稱(chēng)物體的重力值．若滑動(dòng)變阻器上間距離為，最大阻值等于定值電阻的阻值，兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為，則所稱(chēng)重物的重力與電流大小的關(guān)系為 ( ) 　　　 A． B. C. D. 【答案】A 例9．如圖所示是電熨斗溫度自動(dòng)控制裝置的示意圖。 （1）正常使用時(shí)，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是分離的還是接觸的？ （2）雙金屬片溫度升高時(shí)，哪一層形變大？ （3）假設(shè)原來(lái)溫度上升到時(shí)，斷開(kāi)電源，現(xiàn)在要求時(shí)斷開(kāi)電源，應(yīng)

29、怎樣調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕？ 【思路點(diǎn)撥】雙金屬片是將溫度轉(zhuǎn)化為雙金屬片的形變。 【答案】（1）接觸 （2）上層片的形變大 （3）向上調(diào)節(jié) 【解析】（1）由于常溫時(shí)電熨斗是通電發(fā)熱的，故上、下觸點(diǎn)必須接通而使電熱絲工作。 （2）由于上層金屬片的膨脹系數(shù)比下層金屬片的大，則上層金屬片的形變大。 （3）應(yīng)向上調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使之減小對(duì)雙金屬片的壓力，使雙金屬片受熱時(shí)易于和觸點(diǎn)分離斷電。 【總結(jié)升華】感溫雙金屬片是將溫度轉(zhuǎn)化為雙金屬片的形變，而應(yīng)力雙應(yīng)變片是將應(yīng)變片的形變量轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 舉一反三: 【變式】某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示，鐵

30、芯左側(cè)線圈由火線和零線并行繞成，當(dāng)右側(cè)線圈中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)，從而切斷家庭電路，僅考慮在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的有 A．家庭電路正常工作時(shí)，中磁通量為零 B．家庭電路中使用的電器增多時(shí)，中的磁通量不變 C．家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開(kāi)關(guān)將被電磁鐵吸起 D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開(kāi)關(guān)將被電磁鐵吸起。 【答案】ABD 【解析】因原線圈是雙線繞法，所以家庭電路正常工作時(shí)、磁通量為，A、B正確；家庭電路短路時(shí)，、磁通量仍為，C錯(cuò)誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，兩根電線電流不等且變化，開(kāi)關(guān)K被磁鐵吸起，D正確。