2019-2020年高中物理 第三章 第一、二節(jié) 認(rèn)識傳感器 探究傳感器的原理學(xué)案 粵教版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 第三章 第一、二節(jié) 認(rèn)識傳感器 探究傳感器的原理學(xué)案 粵教版選修3-21知道什么是傳感器2知道傳感器的分類1傳感器是把能夠完成兩種量(光、熱、電、力學(xué)量和機械量等)之間的變換或轉(zhuǎn)換關(guān)系的元件2傳感器目前一般可按如下方式進行分類：按被測量進行劃分，按傳感器的工作原理進行劃分，按能量傳遞方式進行劃分3常見的傳感器有：溫度傳感器(隨溫度的變化而變化)，光電傳感器(隨光照強度的變化而變化)等日本一家大型化學(xué)公司開發(fā)出一種利用發(fā)光二極管種植蔬菜的新技術(shù)試驗證實：用發(fā)光二極管種出的蔬菜比露天種出的蔬菜營養(yǎng)更豐富，口味也更好據(jù)介紹，發(fā)光二極管的外殼以塑料制成，長約1厘米，直徑為0.6厘米0.7厘米，外形如同中藥膠囊，由于里面裝有以半導(dǎo)體化合物為原料的發(fā)光體，故通電后即會像燈泡一樣發(fā)光以往的“蔬菜工廠”是為陽光不足地區(qū)也能種菜設(shè)立的，一般用日光燈代替太陽而發(fā)光二極管顯然比日光燈甚至陽光更具優(yōu)勢，因為可發(fā)出紅、藍、綠、白等不同顏色的光，種植者只要對不同的色光作適當(dāng)調(diào)整以便更高效地生產(chǎn)蔬菜如，紅光可使作物光合作用更為活躍，藍光可使蘿卜等作物根部變大利用對不同色光照射時間的調(diào)整，不僅可縮短作物的生長期，而且可使作物個頭更大，從而大大提高了產(chǎn)量此外，蔬菜中糖分和維生素的含量也會根據(jù)光線顏色的不同和照射時間的長短出現(xiàn)變化如：生菜只要多照紅光，光合作用就會活躍起來，所含糖分隨之增加，味道也會變得較甜；而大多數(shù)蔬菜照射較長時間紅光，所含維生素都會增加掌握了這一規(guī)律，種植者便不難對所種蔬菜的營養(yǎng)成分和口味作調(diào)整目前，發(fā)光二極管價格雖仍偏高，但耗電量很低，壽命也長(約在5萬小時以上)，故汽車剎車燈、紅綠交通燈等也紛紛開始改用發(fā)光二極管專家們預(yù)測，隨著發(fā)光二極管制作成本的逐步降低，它必將在更多領(lǐng)域發(fā)揮積極作用一、單項選擇題1在防治“非典”期間，在機場、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是(D)A選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線光子能量小，可以節(jié)約能量B紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測C紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同解析：紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故選項D正確2如下圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(C)AR1兩端的電壓增大B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強D小燈泡的亮度變?nèi)踅馕觯簻囟冉档蜁rR2的阻值增大，干路電流減小，R1兩端電壓、電流表示數(shù)都減小，燈泡兩端電壓變大、亮度變強只有C項正確3“嫦娥一號”衛(wèi)星上裝有8種24件探測儀器，其中可能有(D)A味覺傳感器 B氣體傳感器C聽覺傳感器 D視覺傳感器解析：“嫦娥一號”月球衛(wèi)星是為探測月球而發(fā)射的在軌衛(wèi)星，而月球上無氣體，所以不需要氣體傳感器和聽覺傳感器，當(dāng)然也用不到味覺傳感器，真正需要的是為月球“畫像”的視覺傳感器立體相機4氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化，在如右圖所示的電路中，不同的一氧化碳濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對應(yīng)關(guān)系，觀察儀表指針就能判斷一氧化碳是否超標(biāo)有一種氧化錫傳感器，其電阻的倒數(shù)與一氧化碳的濃度成正比，那么，電壓表示數(shù)U與一氧化碳濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是(C)AU越大，表示c越大，c與U成正比BU越大，表示c越小，c與U成反比CU越大，表示c越大，但是c與U不成正比DU越大，表示c越小，但是c與U不成反比解析：由電路圖可知，U越大，表明通過電阻R0的電流越大，則氧化錫傳感器的電阻減小，由于題目中指出其“電阻的倒數(shù)與一氧化碳的濃度成正比”，則表示一氧化碳的濃度c變大根據(jù)電路圖可知，c與U不成正比二、多項選擇題5電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)水燒干前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)水燒干后的保溫狀態(tài)如下圖所示是電飯鍋的電路原理示意圖，S是用感溫材料制造的開關(guān)，下列說法中正確的是(BD)A其中R1是供加熱用的電阻絲B當(dāng)開關(guān)S接通時電飯鍋為加熱狀態(tài)，S斷開時為保溫狀態(tài)C要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時功率的一半，D要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時功率的一半，解析：由電路圖可知，不管S斷開還是閉合，加在電阻上的電壓都是220 V，所以根據(jù)P得接在電路的電阻越小，功率越大，所以S閉合的時候，R2處于加熱狀態(tài)，B正確；根據(jù)2得，所以D 也正確6在如右圖所示的電路中，電池的電動勢為E，內(nèi)阻為r，R1為金屬電阻、R2為光敏電阻、R3為熱敏電阻設(shè)電流表A的讀數(shù)為I，電壓表V1的讀數(shù)為U1，電壓表V2的讀數(shù)為U2，三個電阻中僅有一個的阻值發(fā)生變化，則下面的分析正確的是(AB)A給R1升溫，I變小，U1變大B用光照R2，I變小，U2變大C給R3降溫，I變大，U1變大D給R1降溫，I變小，U1變小解析：R1為金屬電阻：溫度越高，電阻值越大；R2為光敏電阻：光照越強，電阻值越小；R3為熱敏電阻：溫度越高，電阻值越小則根據(jù)“串反并同”得，A選項給R1升溫，R1電阻值變大了，I減小，U1變大，A正確；B選項用光照R2，R2電阻值減小，則I變小，U2變大，B正確7傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電量等)的一種元件如下圖所示中的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是(BD)A圖甲中兩極間的電量不變，若電壓減少，可判斷出h變小B圖乙中兩極間的電量不變，若電壓增加，可判斷出變大C圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負(fù)極，則x變大D圖丁中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大8唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?，其中一種是動圈式的，下圖是該傳感器的構(gòu)造原理圖它的工作原理是，在彈性膜的后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永久磁體的磁場之中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栂铝姓f法正確的是(BC)A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不斷改變D膜片振動時，金屬線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢保持不變解析：根據(jù)圖可知，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，傳感器的線圈的磁通量不斷變化，產(chǎn)生不斷改變的感應(yīng)電流，就把聲音轉(zhuǎn)化成了電信號所以B、C正確9某半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系曲線，則(CD)A圖線1反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化 B圖線2反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化 C圖線1反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化 D圖線2反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化三、非選擇題(按題目要求作答解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)10傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)、顯示體重大小的儀表A(實質(zhì)是理想的電流表)組成壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1107 Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如下表所示設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V，取g10 m/s2.請回答：壓力F/N02505007501 0001 2501 500電阻R/300270240210180150120(1)該秤零起點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤_A處(2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20 mA，則這個人的體重是_kg.解析：(1)由圖表知，踏板空載時，壓力傳感器電阻R300 ，此時A中電流I A1.6102 A.(2)當(dāng)電流I20 mA20103 A時，壓力傳感器的電阻R 240 ，對應(yīng)表格中，這個人的質(zhì)量為50 kg.答案：(1)1.6102(2)5011如圖所示為檢測某傳感器的電路圖傳感器上標(biāo)有“3 V 0.9 W”的字樣(傳感器可看作一個純電阻)，滑動變阻器R0上標(biāo)有“10 1 A”的字樣，電流表的量程為0.6 A，電壓表的量程為3 V求：(1)傳感器的電阻和額定電流(2)為了確保電路各部分的安全，在a、b之間所加的電源電壓最大值是多少？ (3)如果傳感器的電阻變化超過標(biāo)準(zhǔn)值1 ，則該傳感器就失去作用實際檢測時，將一個恒壓電源加在圖中a、b之間，閉合開關(guān)S，通過調(diào)節(jié)R0來改變電路中的電流和R0兩端的電壓檢測記錄如下電壓表示數(shù)U/V電流表示數(shù)I/A第一次1.480.16第二次0.910.22若不計檢測電路對傳感器電阻的影響，你認(rèn)為這個傳感器是否仍可使用？此時a、b間所加的電壓是多少？解析：(1)R傳 10 I傳A0.3 A.(2)最大電流II傳0.3 A 電源電壓最大值UmU傳U0U傳為傳感器的額定電壓，U0為R0m10 時R0兩端的電壓，即U0I傳R0m0.310 V3 V UmU傳U03 V3 V6 V.(3)設(shè)實際檢測時加在a、b間的電壓為U，傳感器的實際電阻為R傳，根據(jù)第一次實驗記錄數(shù)據(jù)有：UI1R傳U1 根據(jù)第二次實驗記錄數(shù)據(jù)有UI2R傳 U2代入數(shù)據(jù)，解得：R傳9.5 ，U3 V傳感器的電阻變化為RR傳R傳10 9.5 0.5 1 ，所以此傳感器仍可使用答案：見解析