2019-2020年高中物理選修（3-2）第4章《傳感器與現代社會》章末總結學案.doc

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2019-2020年高中物理選修（3-2）第4章《傳感器與現代社會》章末總結學案 一、常見敏感元件的特點及應用 1．光敏電阻：光敏電阻的阻值與所受光照的強度有關，光照增強阻值減小，光照減弱阻值增大． 2．熱敏電阻：熱敏電阻有正溫度系數、負溫度系數和臨界溫度系數三種．正溫度系數的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負溫度系數的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。? 3．霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量． 例1　如圖1所示是一火警報警器的部分電路示意圖．其中R2為用半導體負溫度系數熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器．當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I，報警器兩端的電壓U的變化情況是 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　 A．I變大，U變大 B．I變大，U變小 C．I變小，U變大 D．I變小，U變小 解析　R2所在處出現火情時，溫度升高，則R2的阻值減?。甊2↓→R總↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故顯示器的電流I變小，由U＝E－I干r，I干變大，知U變小，故選項D正確． 答案　D 針對訓練　如圖2所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置．則(　　) 圖2 ①當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高?、诋斢腥送ㄟ^而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低　③當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓?、墚攦H減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 答案　C 解析　R1是光敏電阻，有光照射時，阻值變小，當有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故①錯誤，②正確；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故③正確；當僅減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故④錯誤，故應選C. 二、傳感器的應用 1．傳感器的應用 傳感器的應用過程包括三個環(huán)節(jié)：感、傳、用． (1)“感”是指傳感器的敏感元件感應信息，并轉化為電學量． (2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲取并轉化的電學信息傳給執(zhí)行機構． (3)“用”是指執(zhí)行機構利用傳感器傳來的信息進行某種顯示或某種動作． 2．傳感器電路問題的設計思路 處理與傳感器有關的電路設計問題時，可將整個電路分解為： (1)傳感器所在的信息采集部分； (2)轉化傳輸部分(這部分電路往往與直流電路的動態(tài)分析有關)； (3)執(zhí)行電路． 例2　傳感器擔負著信息的采集任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量)，例如熱敏傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻，某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖3甲所示，圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖．問： 圖3 (1)為了使溫度過高時報警器鈴響，c應接在________(填“a”或“b”)處． (2)若要使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向________移動(填“左”或“右”)． (3)如果在調試報警器達到最低報警溫度時，無論如何調節(jié)滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路實際不能工作的原因可能是______________________________________________________． 解析　熱敏電阻RT在溫度升高時阻值變小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強，把右側銜鐵吸引過來，與a接觸， 故c應接在a處；為使啟動報警的溫度提高，則應使電路中電阻更大，這樣使報警溫度提高，滑片應左移． 答案　(1)a　(2)左　(3)電源提供電壓太小，以至于電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度系數太大 例3　一熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖像如圖4甲所示，請應用這一熱敏電阻自行設計一控制電路，當溫度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時綠色指示燈亮，并且說明滑動變阻器的作用． 圖4 給你的器材有：如圖乙所示的繼電器一只，熱敏電阻一只、滑動變阻器一只、紅、綠色指示燈各一個、兩個獨立的電池組、開關兩個、導線若干． 解析　由題圖甲所示可以看出熱敏電阻的阻值隨溫度升高而降低，是負溫度系數的熱敏電阻，設計的控制電路如圖所示．當溫度低于這一值時，熱敏電阻的阻值較大，流過電磁鐵的電流較小，綠燈所在電路閉合，綠色指示燈亮．當溫度高于這一值時，熱敏電阻的阻值較小，流過電磁鐵的電流較大，紅燈所在電路閉合，紅色指示燈亮．滑動變阻器作限流式連接，通過調節(jié)滿足熱敏電阻對某一溫度的控制． 答案　(1)控制電路見解析圖． (2)此方案中滑動變阻器的作用：主要是通過調節(jié)滿足熱敏電阻對某一溫度的控制． 1．(常見敏感元件的特點及應用)如圖5所示，RT為正溫度系數熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內阻為r，為理想電壓表，現發(fā)現電壓表示數增大，可能的原因是(　　) 圖5 ①熱敏電阻溫度升高，其他條件不變?、跓崦綦娮铚囟冉档停渌麠l件不變?、酃庹赵鰪?，其他條件不變　④光照減弱，其他條件不變 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 答案　D 解析　電壓表示數變大，而R3為定值電阻，說明流經R3的電流增大，由電路結構可知，這可能是由于RT阻值減小或R1阻值增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故②、④正確，①、③錯誤． 2．(傳感器的應用)如圖6所示是一種水位自動報警器的原理示意圖，當杯中的水的水位到達金屬塊B時，出現的情況是 (　　) 圖6 A．L1燈亮 B．L2燈亮 C．L1、L2兩燈同時亮 D．L1、L2兩燈都不亮 答案　B 解析　由電路結構可以看出，當杯中的水的水位到達B時，左端電路被接通，這樣螺線管就產生磁場，相當于一個磁鐵，對與彈簧相連的銜鐵產生吸引作用，使之向下移動，這樣L2電路被接通． 3．(傳感器的應用)如圖7所示為大型電子地磅電路圖，電源電動勢為E，內阻不計．不稱物體時，滑片P在A端，滑動變阻器接入電路的有效電阻最大，電流較??；稱物體時，在壓力作用下滑片P下滑，滑動變阻器有效電阻變小，電流變大，這樣把電流對應的重量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重量值．若滑動變阻器上A、B間距離為L，最大阻值等于定值電阻的阻值R0，已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數為k，則所稱物體的重量G與電流大小I的關系為 (　　) 圖7 A．G＝2kL－ B．G＝kL＋ C．G＝＋kL D．G＝kL 答案　A 解析　設放上物體后，滑片P向下滑動x，處于平衡． 由受力平衡得：G＝kx① 由閉合電路歐姆定律得： (R0＋R0)I＝E② 由①②得：G＝2kL－. 4．(傳感器的應用)用如圖8所示的電磁繼電器設計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警，可供選擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線． 圖8 答案　如圖所示． 解析　將熱敏電阻、學生用電源、滑動變阻器、開關串聯接入繼電器的a、b端；將學生用電源與電鈴、綠燈泡分別接入c、d、e之間，正常情況時熱敏電阻阻值大，ab間電流小，電磁鐵磁性弱，ce接通，綠燈亮．溫度升高時，熱敏電阻阻值變小，ab間電流變大，電磁鐵磁性變強，吸住銜鐵，cd接通，ce斷開，綠燈滅，電鈴響．