通用版2018-2019版高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會4.3-4.4用傳感器做實驗信息時代離不開傳感器學案滬科版選修3 .doc

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4.3　用傳感器做實驗4.4　信息時代離不開傳感器 [目標定位] 1.知道溫度傳感器、力傳感器的原理和應用.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、實驗中常見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隨溫度的變化而變化的原理制成的，它能把溫度這個熱學量轉換為電壓這個電學量.如各種家用電器(空調、冰箱、熱水器、飲水機等)的溫度控制器、火警報警器、恒溫箱等. 2.力傳感器的原理 如圖1所示，力傳感器可以用來測重力、壓力、拉力等各種力，應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為電壓這個電學量. 圖1 3.磁傳感器的原理(霍爾效應的應用) (1)霍爾元件是一種磁敏感元件. (2)霍爾效應：如圖2所示，在金屬薄片相對的兩側面通以控制電流I，在與薄片垂直方向施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向的另外兩個側面將產(chǎn)生與控制電流和磁場成正比的電動勢UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，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)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況.以下說法中正確的是(工作面是指較大的平面)(　　) 圖3 A.將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B.在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平 C.在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平 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，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH將變大，選項A正確；地球兩極的磁場方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應保持水平，使B與工作面垂直，選項B正確；地球赤道上的磁場沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時，B才與工作面垂直，選項C錯誤；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______________； 用電吹風對熱敏電阻吹一會兒，會發(fā)現(xiàn)小燈泡________，原因是________________； 停止吹風，會發(fā)現(xiàn)_________；把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn)______________. 圖4 答案　由于熱敏電阻阻值較大，左側電路電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵　亮了　電吹風對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，右側電路接通　小燈泡不會立即熄滅，因為熱敏電阻溫度仍然較高　小燈泡熄滅 二、隨處可見的傳感器 1.紅外測溫儀：是一種將紅外輻射波轉換成電信號的傳感裝置. 2.數(shù)碼相機和攝像機：敏感元件叫做電荷耦合器件(CCD)，它能將光信號轉換成模擬電信號，模擬電信號再通過A/D轉換器轉換成數(shù)字電信號. 3.酒精濃度測試儀：敏感元件是酒精傳感器. 在生活中還有煤氣報警器、火警報警器、紅外報警器、防盜報警器等等.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、土壤營養(yǎng)傳感器等等. 例3　如圖5所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災報警器的結構原理圖，罩內裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板.平時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)生火災時，下列說法正確的是(　　) 圖5 A.進入罩內的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 B.光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 C.進入罩內的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報 D.以上說法均不正確 答案　C 解析　由火災報警器的原理可知，發(fā)生火災時煙霧進入罩內，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出這種變化，發(fā)出警報，C對. 三、信息社會離不開傳感器 智能式傳感器集信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能于一身，把計算機、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、遙測與遙感 遙感遙測的基本原理是通過遙感傳感器對觀測目標產(chǎn)生的電磁波、熱輻射進行遠距離收集、轉換，用計算機處理、識別，得出結論.主要應用在地球資源勘測、環(huán)境監(jiān)控、氣象預報、軍事偵察等方面. 1.(傳感器的應用實例)(多選)壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小.一同學利用壓敏電阻設計了判斷升降機運動狀態(tài)的裝置，如圖6甲所示，將壓敏電阻平放在升降機內，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機靜止時電流表示數(shù)為I0.某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過程(　　)  圖6 A.物體處于失重狀態(tài) B.物體處于超重狀態(tài) C.升降機一定向上做勻加速運動 D.升降機可能向下做勻減速運動 答案　BD 解析　電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變，說明壓敏電阻的阻值比升降機靜止時小，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錯誤. 2.(溫度傳感器的應用)小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制.經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障.參照圖7，下列對故障判斷正確的是(　　) 圖7 A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B.只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障 C.熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(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)故障或溫度設定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導致控制器發(fā)出錯誤指令，故C正確，A、B錯誤.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使溫度持續(xù)升高，故D錯誤. 3.(傳感器的應用分析)如圖8所示是一種自動控制水溫的裝置，加熱電路的兩個端點P、Q應接到觸頭a、b上還是c、d上？熱敏電阻兩端M、N應接到哪兩個觸頭上？ 圖8 答案　見解析 解析　P、Q應該分別接在觸頭a、b上，同時，M、N應該分別接e、f，其工作原理是：當水溫升高時，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，使加熱裝置停止加熱；當水溫降低到一定程度時，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，加熱裝置開始加熱，從而實現(xiàn)水溫控制. 4.(傳感器的應用實例)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是一個磁鐵限溫開關，手動閉合，當此開關的溫度達到居里點(103℃)時，自動斷開，且不能自動復位(閉合)，S2是一個雙金屬片自動開關，當溫度達到70℃～80℃時，自動斷開，低于70℃時，自動閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過的電流必須較小，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，當溫度達到70℃～80℃時，S2斷開，當溫度達到103℃時飯熟，S1斷開，當溫度降到70℃以下時，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，直到水被燒干S1才會斷開，試解釋此現(xiàn)象. 圖9 答案　見解析 解析　R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過大而燒毀，S2是自動控制溫度開關，當溫度低于70℃時自動閉合，當溫度達到70℃～80℃時又自動斷開，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2＞R3.由于開關S1必須當溫度達到103℃時才自動斷開，而水的沸點只有100℃，因此用電飯煲燒水時，直到水被燒干后S1才會斷開.