高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 傳感器 第3講 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用課件

第3講傳感器的原理及其應(yīng)用第十章交變電流 傳感器內(nèi)容索引基礎(chǔ)知識(shí)梳理命題點(diǎn)一溫度傳感器及其應(yīng)用命題點(diǎn)二光電傳感器及其應(yīng)用命題點(diǎn)三其他傳感器及其應(yīng)用命題點(diǎn)四傳感器與電學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合基礎(chǔ)知識(shí)梳理1一、傳感器及構(gòu)成一、傳感器及構(gòu)成1.傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的 ，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成為 信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求.2.傳感器一般由 元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成.信息電敏感二、傳感器的分類二、傳感器的分類傳感器一般按被測(cè)量、 、能量傳遞方式等進(jìn)行分類.三、兩種重要的傳感器三、兩種重要的傳感器1.溫度傳感器：一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成 變化的裝置.熱敏電阻是利用 材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的.2.光電傳感器：一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換成 變化的傳感器，就是光電傳感器在 作用下，其 性能發(fā)生變化，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等.工作原理電學(xué)量半導(dǎo)體電學(xué)量光照導(dǎo)電如圖所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中央.若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？答案深度思考深度思考由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏.1.(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成光學(xué)量D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量基礎(chǔ)題組自測(cè)基礎(chǔ)題組自測(cè)答案2.如圖所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬涂層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬涂層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極.在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，從而使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的A.距離變化 B.正對(duì)面積變化C.電介質(zhì)變化 D.電壓變化答案3.有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開(kāi)通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)锳.改變濕度 B.改變溫度C.改變磁場(chǎng) D.改變電容答案4.全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動(dòng)感應(yīng)裝置，該水位自動(dòng)感應(yīng)裝置采用的傳感器是A.溫度傳感器 B.壓力傳感器C.生物傳感器 D.紅外線傳感器答案命題點(diǎn)一溫度傳感器及其應(yīng)用2熱敏電阻用半導(dǎo)體材料制成，按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻.正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大；負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小. 如圖所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的IU關(guān)系曲線圖.【例1】(1)為了通過(guò)測(cè)量得到圖示的IU關(guān)系的完整曲線，在圖甲、乙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_.(電源電動(dòng)勢(shì)為9 V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0100 )答案解析應(yīng)選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大.甲見(jiàn)解析(2)在圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，理想電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 .由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)V；電阻R2的阻值為_(kāi).答案解析5 .2111.8根據(jù)歐姆定律可得所以I2II10.07 A0.036 A0.034 A.由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，當(dāng)I0.034 A34 mA時(shí)，U5.2 V(3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_.熱敏溫度計(jì)(提出其他實(shí)答案例，只要合理均對(duì))題組階梯突破題組階梯突破1.如圖所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是A.如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B.如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯D.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯答案2.利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高.(1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(填“大”或“小”).答案解析因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時(shí)，電阻增大.故電路中電流會(huì)減小.小(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤(pán)正中的溫度為20 (如圖甲所示)，則25 的刻度應(yīng)在20 的刻度的_(填“左”或“右”)側(cè).答案解析由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流，故在20 的刻度的右側(cè).右(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變化，請(qǐng)用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路.答案解析如圖所示.見(jiàn)解析圖命題點(diǎn)二光電傳感器及其應(yīng)用3光電傳感器是一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器.光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越小. (多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)A.電壓表的示數(shù)減小B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大【例2】答案解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流的增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A、D項(xiàng)均錯(cuò)誤.由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確.結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確.3.(多選)如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是A.溫度不變，光照增強(qiáng) B.溫度升高，光照不變C.溫度降低，光照增強(qiáng) D.溫度升高，光照減弱答案題組階梯突破題組階梯突破4.如圖所示，R3是光敏電阻(光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則A.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B.a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C.a點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì)D.a點(diǎn)電勢(shì)和b點(diǎn)電勢(shì)的大小無(wú)法比較答案命題點(diǎn)三其他傳感器及其應(yīng)用4 如圖是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置，其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端，在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫(huà)出)，通過(guò)觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況.將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)變化有何不同？【例3】答案解析見(jiàn)解析(1)把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時(shí)，R增大，電壓表的示數(shù)增大.(2)把電壓表接在c、d之間，油量增加時(shí)，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)減小.題組階梯突破題組階梯突破5.電容式傳感器是用來(lái)將各種非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而又可推出另一物理量的值.如圖所示是四種電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四種傳感器的作用，下列說(shuō)法不正確的是A.甲圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量角度B.乙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量液面高度C.丙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力D.丁圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量速度答案解析甲圖角度變化能導(dǎo)致極板正對(duì)面積變化；乙圖液面高度變化能導(dǎo)致極板正對(duì)面積變化；丙圖F變化能導(dǎo)致極板間距變化；丁圖中位置變化導(dǎo)致電介質(zhì)變化.所以，甲、乙、丙、丁分別是測(cè)角度、液面高度、壓力、位移的元件.故選D.6.用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過(guò)程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過(guò)程.下列屬于這類傳感器的是A.紅外報(bào)警裝置B.走廊照明燈的聲控開(kāi)關(guān)C.自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D.電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器答案解析遙控器是利用紅外線傳輸信號(hào)的，故A項(xiàng)正確.A.當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變 小，電壓表讀數(shù)變小B.當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變 大，電壓表讀數(shù)變大C.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小， 電壓表讀數(shù)變小D.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大， 電壓表讀數(shù)變大7.(多選)如圖所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻(光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小)，下列說(shuō)法中正確的是答案5命題點(diǎn)四傳感器與電學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合 現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警.提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 )，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干.在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié).已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 時(shí)阻值為650.0 .【例4】(1)在圖中完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線.答案解析見(jiàn)解析圖先用電阻箱替代熱敏電阻，連接成閉合回路進(jìn)行調(diào)試.電路圖連接如圖所示.(2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器_(填“R1”或“R2”).答案解析R2當(dāng)電路中電流Ic10 mA時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic ，解得R總1 800 ，此時(shí)熱敏電阻的阻值為650 ，則滑動(dòng)變阻器的阻值為1 150 ，所以滑動(dòng)變阻器選R2.(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為_(kāi)；滑動(dòng)變阻器的滑片位置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_.當(dāng)熱敏電阻阻值小于650 時(shí)，報(bào)警器就會(huì)報(bào)警，用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650 .若接通電源后電路中的電流過(guò)大(超過(guò)20 mA)，報(bào)警器就會(huì)損壞，電流越小越安全，所以為了電路安全，閉合開(kāi)關(guān)前滑片應(yīng)置于b端.答案解析650.0b接通電源后，流過(guò)報(bào)警器的電流會(huì)超過(guò)20 mA，報(bào)警器可能損壞將開(kāi)關(guān)向_(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至_.答案解析c報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)試，應(yīng)將開(kāi)關(guān)向c端閉合，開(kāi)關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報(bào)警器報(bào)警.題組階梯突破題組階梯突破8.如圖所示裝置可以用來(lái)測(cè)量硬彈簧(即勁度系數(shù)較大的彈簧)的勁度系數(shù)k.電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；滑動(dòng)變阻器全長(zhǎng)為L(zhǎng)，重力加速度為g. 為理想電壓表.當(dāng)木板上沒(méi)有放重物時(shí)，滑動(dòng)變阻器的觸頭位于圖中a點(diǎn)，此時(shí)電壓表示數(shù)為零.在木板上放置質(zhì)量為m的重物，滑動(dòng)變阻器的觸頭隨木板一起下移.由電壓表的示數(shù)U及其他給定條件，可計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k.(1)寫(xiě)出m、U與k之間所滿足的關(guān)系式.答案解析設(shè)放置質(zhì)量為m的重物時(shí)彈簧的壓縮量為x，則有mgkx又U解得mm/kg1.001.503.004.506.007.50U/V0.1080.1540.2900.4460.6080.740(2)已知E1.50 V，L12.0 cm，g取9.80 m/s2.測(cè)量結(jié)果如下表：答案解析在圖中給出的坐標(biāo)紙上利用表中數(shù)據(jù)描出mU直線.見(jiàn)解析圖用描點(diǎn)法作圖，作出的圖象如圖所示.mU直線的斜率為_(kāi)kg/V(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).答案解析選取(0,0)、(0.90,9)兩點(diǎn)，10.0彈簧的勁度系數(shù)k_N/m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).答案解析1.231039.為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx).某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn).答案解析見(jiàn)解析光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示，阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨照度的增大呈非線性減?。?2)如圖所示當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng).請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)答案解析見(jiàn)解析提供的器材如下：光敏電阻RP(符號(hào) )；直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干.電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，當(dāng)光敏電阻阻值為20 k時(shí)，其兩端電壓為2 V，則U解得R110 k，實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示.