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12015-2016学年高中物理第三章第一、二节认识传感器探究传感器的原理学案粤教版选修3-21．知道什么是传感器．2．知道传感器的分类．1．传感器是把能够完成两种量(光、热、电、力学量和机械量等)之间的变换或转换关系的元件．2．传感器目前一般可按如下方式进行分类：按被测量进行划分，按传感器的工作原理进行划分，按能量传递方式进行划分．3．常见的传感器有：温度传感器(随温度的变化而变化)，光电传感器(随光照强度的变化而变化)等．利用发光二极管种植蔬菜日本一家大型化学公司开发出一种利用发光二极管种植蔬菜的新技术．试验证实：用发光二极管种出的蔬菜比露天种出的蔬菜营养更丰富，口味也更好．据介绍，发光二极管的外壳以塑料制成，长约1厘米，直径为0.6厘米～0.7厘米，外形如同中药胶囊，由于里面装有以半导体化合物为原料的发光体，故通电后即会像灯泡一样发光．以往的“蔬菜工厂”是为阳光不足地区也能种菜设立的，一般用日光灯代替太阳．而发光二极管显然比日光灯甚至阳光更具优势，因为可发出红、蓝、绿、白等不同颜色的光，种植者只要对不同的色光作适当调整以便更高效地生产蔬菜．如，红光可使作物光合作用更为活跃，蓝光可使萝卜等作物根部变大．利用对不同色光照射时间的调整，不仅可缩短作物的生长期，而且可使作物个头更大，从而大大提高了产量．此外，蔬菜中糖分和维生素的含量也会根据光线颜色的不同和照射时间的长短出现变化．如：生菜只要多照红光，光合作用就会活跃起来，所含糖分随之增加，味道也会变得较甜；而大多数蔬菜照射较长时间红光，2所含维生素都会增加．掌握了这一规律，种植者便不难对所种蔬菜的营养成分和口味作调整．目前，发光二极管价格虽仍偏高，但耗电量很低，寿命也长(约在5万小时以上)，故汽车刹车灯、红绿交通灯等也纷纷开始改用发光二极管．专家们预测，随着发光二极管制作成本的逐步降低，它必将在更多领域发挥积极作用．一、单项选择题1．在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播．关于红外线热像仪，下列说法正确的是(D)A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子能量小，可以节约能量B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用D．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同解析：红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故选项D正确．2．如下图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时(C)A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：温度降低时R2的阻值增大，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强．只有C项正确．3．“嫦娥一号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有(D)A．味觉传感器B．气体传感器C．听觉传感器D．视觉传感器解析：“嫦娥一号”月球卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器，真正需要的是为月球“画像”的视觉传感器——立体相机．4．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测．它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在如右图所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这3样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳是否超标．有一种氧化锡传感器，其电阻的倒数与一氧化碳的浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度c之间的对应关系正确的是(C)A．U越大，表示c越大，c与U成正比B．U越大，表示c越小，c与U成反比C．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比解析：由电路图可知，U越大，表明通过电阻R0的电流越大，则氧化锡传感器的电阻减小，由于题目中指出其“电阻的倒数与一氧化碳的浓度成正比”，则表示一氧化碳的浓度c变大．根据电路图可知，c与U不成正比．二、多项选择题5．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温状态．如下图所示是电饭锅的电路原理示意图，S是用感温材料制造的开关，下列说法中正确的是(BD)A．其中R1是供加热用的电阻丝B．当开关S接通时电饭锅为加热状态，S断开时为保温状态C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时功率的一半，R1R2＝21D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时功率的一半，R1R2＝2－11解析：由电路图可知，不管S断开还是闭合，加在电阻上的电压都是220V，所以根据P＝U2R得接在电路的电阻越小，功率越大，所以S闭合的时候，R2处于加热状态，B正确；根据U2R2＝2×U2R2（R1＋R2）2得R1R2＝2－11，所以D也正确．46．在如右图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，R1为金属电阻、R2为光敏电阻、R3为热敏电阻．设电流表A的读数为I，电压表V1的读数为U1，电压表V2的读数为U2，三个电阻中仅有一个的阻值发生变化，则下面的分析正确的是(AB)A．给R1升温，I变小，U1变大B．用光照R2，I变小，U2变大C．给R3降温，I变大，U1变大D．给R1降温，I变小，U1变小解析：R1为金属电阻：温度越高，电阻值越大；R2为光敏电阻：光照越强，电阻值越小；R3为热敏电阻：温度越高，电阻值越小．则根据“串反并同”得，A选项给R1升温，R1电阻值变大了，I减小，U1变大，A正确；B选项用光照R2，R2电阻值减小，则I变小，U2变大，B正确．7．传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电量等)的一种元件．如下图所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(BD)A．图甲中两极间的电量不变，若电压减少，可判断出h变小B．图乙中两极间的电量不变，若电压增加，可判断出θ变大C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大8．唱卡拉OK用的话筒内有将声音信号转变为电信号的传感器，其中一种是动圈式的，下图是该传感器的构造原理图．它的工作原理是，在弹性膜的后面粘接一个轻小的金属线圈，5线圈处于永久磁体的磁场之中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是(BC)A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不断改变D．膜片振动时，金属线圈中产生的感应电动势保持不变解析：根据图可知，当声波使膜片前后振动时，传感器的线圈的磁通量不断变化，产生不断改变的感应电流，就把声音转化成了电信号．所以B、C正确．9．某半导体的电阻随温度变化的关系曲线，则(CD)A．图线1反映半导体材料的电阻随温度的变化B．图线2反映金属导体的电阻随温度的变化C．图线1反映金属导体的电阻随温度的变化D．图线2反映半导体材料的电阻随温度的变化三、非选择题(按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位．)10．传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2.请回答：6压力F/N0250500750100012501500…电阻R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处．(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则这个人的体重是________kg.解析：(1)由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300Ω，此时A中电流I＝UR＝4.8300A＝1.6×10－2A.(2)当电流I＝20mA＝20×10－3A时，压力传感器的电阻R＝UI＝4.820×103Ω＝240Ω，对应表格中，这个人的质量为50kg.答案：(1)1.6×10－2(2)5011．如图所示为检测某传感器的电路图．传感器上标有“3V0.9W”的字样(传感器可看作一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10Ω1A”的字样，电流表的量程为0.6A，电压表的量程为3V．求：(1)传感器的电阻和额定电流．(2)为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1Ω，则该传感器就失去作用．实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下电压表示数U/V电流表示数I/A第一次1.480.16第二次0.910.22若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？7解析：(1)R传＝U2传P传＝320.9Ω＝10ΩI传＝P传U传＝0.93A＝0.3A.(2)最大电流I＝I传＝0.3A电源电压最大值Um＝U传＋U0U传为传感器的额定电压，U0为R0m＝10Ω时R0两端的电压，即U0＝I传R0m＝0.3×10V＝3VUm＝U传＋U0＝3V＋3V＝6V.(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有：U＝I1R传′＋U1根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2代入数据，解得：R传′＝9.5Ω，U＝3V传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′＝10Ω－9.5Ω＝0.5Ω＜1Ω，所以此传感器仍可使用．答案：见解析