章末优化总结网络体系构建专题归纳整合章末综合检测传感器定义:把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置工作过程:――→非电信息敏感元件―→处理电路――→电信息敏感元件物理类化学类生物类传感器常用传感器温度传感器热双金属片温度传感器热电阻传感器热敏电阻传感器光传感器湿度传感器气体传感器磁传感器压力传感器烟雾传感器声敏传感器接触传感器传感器应用力传感器的应用:洗衣机的水位控制、电子秤温度传感器的应用:电冰箱、电饭锅、电熨斗等光传感器的应用:光电门、光电式烟尘浓度计、光电式转速表烟雾传感器的应用:有害气体报警器、可燃气体报警器红外传感器的应用:自动门、公共场所的非接触式自动水龙头专题一传感器的工作原理和常见的敏感元件1.传感器工作原理传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如框图所示:非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量2.常见敏感元件及特性(1)光敏电阻:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大.(2)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种.正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.(3)霍尔元件:能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件,UH=kIBd.3.传感器应用的一般模式某些非电学量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电学量来测量的.一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上,极板的面积为S,极板间的距离为d,电容器的电容公式为C=ESd(E是常数但未知).极板1固定不动,与周围绝缘,极板2接地,且可在水平平台上滑动,并始终与极板1保持平行.极板2的侧边与劲度系数为k、自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连,两弹簧的另一端固定,弹簧L与电容器垂直,如图甲所示.如图乙所示是这一装置的应用示意图,先将电容器充电至电压U后,再与电源断开,再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p,使两极板之间的距离发生微小的变化.测得此时电容器的电压改变量为ΔU.设作用在电容器极板2上的静电力不至于引起弹簧可测量到的形变,试求待测压强p.[解析]该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下,其两端电压随板间距离变化而变化,从而把力学量(压强p)转化为电学量(电压)来测量.因为U=QC,C=ESd,U′=QC′,ΔU=U-U′=QdES-Qd′ES=QΔdES,所以Δd=ESΔUQ,F=pS,2kΔd=pS,p=2kΔdS=2kEΔUQ.[答案]2kEΔUQ1.(多选)如图甲所示,打开电流传感器和电压传感器,将磁铁置于螺线管正上方距海绵垫高为h处由静止释放,磁铁穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止.若磁铁下落过程中受到的磁阻力远小于磁铁重力,且不发生转动,不计线圈电阻.图乙是计算机荧屏上显示的UIt曲线,其中的两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的.下列说法正确的是()甲乙A.若仅增大h,两个峰值间的时间间隔会增大B.若仅减小h,两个峰值都会减小C.若仅减小h,两个峰值可能会相等D.若仅减小滑动变阻器接入电路中的电阻值,两个峰值都会增大解析:若仅增大h,磁铁经过螺线管的时间减小,两个峰值间的时间间隔会减小,故A错误;仅减小h时,磁铁进入螺线管的速度减小,导致螺线管中磁通量的变化率减小,因此两个峰值都会减小,且两个峰值不可能相等,故B正确,C错误;根据闭合电路欧姆定律可知,仅减小滑动变阻器接入电路的阻值,则回路中的感应电流增大,则电功率P=UI增大,两个峰值都会增大,故D正确.答案:BD2.某楼梯口的电灯开关装有传感器,天黑时,出现声音才能发光,而白天即使有声音,电灯也不能发光,该开关中有两种传感器,它们可能是()A.热敏电阻和光敏电阻B.金属热电阻和光敏电阻C.热敏电阻和霍尔元件D.光敏电阻和驻极体话筒解析:两种传感器分别把光信号转换为电信号,把声音信号转换为电信号,所以选项D正确.答案:D专题二力电传感器的应用力传感器主要有弹簧式传感器和应变式传感器(如力—电容)两种,常见的是弹簧式传感器.弹簧式传感器中的轻质弹簧带动滑块运动,滑块又与滑动变阻器的滑片相连,滑片在移动的过程中使电路中的电阻发生变化,把力信号转换为电信号.解决这类问题的关键是弹簧的形变与触片的滑动位移必然相同.弹簧的形变量是连接力学与电学的桥梁.如图所示,图甲是在某次研究性学习活动中,吴丽同学自制的电子秤原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,滑片恰好指在变阻器R的最上端,此时电压表示数为零.设变阻器总电阻为R,总长度为L,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力.(1)推出电压表示数U与所称物体质量m的关系式;(2)为使电压表示数与待测物体质量成正比(这样在电压表上刻出的质量刻度均匀),请利用原有器材进行改进,在乙图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表示数U′与所称物体质量m的关系式.[解析](1)当在托盘中放质量为m的物体后,弹簧被压缩x,则有mg=kx,此时滑动变阻器滑片以上的阻值设为R1,则R1=xLR,由闭合电路欧姆定律得I=ER1+R0+r,电压表的示数为U=IR1,由以上各式解得U=mgREmgR+kLR0+r.(2)如图所示,设电流为I′,I′=ER+R0+r,电压表的示数为U′,U′=I′R1,联立解得U′=mgREkLR0+R+r.[答案](1)U=mgREmgR+kLR0+r(2)图见解析U′=mgREkLR0+R+r1.力电转换器的主要元件是压敏电阻,假设该压敏电阻的特点是其阻值R与承受的压力F之间满足FR=K,K为确定的常数.图a是某同学设计的用来测定小车运动状态的原理图,R0为定值电阻.把压敏电阻固定在上表面光滑的小车上,绝缘重球紧靠压敏电阻放置.小车向右运动时,压敏电阻承受的压力通过电压表的示数反映出来,电压表示数与时间的关系如图b所示,关于小车的运动状态,下列说法中正确的是()A.0~t1时间内小车做匀加速直线运动B.t1~t2时间内小车做匀速直线运动C.t1~t2时间内小车做匀减速直线运动D.t2~t3时间内小车做匀速直线运动解析:根据图b所示电压表示数与时间的关系,t2~t3时间内电阻较大,根据FR=K可以判定,压敏电阻与绝缘重球间的作用力较小或者为零,小车做匀速直线运动或者匀加速直线运动,故D错误;0~t1时间内的电阻小,根据FR=K可以判定,压敏电阻与绝缘重球的力较大,小车做匀加速直线运动,故A正确.t1~t2时间内,小车做变加速运动,故B、C错误.答案:A2.电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压时会在两侧形成电压,且电压大小与压力近似成正比,现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器,如图所示.压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压,若发现电压表示数增大,下列说法正确的是()A.电梯一定加速上升B.电梯一定减速下降C.电梯加速度一定向上D.电梯加速度一定向下解析:由题意知,电压表示数增大说明电梯地板对压电片压力增大,故电梯处于超重状态,加速度一定向上,C正确,D错误;但电梯可能加速上升也可能减速下降,A、B错.答案:C
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时间: 2021-05-06
本文标题:2019-2020学年高中物理 第三章 传感器 章末优化总结课件 教科版选修3-2
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