2019-2020学年高中物理 第3章 传感器章末整合课件 粤教版选修3-2

章末整合知识网络传感器认识传感器定义分类作用传感器原理温度传感器原理光电传感器原理传感器作用生活中的传感器农业生产中的传感器工业生产中的传感器飞向太空的传感器应用光敏电阻制作自动装置专题一几种敏感元件的特性1．光敏电阻光敏电阻由金属硫化物等半导体材料制成，其电阻率对光非常敏感，光照增强时电阻率明显减小．2．热敏电阻(1)热敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．(2)热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻，其电阻随温度升高而增大)和负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻，其阻值随温度升高而减小)．热点专题3．电容器平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．图甲为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图．例1甲(1)为了通过测量得到如图甲所示IU关系的完整曲线，在图乙和丙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：________.(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)乙丙(2)在图丁所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为__________V；电阻R2的阻值为________Ω.(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．丁解析：(1)应选择图乙，因为图乙电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大．(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上，总电流I＝70mA，R1＝250Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－9250×103)mA＝34mA.由图象查得34mA对应的电压为5.0V，R2两端电压U2＝9V－5.0V＝4.0V，所以R2＝4.0V34×10－3A＝117.6Ω.(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等．答案：(1)乙因为乙电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________变化而改变的特性制成的．解析：本题考查传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，它可把光学量变为电阻这一电学量，常用以制造光控开关，热敏电阻对温度反应敏感，它的阻值随温度的变化而变化．答案：变小温度例2专题二传感器在实际问题中的应用1．传感器是以一定的精度和规律，将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件．2．传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息．(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构．(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1.例3(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2.(3)托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．解析：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)由力的平衡知识知：m0g＝kx1，解得x1＝m0gk.(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2，解得x2＝m＋m0gk.(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，由部分电路欧姆定律：U＝IR串，由R串R＝xL，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝mgk，联立解得m＝kLgEU.答案：(1)m0gk(2)m＋m0gk(3)kLgEU如图甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器做成的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50Ω，当继电器线圈中的电流大于或等于Ic(Ic＝20mA)时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6V，内阻可不计，试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？例4解析：由题意可知，小灯泡发光，需衔铁被吸合，即继电器线圈中的电流大于或等于Ic，而左侧的温控电路，通过继电器线圈的电流等于通过热敏电阻的电流，即It＝20mA，根据欧姆定律I＝ER＋Rx，可得R＝60.02Ω－50Ω＝250Ω，由甲图可知，此时对应的温度为50℃.答案：50℃1．传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转换为电学量．(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转换的电学信息传给执行机构．(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．解题策略2．传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分．(2)转换传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)．(3)执行电路．1．如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是()A．L1灯亮B．L2灯亮C．L1、L2两灯同时亮D．L1、L2两灯都不亮【答案】B【解析】由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．2．(多选)如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则()A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压【答案】BC【解析】R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B之间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确．由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B之间的电压U增大，故C正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B之间的电压U减小，故D错误．