（名师导学）2020版高考物理总复习 第十一章 第3节 实验：传感器的简单应用课件 新人教版

第3节实验：传感器的简单应用1．传感器传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能将它们按照一定的规律转换为______________等，或转换为电路的_______．2．制作传感器需要的元件(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_______，光照减弱电阻_______．电压、电流通断减小增大(2)金属热电阻和热敏电阻：金属的电阻率随温度的升高而________，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻．与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而_______，其电阻随温度的升高而______，用半导体材料可制成热敏电阻．与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大但灵敏度较差．(3)霍尔元件：是能够把磁学量_______________转换为电学量_______的传感器元件．增大增强减小磁感应强度电压如图所示，在__________间出现的电压称为霍尔电压UH，UH＝kIBd.式中d为金属薄片的厚度，k为霍尔系数(设q为每个运动电荷的电量，n为单位体积内电荷数，k＝1nq)，由薄片的________决定．3．传感器应用的一般模式M、N材料考点1►力电传感器例1有一种测量人体重量的电子秤，其原理图如图中的虚线框内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器(是一个阻值R可随压力大小而变化的压敏电阻)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．(1)该秤能测量的最大重量是________N；(2)该秤零刻度线(即踏板空载时间刻度线)应标在电流刻度盘________A处．【解析】(1)当电路中电流I＝3A时，电子秤测量的体重最大．由欧姆定律I＝ER＋r得到R＝EI－r＝2Ω，代入R＝30－0.02F得到：F＝1400N.(2)踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得到电阻R＝30Ω，由欧姆定律得I＝ER＋r＝0.375A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处．【答案】14000.375【小结】力电传感器电路中的关键元件是压敏电阻或滑动变阻器、电容器、弹簧等，解答这类问题的关键是：压敏电阻的阻值与压力的函数关系、滑片移动的距离、电容器的板间距离与力学物理量的联系．力电传感器的力电联系图：1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数I1.下列判断正确的是()A．从0到t1时间内，升降机一定静止B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动C【解析】从0～t1时间内，电流不变，根据欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1到t2时间内，电流增大，电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，静止时FN＝mg，t1到t2时间内根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速运动，故B错误，C正确；t2到t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，对物块受力分析，受到重力和支持力，根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，加速度不变，所以t2到t3时间内升降机匀加速上升，故D错误．2．如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪可记录发射和接收的时间间隔．测量仪底部有一压力传感器，其输出电压与作用在它上的压力F成正比，表达式为U＝kF(k为比例系数)．某同学已知了自己的身高h、质量m和重力加速度g，他想利用该装置测量超声波速度v和比例系数k，他多次研究发现，当他站上测重台时测量仪记录的时间间隔比他没站上时减少了Δt；当他没站上测重台时，测量仪已有输出电压为U0(U0≠0)，当他站上测重台时测量仪输出电压为U，那么超声波速度v与比例系数k为()A．v＝hΔt，k＝U－U02mgB．v＝h2Δt，k＝U－U02mgC．v＝2hΔt，k＝U－U0mgD．v＝2hΔt，k＝2U－U0mgC【解析】设身高体重测量仪高度为L，没有站人时压力传感器的压力为F0，设当测重台上没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，根据超声波的速度和位移关系可得vt0＝2L；根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比可得U0＝kF0；当测重台上站人时，测量仪记录的时间间隔为t，同理可得vt＝2L－h，U＝kF0＋mg，Δt＝t0－t，联立解得v＝2hΔt，k＝U－U0mg，C正确．考点2►热敏电阻、光敏电阻例2如图所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表．若发现电压表示数增大，可能的原因是()①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A．①③B．①④C．②③D．②④【解析】热敏电阻温度降低，其他条件不变时，热敏电阻阻值减小，总电阻减小，总电流变大，则热敏电阻及光敏电阻所在的并联支路电压减小，光敏电阻上的电流减小，则热敏电阻及电阻R3上的电流变大，则电压表的读数变大，故①正确，②错误；若光照减弱，则光敏电阻的阻值增大，总电阻变大，总电流减小，则热敏电阻及光敏电阻所在的并联支路电压增大，则R3上的分压变大，电压表示数变大，选项③正确，④错误．故选A.【答案】A【小结】涉及到热敏电阻、光敏电阻或金属热电阻时，要根据其电阻阻值随温度或光照条件发生变化时阻值如何变化的特点，结合闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、部分电路欧姆定律和电功率的计算式，进行分析判断．3．(多选)光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次BD【解析】当有光照射R1时，R1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，则R2两端的电压增大，所以R1两端的电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A错误，B正确；当无光照射R1时，R1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，则R2两端的电压减小，所以R1两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压，则信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，所以C错误，D正确．考点3►电磁继电器例3如图所示为小型电磁继电器的构造示意图．其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可达到自动控制的目的，其工作方式是()A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D．C与D接信号电压．A与B跟被控电路并联【解析】A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.【答案】A【小结】解答继电器控制电路的设计问题，应弄清以下两个问题：(1)弄清两个电路：控制电路(直流电源、光敏电阻或热敏电阻、继电器构成的闭合回路)、工作电路(继电器吸引衔铁控制工作电路的开关)．(2)弄清控制关系：光敏电阻(或热敏电阻)控制继电器中的电流，继电器电流增大吸引衔铁控制工作电路的开关(断开或闭合)．4．(多选)在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示．R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头．有关这套智能照明系统工作原理的描述正确的是()A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，衔铁被弹簧拉上去C．上面两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面两接线柱应该和日光灯电路连接BC【解析】光照越强，光敏电阻阻值越小，电流越大，故衔铁被吸引下来，选项A错误；在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流减小，故衔铁被弹簧拉上去，点亮照明灯，故上面两接线柱应该和日光灯电路连接，选项B、C正确；D错误．5．如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω.当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．(1)应该把恒温箱内的加热器接在___________(填“A、B端”或“C、D端”)；A、B端(2)若恒温箱系统要保持温度为50℃，则需把滑动变阻器调节到_____Ω；为了实现调节滑动变阻器到此阻值进行了下列步骤：①电路接通前，滑动变阻器调节最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为_____Ω；②将单刀双掷开关向____(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合；③保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷向另一端闭合，恒温箱系统即可正常使用．26090c【解析】(1)由图可知，热敏电阻R的阻值随温度的升高而减小，由闭合电路欧姆定律得，干路电流增大，当大到继电器的衔铁被吸合时的电流，恒温箱内的加热器，停止加热，故恒温箱内的加热器接在A、B端；(2)当恒温箱内的温度保持50℃，应调节可变电阻R′的阻值使电流达到20mA，由闭合电路欧姆定律得r＋R＋R′＝EI，即R′＝EI－r－R＝(90.02－100－90)Ω＝260Ω，即可变电阻R′的阻值应调节为260Ω；①电路接通前，滑动变阻器调节最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，电阻箱的阻值应等于热敏电阻的电阻，应为90Ω，②将单刀双掷开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合．1．每当地震发生后，各路救援人员及时深入灾区，与死神抢时间，争分夺秒抢救被埋人员，有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了()A．红外线传感器B．压力传感器C．振动传感器D．电容传感器【解析】伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，故A正确，B、C、D错误．A2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是一种测定压力的电容式传感器．当待测压力F作用于可动膜片电极上时，以下说法中错误的是()A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流B．若F向上压膜片电极，电容器的电容增大C．若F向上压膜片电极的短暂时间内，电流表指针发生偏转D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化A【解析】由题可知，电容器的电压不变．若F向上压膜片电极，减小板间距离，电容增大，电量增大，电容器充电，电路中形成逆时针方向的充电电流，即电路中有从b到a的电流，电流表指针发生偏转，充电完成后，电流表指针又不偏转，A错误，B、C正确；当压力F变化时，电容变化，电量变化，电路中就有电流，故电流表有示数时，说明压力F发生变化，D正确．3．为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有