實(shí)驗(yàn) 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用 新課標(biāo) 人教版

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1、實(shí)驗(yàn) 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解傳感器的工作原理 2、能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用 3、能處理涉及三種類(lèi)型傳感器（光電傳感器、熱電傳感器、電容式傳感器）問(wèn)題 二、實(shí)驗(yàn)原理 傳感器是把非電物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、聲強(qiáng)、光照等）轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電阻、電容等）的一種組件.如圖所示. 非電物理量→傳感器→電學(xué)量 其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào). 例如： （1）光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 它是利用光敏電阻的阻值會(huì)隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的；如果是光

2、電管，它是利用在光照的條件下，電子能逸出物體表面的現(xiàn)象制成的. 光電傳感器在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用，例如：路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、烘手機(jī)、遙控器、煙霧報(bào)警器、磁帶的自動(dòng)控制都是利用光電傳感器工作的。 （2）熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的。熱電傳感器在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用.例如： 各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)）的溫度控制、耳溫機(jī).電路中的無(wú)結(jié)點(diǎn)保護(hù)（當(dāng)電源發(fā)生異常時(shí)切斷電源，電源正常后又自動(dòng)恢復(fù)），都是利用熱電傳感器工作的. （3）電容式傳感器把角度、深度、壓力、位移等信號(hào)轉(zhuǎn)換成電容. 三、總結(jié)本實(shí)驗(yàn)

3、所用的器材. 鐵架臺(tái)、溫度計(jì)、燒杯、熱敏電阻、光敏電阻、冷水、熱水、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電鈴或報(bào)警器、光電計(jì)數(shù)器、滑動(dòng)變阻器. 四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1.研究熱敏電阻的熱敏特性. (1)按圖所示連接好電路，多用電表選擇開(kāi)關(guān)置于“R×100檔”. (2)將熱敏電阻放入有少量冷水并插有溫度計(jì)的燒杯中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和熱敏電阻的阻值. (3)將熱水分幾次注入燒杯中，記下在不同溫度下，熱敏電阻的阻值. (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而_______.（減?。? 2.研究光敏電阻的光敏特性 （1）按下圖所示連接好電路，多用電表選擇開(kāi)關(guān)置于“R×1 k”檔.

4、(2)先測(cè)出小燈泡不發(fā)光時(shí)光敏電阻的阻值. (3)打開(kāi)電源，讓小燈泡發(fā)光.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使小燈泡的亮度由暗變亮，觀察光敏電阻的阻值變化情況. (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光敏電阻在光照加強(qiáng)的條件下，其阻值逐漸_______.(減?。? 3.光電計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn) （1）將光電傳感器、小燈泡、計(jì)數(shù)器、學(xué)生電源按下圖所示電路連接好. (2)接通電源，使小燈泡發(fā)光，照射到光電傳感器上. (3)拿一厚紙板插入光源與光電傳感器之間，每插入一次，計(jì)數(shù)器就記下一次，即計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù). 4.溫度自動(dòng)報(bào)警實(shí)驗(yàn) (1)按圖所示將電鈴、繼電器、電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、熱敏電阻連成電路. (2)合上電鍵S，由于熱敏電阻的

5、阻值較大，左側(cè)電路中電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵，電鈴不響.把燒杯中加入熱水，熱敏電阻的阻值減小，左側(cè)電路中電流較強(qiáng)，電磁鐵磁性增強(qiáng)，吸引銜鐵，電鈴電路接通，電鈴發(fā)聲. 5、電容器在傳感技術(shù)中的應(yīng)用 電容器，在無(wú)線(xiàn)電中的應(yīng)用是人們所熟知的.此外，人們還利用電容器的電容隨參數(shù)變化而改變的特性，將電容器作為敏感元件，制成電容式傳感器，用于生產(chǎn)和生活中許多非電變化量的自動(dòng)檢測(cè)，這也是電容器眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面. 電容式傳感器的測(cè)量過(guò)程是信息的被采集與轉(zhuǎn)換過(guò)程.通過(guò)敏感元件和配用電路的操作，可以將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成易于處理和顯示的電信號(hào)，從引起電容變化的參量來(lái)劃分，電容式傳感器有三種基本

6、類(lèi)型：（1）變間隙式；（2）變面積式；（3）變介電常數(shù)式. 五、例題分析 圖7-3-8 例1．某學(xué)生為測(cè)量一物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U． 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，電鍵及導(dǎo)線(xiàn)若干，待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)．請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量． (1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能

7、大，在方框中畫(huà)出未完成的測(cè)量電路圖． (2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)K，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m． (3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題． 答案：（1）對(duì)力電傳感器的輸入電壓的連接、輸出電壓的測(cè)量電路如圖所示，滑線(xiàn)變阻器采用分壓型接法，以滿(mǎn)足電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大的題設(shè)要求。 （2）步驟如下： ①．按所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路將有關(guān)儀器正確地接入電路； ②．閉合電鍵S后，移動(dòng)滑線(xiàn)變阻器的滑動(dòng)頭，調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使力電轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0； ③．將質(zhì)量為的砝碼放置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面，穩(wěn)定后讀出此時(shí)力電轉(zhuǎn)器的輸出電壓，因?yàn)榱﹄娹D(zhuǎn)換器的輸出電壓與受壓面所受壓力的大

8、小成正比，所以有=kg，∴比例系數(shù) k= U0 /mo g ④．將待測(cè)物體放置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓力面，穩(wěn)定后讀出此時(shí)力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U ∵U = k m g ∴ mg = ；故只要讀出此時(shí)力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U，就可以計(jì)算出待測(cè)物體的質(zhì)量或重力，也可以對(duì)其它形式的力進(jìn)行測(cè)量。 （3）①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。 ②待測(cè)物體的質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。 例2、如圖，甲為在10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1=2kΩ，R2 = 1.5kΩ，R3 = 4kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線(xiàn)如圖乙所示，當(dāng)a、b端電壓Uab＜0，電壓鑒別

9、器會(huì)令開(kāi)關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab＞0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開(kāi)，停止加熱．則恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在　　　℃． 解析：從題目給出的條件可知：當(dāng)a、b之間的電壓Uab= 0即為電熱絲在工作與不工作的臨界狀態(tài)，此時(shí)a、b電勢(shì)相等．電壓鑒別器中無(wú)電流通過(guò)。則R1與R3的電壓必相等，R2與Rt兩端電壓勢(shì)必相等，因此就有： I1 = I2 ， I3 = I4；I1R1 =I3R3， I2R2 =I4Rt;； ∴ ，由此可算得Rt＝3kΩ．從熱敏電阻的R－t圖像可知Rt＝3kΩ時(shí)，溫度為25℃． 思路點(diǎn)撥：本題的關(guān)鍵是從條件推出a、b兩點(diǎn)的臨界電壓為零，并導(dǎo)出

10、純電阻電橋的平衡條件。由此算出臨界狀態(tài)下熱敏電阻的阻值，再通過(guò)查R－t圖像的方法推得溫度值． 例3、如圖所示的裝置可以測(cè)量飛行器在豎直方向上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度。該裝置是在矩形箱子的上、下壁各安裝一個(gè)可以測(cè)力的傳感器，分別連接兩根勁度系數(shù)相同（可拉伸可壓縮）的輕彈簧的一端，彈簧的另一端都固定在一個(gè)滑塊上，滑塊套在光滑豎直桿上?，F(xiàn)將該裝置固定在一個(gè)飛行器上，傳感器P在上，傳感器Q在下。飛行器在地面靜止時(shí)，傳感器P、Q顯示的彈力大小均為10N。求： ⑴滑塊的質(zhì)量。（地面處的 g =10m/s2） ⑵當(dāng)飛行器豎直向上飛到離地面R /4高處，此處的重力加速度為多大？（R是地球的半徑）

11、 ⑶若在此高度處傳感器P顯示的彈力大小為F1′=20N，此時(shí)飛行器的加速度是多大？ 解：⑴ 設(shè)P、Q顯示的彈力大小分別為F1、F2，根據(jù)滑塊平衡條件可知，F(xiàn)1應(yīng)為拉力，方向應(yīng)向上，F(xiàn)2應(yīng)變支持力，方向向上。所以滑塊質(zhì)量 m g = F1 + F2 = 20 ∴ m = 2 kg . ⑵ 由 mg = 得： g = G∝, ∴ g = ()2 go = ()2 ×10 m/s2 = 1.6 m/s2 ⑶ 彈簧總長(zhǎng)度不變，當(dāng)P傳感器顯示的彈力變?yōu)镕′=20N，即增加10N，亦即上面彈簧的伸長(zhǎng)量變?yōu)轱w行器在地面靜止時(shí)的兩倍，而下面的彈簧的壓縮量也變?yōu)?/p>

12、原來(lái)的兩倍，即 F2′=20N 。 對(duì)滑塊應(yīng)用牛頓第二定律： F1′+F2′— mg = m a ∴ a = 18. 4 m/s2 例4、 在科技活動(dòng)中，某同學(xué)利用自制的電子秤來(lái)稱(chēng)量物體的質(zhì)量.圖所示為電子秤的原理圖，托盤(pán)和彈簧的電阻與質(zhì)量均不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端與彈簧上端連接，當(dāng)托盤(pán)中沒(méi)有放物體時(shí)，電壓表示數(shù)為零.設(shè)變阻器的總電阻為R，總長(zhǎng)度為l，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，限流電阻的阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計(jì)一切摩擦和其他阻力，電壓表為理想表，當(dāng)托盤(pán)上放上某物體時(shí)，電壓表的示數(shù)為U，求此時(shí)稱(chēng)量物體的質(zhì)量。 解：電子稱(chēng)的原理圖有甲、乙兩種。因?yàn)椴挥?jì)托盤(pán)和彈簧的質(zhì)量，

13、所以當(dāng)托盤(pán)中沒(méi)有放物體時(shí)，電壓表示數(shù)為零，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭正好在最上端。 kx = mg 回路電流強(qiáng)度 設(shè)彈簧奢縮量 x 對(duì)應(yīng)部分的電阻R1 = 電壓表的讀數(shù) ： U = I R1 由以上幾式運(yùn)算得到：U= ∴ m = 六、強(qiáng)化訓(xùn)練題（6—12） 《傳感器的應(yīng)用及強(qiáng)化訓(xùn)練題》 1、傳感器是一種采集信息的重要器件，圖示的是由電容器作為傳感器來(lái)測(cè)定壓力變化的電路。當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，以下說(shuō)法中正確的是（ ） ①若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流； ②若F向上壓膜片電極，電路中有從b到

14、a的電流； ③若F向上壓膜片電極，電路中不會(huì)出現(xiàn)電流； ④若電流表有示數(shù)，則說(shuō)明壓力F發(fā)生變化； ⑤若電流表有示數(shù)，則說(shuō)前壓力F不發(fā)生變化 A、②④； B、①④； C、③⑤； D、①⑤ 2、傳感器是把非電學(xué)量（如速度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖所示是一種測(cè)量液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線(xiàn)與導(dǎo)電液體之間形成一個(gè)電容器。從電容大小的變化就能反映液面的升降情況。當(dāng)測(cè)得電容值增大，可以確定h將（ ） A、增大； B、減?。? C、不變； D無(wú)法確定。 解釋?zhuān)簩?dǎo)電液體相當(dāng)于電容器的另一個(gè)極板

15、，由公式C = εS/ d可知：電容增大時(shí)，在介質(zhì)及其厚度均不變時(shí)，必然是正對(duì)面積增大，所以液面應(yīng)上升。 3、某儀器內(nèi)部的電路如圖所示，其中M是一個(gè)質(zhì)量較大的金屬塊，左右兩端分別與金屬絲制作的彈簧相連，并套在光滑水平細(xì)桿上，當(dāng)金屬塊處于平衡時(shí)兩根彈簧均處于原長(zhǎng)狀態(tài)，此時(shí)兩燈都不亮。若將儀器固定在一輛汽車(chē)上，則下列說(shuō)法中正確的是：（ ） （A）當(dāng)汽車(chē)加速前進(jìn)時(shí)，甲燈亮； （B）當(dāng)汽車(chē)加速前進(jìn)時(shí)，乙燈亮； （C）當(dāng)汽車(chē)剎車(chē)時(shí)，甲燈亮； （D）當(dāng)汽車(chē)剎車(chē)時(shí)，乙燈亮。 4、如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度，該裝置是在矩形箱子的前、后壁上安裝一個(gè)由力敏電

16、阻組成的壓力傳感器，用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0kg的滑塊，滑塊可以無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a 、b 上，其壓力大小可直接從傳感器原液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b在前，傳感器a在后，汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b的示數(shù)均為10N。（取 g =10m/s2 ⑴若傳感器a的示數(shù)為14N，b的示數(shù)為6.0N，求此時(shí)汽車(chē)的加速大小如何？ ⑵當(dāng)汽車(chē)以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零。 5、兩上質(zhì)量不計(jì)的彈簧將一金屬塊支在箱子的上頂板與下頂板之間，箱子只能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，如圖所示。兩彈簧原長(zhǎng)均為0.80cm，勁度系數(shù)均為60N /m。當(dāng)箱子以a

17、= 2.0m/s2 的加速度勻減速上升時(shí)，上彈簧的長(zhǎng)度為0.70m，下彈簧的長(zhǎng)度為0.60m（g取10m/s2 ）。若上頂板壓是下頂板壓力的四分之一，試判斷箱子的運(yùn)動(dòng)情況。 6．加速度計(jì)是測(cè)定物體加速度的儀器，在現(xiàn)代科技中它已成為導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇或宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如圖3所示為應(yīng)變式加速度計(jì)的原理示意圖，當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)，加速度計(jì)中的敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件下端滑動(dòng)臂可在滑動(dòng)變阻器R上自由滑動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。 已知敏感元件的質(zhì)量為m，兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)均為k，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)電阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器總電阻為R，有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，系統(tǒng)靜止時(shí)滑片位于

18、滑動(dòng)變阻器中央，電壓表指針恰好位于表盤(pán)中央，求：（1）系統(tǒng)加速度a與電壓表示數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。（2）將電壓表的刻度盤(pán)改為加速度的示數(shù)后，其刻度是均勻的，還是不均勻的？為什么？（3）若電壓表的指針指向滿(mǎn)刻度的3/4位置，此時(shí)系統(tǒng)處于加速狀態(tài)，還是減速狀態(tài)？加速度的值是多大？（設(shè)向右方向?yàn)轱w行器前進(jìn)的方向） 7、有一種角速度計(jì)可以測(cè)量航天器的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。其結(jié)構(gòu)如圖所示，角速度計(jì)固定在待測(cè)裝置上，當(dāng)裝置繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A在光滑桿上發(fā)生位移并輸出電壓信號(hào)，成為航天器制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，自然長(zhǎng)度為L(zhǎng)o ，電源的電動(dòng)勢(shì)為E。當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求電壓表讀

19、數(shù)U與角速度ω的函數(shù)關(guān)系。 8、如圖所示為大型電子地磅電路圖，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)。 不稱(chēng)物體時(shí)，滑片P在A端，滑動(dòng)變阻器接入電路的有效電阻最大，電流較小；稱(chēng)重物時(shí)，有壓力作用下使滑片P下滑，滑動(dòng)變阻器有效電阻變小，電流變大，這樣把電流對(duì)應(yīng)的重量值刻在刻度盤(pán)上，就可以讀出被稱(chēng)物體的重量值。若滑動(dòng)變阻器上A、B間距離為L(zhǎng)，最大阻值等于電阻阻值Ro ，已知兩只彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，所稱(chēng)重物的重量G與電流大小I的關(guān)系為：（ ） A、G = 2kL—； B、G =2kL +; C、G = + kL； D、 G = K I L 9、如圖所示為某種電子

20、秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線(xiàn)變阻器，阻值為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)觸頭，與P1相連的金屬桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿M收保持水平狀態(tài)，金屬細(xì)桿與托盤(pán)相連，金屬桿所受重力不計(jì)。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)P1剛好指向A端。若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過(guò)放大，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤(pán)自身質(zhì)量為mo ，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，電源的內(nèi)阻忽略不計(jì)，信號(hào)放大器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計(jì)。求： ⑴ 托盤(pán)上未放物體時(shí)，在托盤(pán)的自身重力作用下，P1距A端的距離x1 ； ⑵ 在托盤(pán)上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1距A端的距離x2 ； ⑶ 在托

21、盤(pán)上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，從而使P1、P2間的電壓為零。校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將被稱(chēng)物體放在托盤(pán)上。試推導(dǎo)出被稱(chēng)物體的質(zhì)量m與P1、P2間電壓U的函數(shù)關(guān)系。 10、如圖所示一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖．薄金屬片P固定有4個(gè)電阻Rl、R2、R3、R4（如圖），左邊是它的側(cè)面圖，這4個(gè)電阻連接成電路如圖所示，試回答下列問(wèn)題： （1）開(kāi)始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無(wú)示數(shù)，則4個(gè)電阻應(yīng)滿(mǎn)足怎樣的關(guān)系? （2）當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變，這時(shí)4個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻大小如何變化? （3）電阻變化后，電路的A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電壓高?它為什么能測(cè)量血

22、壓? 11、（2001年高考物理科研測(cè)試卷）將一個(gè)動(dòng)力傳感器接到計(jì)算機(jī)上，我們就就可以測(cè)量快速變化的力．圖中所示就是用這種方法測(cè)得的某小滑塊在半球形碗內(nèi)的豎直平面內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)時(shí)，對(duì)碗的壓力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)．請(qǐng)分析小滑塊的運(yùn)動(dòng)并從這根曲線(xiàn)獲取的各種信息，你能對(duì)小滑塊本身及其運(yùn)動(dòng)做出哪些推論和判斷？要求陳述得出這些信息以及推論和判斷的論證過(guò)程． 12、右圖中的實(shí)線(xiàn)所示是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一砝碼在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況．從圖中可以知道該砝碼的重力約為 N，A、B、C、D四段圖線(xiàn)中砝碼處于超重狀態(tài)的為 ，處于失重狀態(tài)的為 ．

23、13、如圖所示，有的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)的每一個(gè)鍵下面都連一小塊金屬片，與該金屬片隔有一定空氣隙的是另一塊小的固定金屬片，這兩塊金屬片組成一個(gè)小電容器，其電容可用式C =εS /d計(jì)算，式中常量 ε =9×10—12 F·m—1，S為金屬片的正對(duì)面積，d為兩金屬片間的距離。當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線(xiàn)路就能夠檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號(hào)。設(shè)S＝50mm2，鍵未被按下時(shí)d＝0.6mm，如果電容變化了0. 25 pF，電子線(xiàn)路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則鍵至少需要被按下（ ） A、0.45mm； B、0.3mm； C、0.2mm； D、0.15m

24、m。 14、1981年，美國(guó)IBM公司發(fā)明了世界上第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的控制與操作．掃描隧道顯微鏡的探測(cè)精度取決于探針長(zhǎng)度的控制，一般用壓電陶瓷片來(lái)控制探針在原子表面的上下移動(dòng)．如圖所示，當(dāng)在壓電陶瓷片z方向兩側(cè)面施加電壓U時(shí)，在x方向就產(chǎn)生一個(gè)伸長(zhǎng)量ΔL，它們之間的關(guān)系是ΔL=kU，其中k為與壓電陶瓷片的材料和形狀有關(guān)的常數(shù)．現(xiàn)有一實(shí)驗(yàn)用壓電陶瓷片，當(dāng)所加電壓U=1000V時(shí)，伸長(zhǎng)量為ΔL=2.0×10—4 m，（此時(shí)通過(guò)壓電陶瓷片的電流幾乎為零）．如果要求壓電陶瓷片的最大伸長(zhǎng)量控制在4.0×10-—6m，求： （1）壓電陶瓷片上下兩側(cè)所加電壓的最大值為多大？

25、 （2）若實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E=24V、內(nèi)阻為r=2．0Ω的電源，一個(gè)調(diào)節(jié)范圍為0~100Ω的滑動(dòng)變阻器，一個(gè)量程為0～30V的理想電壓表，另外還有導(dǎo)線(xiàn)及開(kāi)關(guān)若干．試從以上提供的器材中選擇必須的器材設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量壓電陶瓷片伸長(zhǎng)量的電路，要求該電路能測(cè)到壓電陶瓷片的伸長(zhǎng)量的最大變化范圍． （3）在你所畫(huà)的電路中，滑動(dòng)變阻器上與壓電陶瓷片并聯(lián)部分的阻值的范圍如何？ 15、（廣州）一臺(tái)臭氧發(fā)生器P的電阻為10kΩ，當(dāng)供電電壓等于24V時(shí)能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧. 現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動(dòng)消毒裝置，要求它在有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧，黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧，擬用 P R1 一個(gè)光敏電

26、阻R1對(duì)它進(jìn)行控制，R1的阻值在光照時(shí)為100Ω、黑暗時(shí)為1000Ω、允許通過(guò)的最大電流為3mA；電源E的電壓為36V、內(nèi)阻不計(jì)；另有一個(gè)滑動(dòng)變阻器R2，阻值0—100Ω、允許通過(guò)的最大電流為0.4A；一個(gè)開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線(xiàn)若干. 臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號(hào)如右圖所示. （1）設(shè)計(jì)一個(gè)滿(mǎn)足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代號(hào)，其中滑動(dòng)變阻器兩固定接線(xiàn)柱端分別標(biāo)上字母A、B（電路畫(huà)在答卷的方框內(nèi)）. （2）滑動(dòng)變阻器R2兩固定接線(xiàn)柱相距12 cm，滑片與某固定接線(xiàn)柱之間的阻值跟滑片與該接線(xiàn)柱的距離成正比，滑片應(yīng)調(diào)到離圖中A接線(xiàn)柱______cm處(保留一位有效數(shù)字). 16、如圖所

27、示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是： （ ） A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓 B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得較低電壓 C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 17、一熱敏電阻阻隨溫度為化的圖象如圖甲所示，請(qǐng)應(yīng)用這一熱敏電阻自行設(shè)計(jì)一控制電路，當(dāng)溫度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時(shí)綠色指示燈亮。 給你的器材有；如圖乙所示的繼電器一只（a、b為常閉觸點(diǎn)，c、d為常開(kāi)觸點(diǎn)、熱敏電阻一只、滑動(dòng)變阻器一個(gè)、紅綠色指示燈各一個(gè)，兩個(gè)獨(dú)立的電池組、開(kāi)

28、關(guān)兩個(gè)、導(dǎo)線(xiàn)若干等。并且請(qǐng)說(shuō)明滑動(dòng)變阻器的作用。 18、光電管在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，街道路燈自動(dòng)控制就是其中應(yīng)用之一。如圖所示的電路為其模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出路燈熄，日落路燈亮的效果。 １9、如圖所示，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成；當(dāng)用綠光照射圖中光電管陰極K時(shí)，可發(fā)生光電效應(yīng)，則以下說(shuō)法正確的是：（　　） （A）增大綠光照射強(qiáng)度，光電子最大初動(dòng)能增大； （B）增大綠光照射強(qiáng)度，電路中的光電流增大； （C）改用波長(zhǎng)比

29、綠光波長(zhǎng)大的光照射光電管陰極K時(shí)，電路中一定有光電流； （D）改頻率長(zhǎng)比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時(shí)，電路中一定有光電流。 20、如圖所示為自動(dòng)水位報(bào)警器的示意圖，在水位低于B時(shí)，電磁鐵所在的控制電路部分?jǐn)嗦?，電磁鐵沒(méi)有_______，上面的觸點(diǎn)_______,_______燈亮；當(dāng)水位升高到B時(shí)，電磁鐵所在的控制電路部分接通，電磁鐵有_______，吸引銜鐵，上面的觸點(diǎn)斷開(kāi)，下面的觸點(diǎn)_______，_______燈亮. 21、(2002年上海高考)如圖所示,為一實(shí)驗(yàn)小車(chē)中利用光電脈沖測(cè)量車(chē)速和行程的裝置的示意圖,A為光源，B為光電接收器,A、B均固定在車(chē)身上，C為小車(chē)的車(chē)輪，D是

30、與C同軸相連的齒輪.車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)光的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后就變成脈沖光信號(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電子電路記錄和顯示.若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車(chē)的速度和行程還必須測(cè)量的物理量或數(shù)據(jù)是_______；小車(chē)速度的表達(dá)式為_(kāi)______；行程的表達(dá)式為s=_______. 22、.如圖所示是電阻式溫度計(jì)，一般是利用金屬鉑做的，已知鉑絲的電阻隨溫度的變化情況，測(cè)出鉑絲的電阻就可以知道其溫度.這實(shí)際上是一個(gè)傳感器，它是將_______轉(zhuǎn)化為_(kāi)______來(lái)進(jìn)行測(cè)量的. 23、在自動(dòng)恒溫裝置中，某種半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度的關(guān)系如右圖所示，已知這種材料

31、具有發(fā)熱和控溫雙重功能，下列說(shuō)法中正確的是 （1）通電前材料的溫度低于t1，通電后，電壓保持不變，它們的功率是 （C） A.先增大后減小； B.先減小后增大； C.達(dá)到某一溫度后功率不變； D.功率一直在變化。 （2）若它產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在（ C ） A 、t1 ； B、t2； C、t1到t2的某個(gè)溫度上； D、大于t2的某個(gè)溫度上 24．某同學(xué)在科技活動(dòng)中，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，當(dāng)滑塊A在光滑的水平桿上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊A發(fā)生位移并帶動(dòng)P在光滑的電阻絲上運(yùn)動(dòng)從而在BC間輸出

32、電壓信號(hào)，成為示波器的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)，光滑電阻絲的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電阻分布均勻，D是電阻絲的中點(diǎn)，系統(tǒng)靜止時(shí)滑片P在D點(diǎn)，當(dāng)A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滑片P在電阻絲上運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）當(dāng)滑塊A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滑片P在光滑電阻絲上運(yùn)動(dòng)時(shí)，求出在B、C間得到的電壓與滑塊A相對(duì)于平衡位置位移x的關(guān)系式。 （2）為了研究彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以用示波器觀察在B、C間得到的電壓信號(hào)的變化規(guī)律，請(qǐng)用線(xiàn)將B、C兩點(diǎn)正確連接到示波器相應(yīng)的接線(xiàn)柱上。這時(shí)“衰減”旋鈕不能置于“　　　　”，“掃描范圍”不能置于　　　檔。若信號(hào)水平方向的幅

33、度過(guò)小或過(guò)大，應(yīng)該用　　　　旋鈕進(jìn)行調(diào)整，若信號(hào)過(guò)于偏于屏幕下方，應(yīng)該用　　　　旋鈕進(jìn)行調(diào)整。 [參考答案] 1、B 2、A 3、B 4、解：a、 b為壓力傳感器，當(dāng)a、b的壓力均為10N時(shí)，滑塊處于平衡狀態(tài)； ⑴當(dāng)Fa=14N , Fb = 6 N時(shí)，滑塊受到的合力 SF = 8 N = m a ∴ a = 4m./s2 ⑵彈簧的總長(zhǎng)度不變，當(dāng)Fa = 0時(shí)， Fb = 20N，滑塊受到的合力SF = 20=ma′∴a = 10m/s2.汽車(chē)向左做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或向右做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 5、解：根據(jù)胡克定律F = kx,設(shè)上彈簧壓力為F1 ，下彈簧壓力為F2，

34、則 F1 = kx1= 60×0.1 N = 6N ; 對(duì)滑塊而言向下； F2 = kx2 = 60×0.2N = 12 N. 對(duì)滑塊而言向上； 設(shè)向下為正方向，當(dāng)金屬塊以2.0 m/s2的加速度勻減速上升時(shí)，金屬塊受力如圖甲所示，由牛頓第二定律得： mg + F1 —F2 = m a ，10m +6 —12 = 2m ∴ m = 2 kg 彈簧總長(zhǎng)度不變，則 L = L1+L2 =1.3 m 當(dāng)上頂板壓力為下底板壓力的 1/4 時(shí)，設(shè)上、下彈簧的壓縮量分別為 x1′、 x2′ 2L0—x1′— x2′=1.3 ， kx1′ = kx2′/ 4 ∴x1′=

35、 0.06 m ； x2′= 0.24 m F1′= kx1′=3.6 N； F2′= kx2′= 14.4 N mg + F1′—F2′= ma ∴ a = －4.4m/s2. 箱子以大小為4.4m/s2的加速度加上升或減速下降。 6、解：⑴飛行器靜止時(shí)電壓表讀數(shù)為U0 = E /2，設(shè)此時(shí)彈簧均處于自然狀態(tài)，當(dāng)飛行器加速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩彈簧的形變均為x，則有： 2 kx = ma 由分壓原理，電壓的變化△U = ； 由上兩式可得： a = ⑵因?yàn)閍 — U關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系，所以將電壓表的刻度改為加速值后，其刻度仍然是均勻的。 ⑶ 電壓表指針指向滿(mǎn)刻度的

36、3/4時(shí)，用U = 3E/4代入上式得 a = － 。負(fù)號(hào)表示飛行器向右做勻減速運(yùn)動(dòng)。 7、解；當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)元件A，彈簧的彈力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為 k x = mω2 ( Lo+x ) 電壓表的讀數(shù) U = x E /L . 由此解得U與ω的函數(shù)關(guān)系： U = mω2Lo E / (kL— mω2L ) 當(dāng)x =L時(shí)， U = E， ω= [ kL /m(Lo+L) ]1/ 2。上式成立的條件是：ω ＜ [ kL /m (Lo+L) ]1 / 2 8、A 9、解：⑴ mog = kx1 x1 = mg / k ； ⑵ k x2 = m og + mg

37、∴ x2 = (mo +m )/ k ； ⑶ 設(shè)電路中電流為I， 則E = IR ；設(shè)P1、P2間電阻為Rx ，距離為x 。則有 U= IR , , x = x2 —x1 ；解得： m = kL U / gE . 10解：⑴要電壓表的示數(shù)為零，A、B兩點(diǎn)電勢(shì)必須相等，則電壓表支路均電流通過(guò)，電阻R1、R2、R3、R4的電壓U1、U2、U3、U4滿(mǎn)足關(guān)系： U1= U3 ； U2 =U4。由此可得四個(gè)電阻的關(guān)系為R1 /R3 = R2 /R4 ⑵當(dāng)O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上，因此，R1、R4被拉長(zhǎng)，R2、R3被拉寬，即R1、R4增大，R

38、2、R3減小。這時(shí)A、B兩點(diǎn)電勢(shì)不再相等。 ⑶電阻增大，電壓增大，電阻減小，分壓也減小。所以，A點(diǎn)電勢(shì)將高于B點(diǎn)電勢(shì)，血壓越高，壓力越大，金屬片形變?cè)斤@著，電阻變化越大，因而電壓表示數(shù)越大。于是可以根據(jù)電壓表示數(shù)的大小來(lái)測(cè)量血壓的高低。 11、解： ①小球質(zhì)量m＝59g；②由于振幅很大，小滑塊在碗中近似做周期性振動(dòng)，但不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；③振動(dòng)周期t＝2.0s；④由于最大偏角在逐漸減小，小滑塊是做阻尼振動(dòng)，表明小滑塊運(yùn)動(dòng)中受到來(lái)自摩擦、空氣等的阻力作用． 12、答案：4.8 ; AD; BC. 13、 解：某個(gè)鍵的電容變化了0.25pF時(shí)，便被識(shí)別出它與其它鍵不同。根據(jù)電容公式 C=得

39、：△C = = 0.25×10—12 F. 解得： △d = 1.5×10—4m = 0.15mm。故答案D正確。 14、[答案]（1）20V （2）略 （3）0～85． 解：⑴高壓陶瓷片的最大伸長(zhǎng)量為△Ｌm，對(duì)應(yīng)的電壓為Ｕm，由△Ｌ＝k U 得 　?。誱＝ ⑵測(cè)量電路如圖所示． ⑶設(shè)壓電陶瓷片上所加的電壓為２０Ｖ時(shí)，滑動(dòng)變阻器與壓電陶瓷片并聯(lián)部分的電阻值為Ｒx ,由分壓原理得： 　　　∴Ｒx = 85W Rx的取值范圍是：０～85W. 15、答案：（1）電路如框圖所示（4分）（2）8（對(duì)應(yīng)右圖，4分） 16、BD 17、解：⑴設(shè)計(jì)的控制電路如圖所示。

40、⑵此方案中滑動(dòng)變阻器的作用：主要是通過(guò)調(diào)節(jié)滿(mǎn)足對(duì)熱敏電阻的要求。說(shuō)明：滑動(dòng)變阻器作分壓式連接正確同樣給分。、 18題答案：連線(xiàn)如圖所示。 19、答案：BD 20、解：.磁性 閉合 綠 磁性 閉合 紅. 21、解析：本題是有關(guān)光電計(jì)數(shù)器在實(shí)際生活中的具體應(yīng)用.D上的每一個(gè)齒輪經(jīng)過(guò)光源A和光電接收器之間的空隙時(shí)，光就被遮擋一次，就在光電接收器中記下一個(gè)光電脈沖，若車(chē)輪半徑為R，D上齒輪的齒數(shù)為P，則單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輪行駛的距離為s0= =,即車(chē)速為v=，汽車(chē)總行駛路程（行程）為s，則s=·2πR=，故要測(cè)出小車(chē)的速度和行程還必須測(cè)量的物理量是車(chē)輪的半徑R和齒 輪的齒數(shù)P.

41、 v= ； 22、解：.溫度 電阻。 23、⑴C； ⑵C 24、解：（1） （2）B點(diǎn)接示波器y輸入，C點(diǎn)接示波器的地接線(xiàn)柱。“∞”，“外x”，“x增益旋鈕”，“豎直位移旋鈕” 備課資料一、電容器在傳感技術(shù)中的應(yīng)用 電容器，在無(wú)線(xiàn)電中的應(yīng)用是人們所熟知的.此外，人們還利用電容器的電容隨參數(shù)變化而改變的特性，將電容器作為敏感元件，制成電容式傳感器，用于生產(chǎn)和生活中許多非電變化量的自動(dòng)檢測(cè)，這也是電容器眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面. 電容式傳感器的測(cè)量過(guò)程是信息的被采集與轉(zhuǎn)換過(guò)程.通過(guò)敏感元件和配用電路的操作，可以將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成易于處理和顯示的電信號(hào)，其轉(zhuǎn)換過(guò)程大致如下

42、： 待測(cè)變化量電容變化量電壓（或電流或頻率）變化量. 從引起電容變化的參量來(lái)劃分，電容式傳感器有三種基本類(lèi)型：（1）變間隙式；（2）變面積式；（3）變介電常數(shù)式. 變間隙測(cè)位移原理 變面積測(cè)角度原理 變介電常數(shù)測(cè)液位原理 下面就分別簡(jiǎn)單地介紹一下它們的工作原理及應(yīng)用. （一） 對(duì)平板電容器，不考慮邊緣效應(yīng)時(shí)有C=，其中ε為介質(zhì)介電常數(shù)，A為極板面積，d為極板間隙. 在變間隙式電容傳感器中，當(dāng)敏感元件的其他參數(shù)不變而d隨有線(xiàn)位移的被測(cè)體同步變化時(shí)，C是間隙改變量Δd的單值函數(shù). 為了提高靈敏度及減小測(cè)量誤差，實(shí)際應(yīng)用中，變間隙式傳感器多采用一種有中間活動(dòng)極板的電容器作敏感

43、元件，如圖3（a）所示.圖3（b）為原理圖. 圖3 當(dāng)活動(dòng)極板在平衡位置時(shí)，有 d1=d2=d0;C1=C2=C0= 設(shè)活動(dòng)極板由于被測(cè)體的移動(dòng)有向下位移Δd時(shí)， d1=d0+Δd,使得C1減少，C1=C0-C1 C1==C0 d2=d0-Δd,使得C2增加，C2=C0+ΔC2 C2==C0 在有效測(cè)量范圍內(nèi)，總有Δdd0，利用臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)C1、C2，有 C1=C0［1-+()2-()3+…］ C2=C0［1++()2+()3+…］ 則敏感元件總的電容變化量與極板間隙的變化量關(guān)系為： C2-C1=ΔC2-ΔC1=2C0[1+（）2+(）4+…］ 這是一個(gè)非線(xiàn)性的

44、表達(dá)式. 如前所述，傳感器中，由于電容變化量不容易顯示，利用配用電路，可將電容變化量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào). 將有活動(dòng)極板電容C1、C2（如圖4所示）作為配用電路的相鄰橋臂時(shí)，就可以將電容的變化（實(shí)際反映的是位移的變化）轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌虻妮敵鲭妷篣0，現(xiàn)分析如下： 當(dāng)C1=C2=C0時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，U0=0.當(dāng)C1、C2如圖變化時(shí)，由電路計(jì)算可知： U0=UA-UB=U-U =U=U 利用ΔC2-ΔC1表達(dá)式及C1、C2展開(kāi)式 U0=U U為電源電壓 可見(jiàn)，敏感元件本身對(duì)位移的轉(zhuǎn)換雖然是非線(xiàn)性的，但是通過(guò)電容器在橋路中的接法——被稱(chēng)之為差動(dòng)接法，最終轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)卻是線(xiàn)性的結(jié)果.這也

45、是為何采用差動(dòng)接法的原因了. 變間隙式一般測(cè)量位移的范圍小，大約在零點(diǎn)零幾微米到零點(diǎn)幾微米之間. （二）變面積測(cè)角度原理 圖5為變面積式傳感器的一種結(jié)構(gòu)形式以及極板形狀.當(dāng)差動(dòng)電容的活動(dòng)極板隨被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就改變了它與兩個(gè)固定極板之間的有效面積，使得上下兩個(gè)等效電容發(fā)生大小相等，極性相反的變化.此時(shí)待測(cè)非電量為角位移. 設(shè)活動(dòng)極板在初始位置時(shí)對(duì)上、下兩固定極板完全對(duì)稱(chēng)，有C0=·Q0，Q0為初始位置時(shí)角度. 當(dāng)有角位移ΔQ變化時(shí)， ΔC=ΔC1-ΔC2=2×ΔQ=2C0 即電容變化為角度的單值函數(shù)，且為線(xiàn)性. （三）變介電常數(shù)測(cè)液位原理 變介電常數(shù)式傳感器，利用被測(cè)物體的

46、介質(zhì)的變化，將液位變化轉(zhuǎn)變成電容的變化來(lái)測(cè)量. 圖6為變介電常數(shù)式圓筒電容傳感器示意圖及等效電路圖. 圖6 利用圓柱面的軸對(duì)稱(chēng)性及高斯定律，可求出圓柱面電容器的電容一般表達(dá)式為： C= l為柱長(zhǎng) 圓筒電容器的等效電路相當(dāng)于三個(gè)電容并聯(lián)， C1為不隨液面高度變化的雜散電容（包括導(dǎo)線(xiàn)分布電容） C2為液面上部介質(zhì)常數(shù)為εr0的電容 C2= C3為介質(zhì)常數(shù)為εr1的液體的電容， C3= 總的等效電容為 C=C1+C2+C3=C1+［εr0H+(εr1-εr0)h］. 令C1+H=C0 表示圓筒電容器的電容初始值. 又令 (εr1-εr0)=K為靈敏系數(shù). 在數(shù)值

47、上K==，其物理意義為電容相對(duì)被測(cè)液面高度變化的改變速率. 表示式 C=C0+Kh 給出了圓筒電容與液面高度變化的線(xiàn)性關(guān)系. （四）電容式傳感器的特點(diǎn)及發(fā)展 電容式傳感器不僅能測(cè)位移、角度、液位，還能測(cè)量諸如振動(dòng)、加速度、荷重等其他物理量.與其他傳感器相比，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，靈敏度較高，無(wú)自熱現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)及過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使其在檢測(cè)中應(yīng)用廣泛.但電容式傳感器中分布電容的影響會(huì)造成工作狀態(tài)的不穩(wěn)定和誤差，這是限制電容式傳感器應(yīng)用的主要障礙. 研究表明，改進(jìn)傳感器的關(guān)鍵在于配用電路.近年來(lái)，對(duì)傳統(tǒng)電容式傳感器的改進(jìn)主要有幾種途徑： 1.利用微機(jī)控制系統(tǒng)參與對(duì)輸入傳

48、感器的信息進(jìn)行處理，以提高抗干擾性能； 2.采用電荷及電壓平衡式零位測(cè)量方式，抑制分布電容對(duì)測(cè)量的影響； 3.將傳統(tǒng)分立元件電路用集成功能電路代替，以提高可靠性和性?xún)r(jià)比. 相信隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，電容式傳感器將會(huì)以更新的結(jié)構(gòu)和更好的性能，應(yīng)用于檢測(cè)領(lǐng)域. 備課資料二、熱敏電阻和光敏電阻 由于溫度變化會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化，人們根據(jù)這一特性用半導(dǎo)體材料 制成的電子元件（電阻）稱(chēng)為熱敏電阻.熱敏電阻分兩類(lèi)，根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度增加與降低分為NTC（negative temperature coefficient——負(fù)溫度系數(shù)元件的簡(jiǎn)寫(xiě)）熱敏電阻和PTC(positiv

49、e temperature coefficient——正溫度系數(shù)元件的簡(jiǎn)寫(xiě))熱敏電阻.PTC熱敏電阻的特性如圖所示，其在現(xiàn)實(shí)生活中的作用和應(yīng)用為： 1.電器過(guò)流過(guò)熱的保護(hù)，主要應(yīng)用在電腦、電視機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、熱水機(jī)、飲水器； 2.照明延時(shí)； 3.消磁器，主要用于電視機(jī)的消磁電路； 4.啟動(dòng)器，用于空調(diào)、冰箱. NTC熱敏電阻的作用和應(yīng)用為： 1.家用電器，如應(yīng)用于電飯鍋、干燥箱的溫度傳感器上； 2.電子禮品，如電子萬(wàn)年臺(tái)歷； 3.工業(yè)上，如應(yīng)用于醫(yī)藥、化工生產(chǎn)設(shè)備中的溫度傳感器上； 4.電池充電器等. 從圖1中的R-T特性曲線(xiàn)我們可以看出：熱敏電阻既有其電阻值隨溫度按一定規(guī)律線(xiàn)性變化的特點(diǎn)，又有在特定的溫度下（這個(gè)溫度稱(chēng)為居里溫度）浪涌的特性.在現(xiàn)實(shí)生活中人們正是利用了熱敏電阻的這一特性. 由于光照從而使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化，根據(jù)這一特性由半導(dǎo)體材料制成的電子元件（電阻）稱(chēng)為光敏電阻.光敏電阻的性能如圖2所示，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用為： 圖2 1.照相機(jī)的自動(dòng)測(cè)光；2.工業(yè)控制；3.光電控制；4.光控開(kāi)關(guān)；5.電子玩具；6.報(bào)警器等. 由圖2可以看出：光敏電阻的電阻值隨著光照強(qiáng)度的增加呈明顯的下降趨勢(shì).