滬科版高中物理選修(3-2)第4章《傳感器與現(xiàn)代社會》學(xué)案

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1、 最新滬科版高中物理選修（ 3-2 ）第 4 章《傳感器與現(xiàn)代社會》學(xué)案 [ 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] 1.知道傳感器的定義 ,理解其工作原理 .2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元件的特征 .3.會探究熱敏電阻的溫度特性曲線． 1．用多用電表測電阻時(shí) ,首先選擇歐姆擋 ,然后進(jìn)行歐姆調(diào)零 ,指針指在表盤的中值附近 ,測得的阻值較準(zhǔn)確． RS 2．電阻率 ρ是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量 ,電阻率越小 ,導(dǎo)電性能越好 ,定義式為 ρ＝ l . ε rS 3．平行板電容器的電容 C＝ . 4π kd

2、 一、什么是傳感器 1．傳感器是通過測量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來捕捉和識別信息 ,并將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的裝置． 2．傳感器一般包括敏感元件與轉(zhuǎn)換電路等． 二、傳感器的類型 根據(jù)檢測量的不同 ,傳感器可分為物理型、化學(xué)型和生物型． 三、探究熱敏電阻的溫度特性曲線 熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)的熱敏材料、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料、臨界溫度系數(shù)的熱敏材料． 一、什么是傳感器 [ 問題設(shè)計(jì) ] 光聲控延時(shí)開關(guān)的敏感元件有哪些？你能畫出它的原理圖嗎？ 答案 有光敏感元件和

3、聲敏感元件． [ 要點(diǎn)提煉 ] 1．各種傳感器的作用都是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量． 2．傳感器的結(jié)構(gòu)： 1 / 7 非電信息 電信息 非電學(xué)量 ――→ 敏感元件 ―→ 處理電路 ――→ 電學(xué)量 3．敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件 ,它承擔(dān)著直接 “感知 ”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務(wù)． 二、研究光敏電阻的導(dǎo)電特性 [ 問題設(shè)計(jì) ] ,就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量 ,如圖 1 所示為光 在工廠生產(chǎn)車

4、間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后 敏電阻自動計(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 原理是什么？ 圖 1 答案 當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí) ,R1 電阻增大 ,電路中電流減小 ,R2 兩端電壓減小 ,信號處理系統(tǒng)得 到低電壓 ,每通過一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓 ,并計(jì)數(shù)一次． [ 要點(diǎn)提煉 ] 1．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料 (如硫化鎘 )制成的． 特點(diǎn)：光照越強(qiáng) ,電阻越小． 2．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量． 三、探究熱敏電阻的溫度

5、特性 [ 問題設(shè)計(jì) ] 如圖 2 所示 ,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋 ,再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱 敏電阻 Rt 的兩端相連 ,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央．若在 Rt 上擦一些酒精 ,表針將如 何擺動？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 ,表針將如何擺動？ 圖 2 答案 由于酒精蒸發(fā) ,熱敏電阻 Rt 溫度降低 ,電阻值增大 ,指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 ,Rt 溫度升高 ,電阻值減小 ,指針將向右偏． [ 要點(diǎn)提煉 ] 1．金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而增大． 2．熱敏電阻一般用人

6、工合成的新型陶瓷材料制成 ,也可用半導(dǎo)體材料制成． 3．熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類： (1) 正溫度系數(shù)的熱敏材料 (PTC) ：電阻隨溫度的上升而增加． (2) 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料 (NTC) ：電阻隨溫度的上升而下降． (3) 臨界溫度系數(shù)的熱敏材料 (CTC) ：電阻在很小的溫度范圍內(nèi)急劇下降． 一、對傳感器的認(rèn)識 例 1 如圖 3 是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．其中電源電壓保持不變 ,R 是滑 動變阻器 ,它的金屬滑片是金屬桿的一端．在裝置中使用了一只電壓表 (圖中沒有畫出 ),通過 觀察

7、電壓表示數(shù) ,可以了解油量情況． 將電壓表分別接在 b、 c 之間與 c、 d 之間 ,當(dāng)油量變化時(shí) ,電壓表的示數(shù)變化有何不同？ 2 / 7 圖 3 解析 ①把電壓表接在 b、 c 之間 ,油量增加時(shí) ,R 減小 ,電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時(shí) ,R 增 大,電壓表的示數(shù)增大． ②把電壓表接在 c、 d 之間 ,油量增加時(shí) ,R 減小 ,電路中電流增大 ,則 R′兩端的電壓增大 ,電壓 表的示數(shù)增大 ,同理 ,油量減少時(shí) ,電壓表的示數(shù)減?。?/p>

8、 答案 見解析 二、對光敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用 例 2 如圖 4 所示 ,R1、 R2 為定值電阻 ,L 為小燈泡 ,R3 為光敏電阻 ,當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí) ( ) 圖 4 A ．電壓表的示數(shù)增大 B． R2 中電流減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 ,R3 阻值減小 ,外電路電阻隨 R3 的減小而減小 ,R1 兩端電壓因干 解析 當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí) 路電流增大而增大 ,從而電壓表的示數(shù)增大 ,同時(shí)內(nèi)電

9、壓增大 ,故電路的路端電壓減小 ,A 項(xiàng)正 確,D 項(xiàng)錯(cuò)誤．由路端電壓減小 ,而 R1 兩端電壓增大知 ,R2 兩端電壓必減小 ,則 R2 中電流減小 , 故 B 項(xiàng)正確．結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大 ,故小燈泡的功率增大 ,C 項(xiàng)正 確． 答案 ABC 三、對熱敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用 例 3 如圖 5 所示 ,RT 為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 ,R 為定值電阻 ,若往 RT 上擦一些酒精 ,在環(huán) 境溫度不變的情況下 ,關(guān)于電壓表示數(shù)的變化情況 ,下列說法中正確的是

10、 () 圖 5 A ．變大 B．變小 C．先變大后變小最后不變 D．先變小后變大最后不變 答案 D 解析 往 RT 上擦酒精后 ,酒精蒸發(fā)吸熱 ,熱敏電阻 RT 溫度降低 ,電阻值增大 ,根據(jù)串聯(lián)電路的 分壓特點(diǎn) ,電壓表示數(shù)變小．當(dāng)酒精蒸發(fā)完畢后 ,RT 的溫度逐漸升高到環(huán)境溫度后不變 ,所以 熱敏電阻的阻值逐漸減小 ,最后不變 ,故電壓表的示數(shù)將逐漸變大 ,最后不變．所以選項(xiàng) D 正確． 3 / 7

11、 1． (對傳感器的認(rèn)識 )關(guān)于傳感器 ,下列說法正確的是 ( ) A ．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的 D．水銀溫度計(jì)是一種傳感器 答案 B 解析 大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的 ,某些金屬也可以制成傳感器 ,如金屬熱電阻 ,故 A 錯(cuò) ,B 對；傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 ,因此傳感器感知的應(yīng)該是 “非電信號 ”,故 C 錯(cuò)； 水銀溫度計(jì)能感

12、受熱學(xué)量 ,但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量 ,因此不是傳感器 ,故 D 錯(cuò)． 2． (對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及電路分析 ) 如圖 6 所示電路中 ,電源電動勢為 E,內(nèi)阻為 r,RT 為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 ,RG 為光敏電阻 ,閉合開關(guān)后 ,小燈泡 L 正常發(fā)光 ,由于環(huán)境改變 (光照或溫度 ),發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗 ,則引起小燈泡變暗的原因可能是 ( ) 圖 6 A ．溫度不變 ,光照增強(qiáng) B．溫度升高 ,光照不變 C．溫度降低 ,光照增強(qiáng) D．溫度升高 ,光照減弱 答案 AC 3

13、． (對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及電路分析 )如圖 7 所示 ,Rt 為正溫度系數(shù)熱敏電阻 ,R1 為 光敏電阻 ,R2 和 R3 均為定值電阻 ,電源電動勢為 E,內(nèi)阻為 r,V 為理想電壓表 ,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表 示數(shù)增大 ,可能的原因是 ( ) 圖 7 A ．熱敏電阻溫度升高 ,其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低 ,其他條件不變 C．光照減弱 ,其他條件不變 D．光照增強(qiáng) ,其他條件不變 4 / 7 答案 BC 解析 電壓表示數(shù)變大 ,而 R3 為定值

14、電阻 ,說明流經(jīng) R3 的電流增大 ,由電路結(jié)構(gòu)可知 ,這可能 是由于 Rt 減小或 R1 增大 ,由熱敏電阻和光敏電阻特性知 ,可能是由于溫度降低或光照減弱 , 故 B 、C 項(xiàng)正確 ,A 、D 項(xiàng)錯(cuò)誤． 題組一 對傳感器的認(rèn)識 1．傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù) ,它可以 ( ) A ．將力學(xué)量 (如形變量 )轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案 ABC 解析 傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量 ( 如力、熱、光、聲等 )轉(zhuǎn)換成便于測量

15、 的物理量 (一般是電學(xué)量 ) 的一類元件．故選項(xiàng) A 、 B、 C 對 ,選項(xiàng) D 錯(cuò)． 2.如圖 1 所示 ,是電容式話筒的示意圖 ,它是利用電容制成的傳感器 ,話筒的振動膜前面有薄薄 的金屬層 ,膜后距膜幾十微米處有一金屬板 ,振動膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩 極．在兩極間加一電壓 U, 人對著話筒說話時(shí) ,振動膜前后振動 ,使電容發(fā)生變化 ,從而使聲音 信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號 ,其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 ( ) 圖 1 A ．距離變化 B．正對面積變化 C．電介質(zhì)

16、變化 D．電壓變化 答案 A 解析 振動膜前后振動 ,使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化 ,從而將聲音信號轉(zhuǎn) 化為電信號． 題組二 對光敏電阻的認(rèn)識及電路分析 3．如圖 2 所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖 ,其中 A 是發(fā)光儀器 ,B 是 光敏電阻 (光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小 ),下列說法中正確的是 () 圖 2 A ．當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻的阻值變小 ,電壓表讀數(shù)變小B．當(dāng)傳送帶上沒有物品擋

17、住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻的阻值變大 ,電壓表讀數(shù)變大C．當(dāng)傳送帶上有物品擋住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻的阻值變小 ,電壓表讀數(shù)變小D．當(dāng)傳送帶上有物品擋住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻的阻值變大 ,電壓表讀數(shù)變大答案 AD 解析 光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān) ,光照強(qiáng)度越大 ,光敏電阻阻值越?。?dāng)傳送帶上沒有 5 / 7 物品擋住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻阻值變小 ,電路中電流變大 ,電源內(nèi)阻上的電壓變大,路端電壓變小 ,所以電壓表讀數(shù)變小 ,選項(xiàng) A 正確；相反 ,當(dāng)傳送帶上有物品

18、擋住由 A 射向 B 的光信號時(shí) ,光敏電阻的阻值變大 ,電路中電流變小 ,電源內(nèi)阻上的電壓變小 ,路端電壓變大 , 所以電壓表讀數(shù)變大 ,選項(xiàng) D 正確． 4.如圖 3 所示 ,R3 是光敏電阻 (光照時(shí)電阻變小 ),當(dāng)開關(guān) S 閉合后 ,在沒有光照射時(shí) ,a、 b 兩點(diǎn) 等電勢．當(dāng)用光照射電阻 R3 時(shí) ,則 ( ) 圖 3 A ． a 點(diǎn)電勢高于 b 點(diǎn)電勢 B． a 點(diǎn)電勢低于 b 點(diǎn)電勢 C． a 點(diǎn)電勢等于 b 點(diǎn)電勢 D． a 點(diǎn)電勢和 b 點(diǎn)電勢的大小無法比較 答案 A

19、 解析 R3 是光敏電阻 ,當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小 ,R3 兩端電壓減小 ,故 a 點(diǎn)電勢升高 ,因其他電 阻的阻值不變 ,所以 a 點(diǎn)電勢高于 b 點(diǎn)電勢． 5．如圖 4 所示 ,電源兩端的電壓恒定 ,L 為小燈泡 ,R 為光敏電阻 ,D 為發(fā)光二極管 (電流越大 , 發(fā)光越強(qiáng) ),且 R 與 D 距離較近且不變 ,下列說法中正確的是 ( ) 圖 4 A ．當(dāng)滑片向左移動時(shí) ,L 消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動向左移動時(shí) ,L 消耗的功率減小 C．當(dāng)滑片向右移動時(shí) ,L 消耗的功率不變 D．無論怎樣移動滑

20、動觸頭 ,L 消耗的功率不變 答案 A 解析 電源電壓恒定 ,也就是說 ,并聯(lián)電路兩端電壓恒定 ,當(dāng)滑片向左移動時(shí) ,發(fā)光二極管發(fā)光 變強(qiáng) ,光敏電阻的電阻變小 ,所以電流變大 ,則 L 的功率變大 ,故選項(xiàng) A 正確． 題組三 對熱敏電阻、金屬熱電阻的認(rèn)識及電路分析 6．對熱敏電阻 ,正確的敘述是 () A ．受熱后 ,電阻隨溫度的升高而變化明顯 B．受熱后 ,電阻基本不變 C．熱敏電阻可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度 ,反應(yīng)快 ,而且精確度高 D．以上說法都不對

21、 答案 AC 7.如圖 5 所示是觀察電阻 R 的阻值隨溫度變化情況的示意圖 ,現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊? 水,關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是( ) 6 / 7 圖 5 A ．如果 R 為金屬熱電阻 ,讀數(shù)變大 ,且變化非常明顯 B．如果 R 為金屬熱電阻 ,讀數(shù)變小 ,且變化不明顯 C．如果 R 為熱敏電阻 (用半導(dǎo)體材料制作 ),讀數(shù)變化非常明顯 D．如果 R 為熱敏電阻 (用半導(dǎo)體材料制作 ),

22、讀數(shù)變化不明顯 答案 C 解析 如果 R 為金屬熱電阻 ,則讀數(shù)變大 ,但不會非常明顯 ,故 A 、B 均錯(cuò)；如果 R 為熱敏電 阻,讀數(shù)變化非常明顯 ,故 C 對,D 錯(cuò)． 8．如圖 6 所示 ,R1 為定值電阻 ,R2 為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 ,L 為小燈泡 ,當(dāng)溫度降低時(shí) ( ) 圖 6 A ． R1 兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? 答案 C 解析 R2 與燈泡 L 并聯(lián)后再與 R1 串聯(lián) ,與電源構(gòu)成閉合電路 ,當(dāng)溫度降低時(shí) ,熱敏電阻 R2 的阻值增大 ,外電路電阻增大 ,電流表讀數(shù)減小 ,燈泡 L 兩端的電壓增大 ,燈泡的亮度變強(qiáng) ,R1 兩端的電壓減小 ,故只有 C 正確． 7 / 7