高中物理 第6章 傳感器章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 新人教版選修32

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1、 第6章 傳感器 章末復(fù)習(xí)課 【知識體系】 [答案填寫]　①非電學(xué)?、陔妼W(xué)?、弁〝唷、芄饷簟、萁饘贌帷、藁魻栐、邷囟取、嗦? 主題1　常用敏感元件及應(yīng)用 1．常見敏感元件及特性． (1)光敏電阻：光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻減小，光照減弱電阻增大． (2)熱敏電阻和金屬熱電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而增大，熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)兩種．正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小． (3)霍爾元件： 能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這一電學(xué)量的元件，UH＝k. 2．傳感器應(yīng)用的一般

2、模式． 【典例1】　如圖是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖．其中R2為用半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a，b之間接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I，報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) A．I變大，U變大　　 B．I變大，U變小 C．I變小，U變大 D．I變小，U變小 解析：R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，溫度升高，則R2的阻值減?。甊2減小→R總減小→I干增大→U1增大→U3減小→I減小，故顯示器的電流I變小，由U＝E－I干r，I干變大，知U變小，故選項(xiàng)D正確． 答案：D 針對訓(xùn)練 1．(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻的阻值

3、隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制．如圖所示的電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(　　) A．電容器C的帶電荷量增大 B．電壓表的讀數(shù)增大 C．電容器C兩極板間的電場強(qiáng)度減小 D．R1消耗的功率增大 解析：當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)．R2的阻值變大，電路的總電阻變大．由I＝知I變小，又U＝E－Ir，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1變小，R1耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩極板間的電壓U2＝U－U1，故U2變大，由場強(qiáng)E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯(cuò)誤． 答案：AB

4、題后反思 本題利用熱敏電阻為傳感器，將溫度變化的信號轉(zhuǎn)化為電信號，結(jié)合電子線路來控制加熱電路．正確的電路分析、計(jì)算及看懂熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線，是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵． 主題二　自動控制電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)自動控制電路時(shí)，一般按照以下思路進(jìn)行． 1．根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路． 控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成．這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器實(shí)際上是工作電路的開關(guān)． 2．分析電路的合理性． 電路設(shè)計(jì)完成后，要對它的合理性進(jìn)行分析

5、，用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜幔瑱z查工作電路的接通和斷開是否符合實(shí)際要求．比如，自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈點(diǎn)亮發(fā)光． 【典例2】　氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號并輸出，如圖所示，B為將可燃?xì)怏w或有毒氣體(如CO、CH4、瓦斯、煤氣等)濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，俗稱電子鼻．當(dāng)有毒氣體濃度大時(shí)，其電阻變?。鶕?jù)如下材料：電源電壓U＝220 V，M為排風(fēng)扇，G為繼電器，A為控制電源，S為控制開關(guān)，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)家用自動排煙電路，并在圖中完成連線圖． 解析：電磁繼電器起開關(guān)作用，所以電池組、開關(guān)和電磁繼電器應(yīng)組成一個(gè)

6、電路，另一個(gè)是由排風(fēng)扇和高壓電源組成的電路． 答案：如圖所示． 自動控制電路的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的四點(diǎn) 1．要明確設(shè)計(jì)意圖，弄清控制條件和相應(yīng)的自動控制原理． 2．要明確應(yīng)選用哪種傳感器，該傳感器怎樣感知控制條件及怎樣轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出． 3．選用什么樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣執(zhí)行自動控制． 4．采用什么樣的電路來實(shí)現(xiàn)自動控制． 針對訓(xùn)練 2．如圖所示，A是浮子，B是金屬觸頭，C為住宅樓房頂上的蓄水池，M是帶水泵的電動機(jī)，D是彈簧，E是銜鐵，F(xiàn)是電磁鐵，S1、S2分別為觸頭開關(guān)，S為開關(guān)，J為電池．請利用上述材料，設(shè)計(jì)一個(gè)住宅樓房頂上的自動注水裝置． (1)連接電路圖；

7、 (2)簡述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)． 解析：(1)如圖所示． (2)按圖接好電路，合上開關(guān)S，水泵工作，水位升高，當(dāng)浮子上升使B接觸到S1時(shí)，左側(cè)電路(控制電路)工作，電磁鐵F有磁力，拉下銜鐵E，使S2斷開，電動機(jī)M不工作，停止注水，當(dāng)水位下降使B與S1脫離，電磁鐵電路停止工作，F(xiàn)無磁性，彈簧的彈力使D拉動E，使S2接通，M工作． 方法總結(jié)：自動控制電路的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的四點(diǎn) (1)要明確設(shè)計(jì)意圖，弄清控制條件和相應(yīng)的自動控制原理． (2)要明確應(yīng)選用哪種傳感器，該傳感器怎樣感知控制條件及怎樣轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出． (3)選用什么樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣執(zhí)行自動控制．

8、 (4)采用什么樣的電路來實(shí)現(xiàn)自動控制． 統(tǒng)攬考情 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器在社會實(shí)踐中應(yīng)用越來越廣泛，它是各種測量和自動控制系統(tǒng)的“感覺器官”．新課標(biāo)增加了傳感器的內(nèi)容，在新高考中一定會有所體現(xiàn)，但所占比例不會太大，且都在“了解”的水平上，不會出現(xiàn)太復(fù)雜且有難度的題目，更不會涉及大量的技術(shù)細(xì)節(jié)；命題形式一般以選擇題或填空題為主，也可能與其他知識綜合出題． 真題例析 (2016全國Ⅰ卷)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過IC時(shí)就會報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9

9、Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干． 在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，IC約為10 mA；流過報(bào)警器的電流超過20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω. (1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線． (2)在電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(選填“R1”或“R2”)． (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為________Ω

10、；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_________________________． ②將開關(guān)向________(選填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至________． (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用． 解析：(1)電路圖連線見答案圖．(2)R＝＝ Ω＝1 800 Ω，所以在電路中應(yīng)選用滑動變阻器R2.(3)①由該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω可知，電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為650.0 Ω；

11、由于滑動變阻器采用限流接法，所以滑動變阻器的滑片應(yīng)置于b端附近，不能置于另一端的原因是接通電源后，流過報(bào)警器的電流超過20 mA，報(bào)警器可能損壞；②將開關(guān)向c端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至報(bào)警器開始報(bào)警． 答案：(1)連線如圖所示　(2)R2　(3)①　650.0　b　接通電源后，流過報(bào)警器的電流會超過20 mA，報(bào)警器可能損壞?、凇　報(bào)警器開始報(bào)警 針對訓(xùn)練 如圖所示是一種自動控制電路示意圖，R1為光敏電阻，當(dāng)照射到R1處的光消失時(shí)，電流表A中的電流I及a、b間的電壓U的變化情況是(　　) A．I變小，U變小 B．I變大，U變大 C．I變小，U變大 D．I變大

12、，U變小 解析：當(dāng)照射到光敏電阻上的光消失時(shí)，光敏電阻阻值增大，通過干路的電流變小，通過R2的電流增大，電流表的示數(shù)增大，a、b之間的電壓U增大，故正確選項(xiàng)為B. 答案：B 1．(多選)當(dāng)前傳感器被廣泛應(yīng)用于各種電器、電子產(chǎn)品之中，下述關(guān)于常用的幾種家用電子器件所采用傳感器說法中，正確的是(　　) A．電視機(jī)對無線遙控信號的接收主要是采用了光傳感器 B．電子體溫計(jì)中主要是采用了溫度傳感器 C．電腦所用的光電鼠標(biāo)主要是采用聲波傳感器 D．電子秤中主要是采用了力傳感器 解析：電視機(jī)對無線遙控信號的接收采用了紅外線傳感器，電腦所用的光電鼠標(biāo)主要采用了光傳感器，所以A、C項(xiàng)錯(cuò)誤．

13、 答案：BD 2．(多選)巨磁電阻(GMR)電流傳感器可用來準(zhǔn)確檢測大容量遠(yuǎn)距離直流輸電線路中的強(qiáng)電流，其原理利用了巨磁電阻效應(yīng)，巨磁電阻效應(yīng)是指某些磁性材料的電阻R在一定磁場作用下隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加而急劇減小的特性．如圖所示為檢測電路的原理圖，設(shè)輸電線路電流為I(不是GMR中的電流)，GMR為巨磁電阻，R1、R2為定值電阻．已知輸電線路電流I在巨磁電阻GMR處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與I成正比，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．如果I增大，電壓表示數(shù)減小，電壓表示數(shù)增大 B．如果I增大，電流表 示數(shù)減小，電壓表示數(shù)增大 C．如果I減小，電壓表示數(shù)增大，電壓表示數(shù)增大 D

14、．如果I減小，電流表 示數(shù)減小，電壓表示數(shù)減小 解析：如果I增大，巨磁電阻(GMR)電流傳感器處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，巨磁電阻的電阻減小，巨磁電阻中電流增大，電流表 示數(shù)增大，電壓表 示數(shù)增大，電壓表 示數(shù)減小，選項(xiàng)A正確B錯(cuò)誤；如果I減小，巨磁電阻(GMR)電流傳感器處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小，巨磁電阻的電阻增大，巨磁電阻中電流減小，電流表 示數(shù)減小，電壓表 示數(shù)減小，電壓表 示數(shù)增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 答案：AD 3．如圖所示為一種溫度自動報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是(　　) A．溫度升高至74 ℃時(shí)，L1亮燈報(bào)警 B．溫度升高至74

15、 ℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警 C．溫度升高至78 ℃時(shí)，L1亮燈報(bào)警 D．溫度升高至78 ℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警 解析：當(dāng)溫度低于78 ℃時(shí)，繼電器線圈中沒有電流，此時(shí)燈L1亮，但不報(bào)警；當(dāng)溫度升高到78 ℃時(shí)，繼電器線圈有電流，磁鐵吸下銜鐵燈L2被接通，所以燈L2亮且報(bào)警，溫度升高至74 ℃時(shí)，只是燈L1亮，不會報(bào)警，故A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)，D選項(xiàng)正確． 答案：D 4．慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)．加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來

16、靜止，彈簧處于自然長度．滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)得到的電壓情況進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(　　) A．方向向左，大小為 B．方向向右，大小為 C．方向向左，大小為 D．方向向右，大小為 解析：小物體受到左側(cè)彈簧的向右的彈力，大小為ks，同時(shí)小物體還受到右側(cè)彈簧的向右的彈力，大小也為ks，故合力為F＝2 ks，方向水平向右，根據(jù)牛頓第二定律a＝＝，方向水平向右，D正確． 答案：D 5．有一種測量物體重量的電子秤，其電路主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(實(shí)際上是一個(gè)阻值可隨壓力

17、變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)上是電流表)，原理圖如圖中的虛線所示，不計(jì)踏板的質(zhì)量．已知電流表的量程為2 A，內(nèi)阻為1 Ω，電源電動勢為12 V，內(nèi)阻為1Ω，電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式為R＝30－0.01F(F和R的單位分別為N和Ω)． (1)求該秤能測量的最大體重． (2)通過計(jì)算，得出該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤的哪個(gè)刻度處？ (3)寫出該秤測量的重力與電流表中電流的函數(shù)關(guān)系． 解析：(1)由電流表量程可知電路中最大電流為2 A， 由閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r＋rg)， 可解得壓力傳感器R的最小值為4Ω. 由電阻R隨壓力F的變化的函

18、數(shù)式為R＝30－0.01 F， 可得壓力最大值F＝2 600 N， 即該秤能測量的最大體重為2 600 N. (2)踏板空載時(shí)，F(xiàn)＝0，R＝30Ω. 由閉合電路歐姆定律，E＝I(R＋r＋rg)， 可解得I＝0.375 A， 即該秤零刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤的0.375 A刻度處． (3)由E＝I(R＋r＋rg)和R＝30－0.01 F可得： E＝I(30－0.01F＋r＋rg)． 將電動勢E＝12 V、內(nèi)阻r＝1Ω、電流表內(nèi)阻rg＝1Ω代入化簡得：F＝3 200－. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375