2019-2020年高中物理第三章傳感器第12節(jié)傳感器溫度傳感器和光傳感器教學(xué)案教科版選修3.doc

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2019-2020年高中物理第三章傳感器第12節(jié)傳感器溫度傳感器和光傳感器教學(xué)案教科版選修3 1.傳感器通常是把被測(cè)的非電信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信息的器件或裝置。它一般由敏感元件和處理電路組成。 2．敏感元件是傳感器的重要組成部分，它可以分為如下三類：物理類、化學(xué)類、生物類。 3．溫度傳感器有熱雙金屬片溫度傳感器、金屬熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器等。 4．光傳感器是測(cè)量光信號(hào)的傳感器，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。 一、傳感器 1．定義 把被測(cè)的非電信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信息的器件或裝置。 2．組成 一般由敏感元件和處理電路組成。 (1)敏感元件：將要測(cè)量的非電信息變換為易于測(cè)量的物理量，形成電信號(hào)的元件。 (2)處理電路：將敏感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量的電路。 3．敏感元件的原理 (1)物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應(yīng)。 (2)化學(xué)類：基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 (3)生物類：基于酶、抗體和激素等分子識(shí)別功能。 二、溫度傳感器 1．分類 (1)熱雙金屬片溫度傳感器。 (2)熱電阻傳感器。 (3)熱敏電阻傳感器。 ①NTC型：電阻值隨溫度升高而減小。 ②PTC型：電阻值隨溫度升高而增大。 2．作用 將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化，通過(guò)測(cè)量傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。 3．熱敏電阻的熱敏特性 (1)實(shí)驗(yàn)探究 ①實(shí)驗(yàn)器材：熱敏電阻(正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù))、燒杯、水、酒精燈、歐姆表、開(kāi)關(guān)、溫度計(jì)。 ②實(shí)驗(yàn)裝置：如圖311所示。 圖311 ③實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理：用酒精燈加熱，測(cè)出水中各溫度下歐姆表的讀數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出Rt圖像。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。 三、光傳感器 1．原理 某些金屬或半導(dǎo)體材料，在電路中受到光照時(shí)，產(chǎn)生電流或電壓，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。 2．作用 感知光線的變化或場(chǎng)景的變換，使“機(jī)器”作出反應(yīng)。 3．應(yīng)用 (1)光電式煙塵濃度計(jì) 圖312 (2)光電式轉(zhuǎn)速表 圖313 1．自主思考——判一判 (1)傳感器就是指敏感元件。() (2)傳感器能把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成非電信號(hào)。() (3)家庭用的電視機(jī)遙控器屬于紅外線遙控。(√) (4)有光照射時(shí)，光敏電阻的阻值變大。() (5)熱敏電阻在溫度升高時(shí)阻值變小。(√) (6)金屬熱電阻在溫度升高時(shí)阻值變小。() 2．合作探究——議一議 (1)將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量有何意義？ 提示：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制。 (2)醫(yī)院里給病人測(cè)體溫時(shí)，使用一種先進(jìn)的非接觸式紅外測(cè)溫儀，這種測(cè)溫儀使用了溫度傳感器還是光傳感器？與傳統(tǒng)測(cè)溫儀相比，它有什么優(yōu)點(diǎn)？ 提示：使用了紅外線傳感器即光傳感器，與傳統(tǒng)測(cè)溫儀相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)： 第一：可以遠(yuǎn)距離測(cè)量，不必接觸被測(cè)人體，避免交叉感染。 第二：可以立即獲取溫度數(shù)據(jù)。 (3)熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而下降？ 提示：不是。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度升高時(shí)電阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度升高時(shí)電阻值減小。 對(duì)傳感器的理解 1．傳感器的結(jié)構(gòu)框圖 2．傳感器的分類 物理型傳感器 化學(xué)型傳感器 生物型傳感器 敏感元件 被測(cè)物理量變化時(shí)，敏感元件的電學(xué)量(如電阻、電壓、電容等)會(huì)發(fā)生明顯變化 敏感元件能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 工作原理 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出相關(guān)的信息 利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息 利用生物體組織的各種生物、化學(xué)與物理效應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息 實(shí)例 如電容傳感器、電感傳感器、光電傳感器、壓電傳感器等 如氣敏傳感器、濕敏傳感器等 如免疫傳感器、抗原抗體傳感器、酶?jìng)鞲衅鞯? 1．當(dāng)你走近某些賓館、酒店的大門時(shí)，門就會(huì)自動(dòng)為你打開(kāi)；當(dāng)你走進(jìn)門之后，門又在你身后自動(dòng)關(guān)上。你覺(jué)得這可能是將下列哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息(　　) A．溫度　　　　　　　　 　B．運(yùn)動(dòng) C．人 D．光線 解析：選D　自動(dòng)門的自動(dòng)控制要求靈敏、可靠，若以溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動(dòng)門將無(wú)法使用。自動(dòng)門實(shí)際使用的是紅外線傳感器，紅外線不屬于可見(jiàn)光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動(dòng)控制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)門。故選項(xiàng)D正確。 2. (多選)如圖314所示，干簧管放在磁場(chǎng)中時(shí)兩個(gè)舌簧能被磁化。關(guān)于干簧管，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖314 A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用 B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的 C．干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用 D．干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 解析：選CD　干簧管能感知磁場(chǎng)，因?yàn)閮蓚€(gè)舌簧由軟磁性材料制成，當(dāng)周圍存在磁場(chǎng)時(shí)，兩個(gè)舌簧被磁化，就會(huì)相互吸引，所以是作開(kāi)關(guān)來(lái)使用、作為控制元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控 制的。 3．有一種叫含羞草的植物，只要用手指輕輕一觸它的葉子，葉子便會(huì)馬上卷起來(lái)。它能否作為生物傳感器使用？為什么？ 解析：傳感器是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置。含羞草能感知到輕微的振動(dòng)，并作出較大的反應(yīng)，卷起葉子，如果將含羞草的這種反應(yīng)進(jìn)行拾取，再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并用于控制，則含羞草可以作為生物傳感器使用。 答案：見(jiàn)解析 溫度傳感器的理解及應(yīng)用 1．熱雙金屬片溫度傳感器 原理 利用了不同金屬材料的熱膨脹系數(shù)不同 結(jié)構(gòu) 將兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片焊接或軋制成為一體 應(yīng)用 ①控制電路的通斷?、谟迷跍囟瓤刂蒲b置中 ③保護(hù)電機(jī) 2．熱電阻傳感器 原理 利用了金屬的電阻隨溫度的變化而變化。R＝R0(1＋θt)，其中θ為溫度系數(shù)，R0為t＝0 ℃時(shí)導(dǎo)體的電阻 特點(diǎn) ①性能穩(wěn)定　②可在較大的溫度范圍內(nèi)工作 應(yīng)用 ①測(cè)溫?、跍y(cè)流體的流量 3．熱敏電阻 分類 ①負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)：電阻值隨溫度升高而減小。 ②正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)：電阻值隨溫度升高而增大。 特點(diǎn) 對(duì)溫度變化的響應(yīng)敏感、靈敏度高 應(yīng)用 測(cè)溫、溫度控制或過(guò)熱保護(hù) [典例]　半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，經(jīng)常利用半導(dǎo)體的這一特性來(lái)制作傳感器，如圖315所示是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖，其中R3為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器。值班室的顯示器為電路中的電流表，a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R3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(　　) 圖315 A．I變大，U變大 B．I變大，U變小 C．I變小，U變小 D．I變小，U變大 [思路點(diǎn)撥]　根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)及閉合電路的歐姆定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 [解析]　當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)，熱敏電阻R3的阻值減小，則外電路總電阻減小；由閉合電路歐姆定律可知，電路中總電流將增大；由U＝E－Ir可知，路端電壓減小，則圖中報(bào)警器兩端的電壓U將減小；因總電流增大，則R1兩端的電壓增大，并聯(lián)部分的電壓減小，則可知流過(guò)R2中的電流I減小，故選項(xiàng)C正確。 [答案]　C 根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特點(diǎn)，利用串、并聯(lián)電路的動(dòng)態(tài)分析思路，可解此類問(wèn)題，熱敏電阻相當(dāng)于滑動(dòng)變阻器(可變電阻)?！　　　? 1. (多選)如圖316所示，電源內(nèi)阻不可忽略，R1為半導(dǎo)體熱敏電阻，它的電阻隨溫度的升高而減小，R2為錳銅合金制成的可變電阻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)燈泡L的亮度逐漸變暗時(shí)，可能的原因是(　　) 圖316 A．R1的溫度逐漸降低 B．R1的溫度逐漸升高 C．R2的阻值逐漸減小 D．R2的阻值逐漸增大 解析：選AC　當(dāng)R1的溫度逐漸降低時(shí)，電阻增大，所以總電阻增大，總電流就減小，電源內(nèi)阻所占電壓減小，并聯(lián)部分電壓增大，所以通過(guò)R2的電流變大，而總電流減小，所以通過(guò)燈泡的電流減小，故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)R2的阻值逐漸增大時(shí)，總電阻增大，總電流就減小，電源內(nèi)阻所占電壓減小，并聯(lián)部分電壓增大，所以通過(guò)燈泡L的電流就增大，反之，若R2的阻值逐漸減小，則通過(guò)燈泡L的電流減小，故D錯(cuò)誤，C正確。 2.如圖317所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(　　) 圖317 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)? 解析：選C　R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，R2電阻增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)。 光傳感器的理解及應(yīng)用 [典例]　如圖318所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED的距離不變，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖318 A．當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率增大 B．當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率減小 C．當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率可能不變 D．無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，燈泡消耗的功率都不變 [思路點(diǎn)撥]　解答本題時(shí)應(yīng)弄清以下兩點(diǎn)： (1)發(fā)光二極管發(fā)光的強(qiáng)度與通過(guò)發(fā)光二極管的電流大小的關(guān)系； (2)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)弱變化的特點(diǎn)。 [解析]　當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，流過(guò)發(fā)光二極管的電流增大，發(fā)光二極管發(fā)出的光增強(qiáng)，光敏電阻的阻值減小，流過(guò)燈泡的電流增大，燈泡消耗的功率增大，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管所在支路的電阻增大，電流減小，發(fā)光二極管發(fā)出的光減弱，光敏電阻的阻值增大，流過(guò)燈泡的電流減小，燈泡消耗的功率減小，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 [答案]　A (1)在光傳感器中將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的敏感元件是光敏電阻。 (2)光敏電阻是由半導(dǎo)體材料做成的，其電阻值隨光照強(qiáng)度的增大而明顯減小，因此光敏電阻阻值的變化可以反映光照強(qiáng)弱?！　　　? 1．(多選)計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號(hào)，激光掃描光盤時(shí)，激光頭利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來(lái)的脈沖信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息。光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖319所示，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(　　) 圖319 A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓 B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓 C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次 D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次 解析：選BD　當(dāng)光敏電阻有光照射時(shí)，電阻減小，故當(dāng)有光照射R1時(shí)，R1減小，則電阻R2上的電壓變大，故處理系統(tǒng)獲得高電壓，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次，故C錯(cuò)，D正確。 2.在如圖3110所示的電路中，E為電源，其內(nèi)阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，R1、R2為定值電阻，R3為光敏電阻，其阻值大小隨所受照射光強(qiáng)度的增大而減小，○為理想電壓表。若將照射R3的光的強(qiáng)度減弱，則(　　) 圖3110 A．電壓表的示數(shù)變大 B．小燈泡消耗的功率變小 C．通過(guò)R2的電流變小 D．電源內(nèi)阻的電壓變大 解析：選B　光敏電阻光照減弱，故光敏電阻的阻值增大，電路中的總電阻增大；由閉合電路歐姆定律可得，電路中電流減小，故R1兩端的電壓減小，故A錯(cuò)誤；由并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，流過(guò)燈泡的電流一定減小，故由P＝I2R可知，小燈泡消耗的功率變小，故B正確；因電路中電流減小，故電源內(nèi)阻的電壓減小，路端電壓增大，同時(shí)R1兩端的電壓減小，故并聯(lián)電路部分電壓增大；則流過(guò)R2的電流增大，故C、D錯(cuò)誤。 電容式傳感器的原理及應(yīng)用 1．原理 電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。 2．應(yīng)用 用來(lái)測(cè)定角度θ的電容式傳感器 當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況 測(cè)定液面高度h的電容式傳感器 在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積S發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況 測(cè)定壓力F的電容式傳感器 待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況 是測(cè)定位移x的電容式傳感器 隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況 [典例]　如圖3111甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的電容式速度傳感器原理圖，其中上板為固定極板，下板為待測(cè)物體。在兩極板間電壓恒定的條件下，極板上所帶電荷量Q將隨待測(cè)物體的上下運(yùn)動(dòng)而變化。若Q隨時(shí)間t的變化關(guān)系為Q＝(a、b為大于零的常數(shù))，其圖像如圖乙所示，那么圖丙、圖丁中能反映極板間場(chǎng)強(qiáng)大小E和物體的速率v隨時(shí)間t變化的圖線可能是(　　) 圖3111 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ [解析]　因?yàn)閮蓸O板間電壓恒定，由Q＝CU和極板上所帶電荷量Q隨時(shí)間t的變化關(guān)系可知，電容C隨時(shí)間t變化的關(guān)系類似于電荷量Q隨時(shí)間t的變化關(guān)系，而帶電平行板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度E與平行板上的帶電荷量Q成正比，所以圖丙所示中反映極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小E的圖線可能是②；由Q＝和Q＝CU可知，C∝，又平行板電容器的電容C與兩極板之間的距離d成反比，所以d∝(t＋a)，因此物體的速率v隨時(shí)間t變化的圖線可能是圖丁中的③。故正確選項(xiàng)為C。 [答案]　C 求解含傳感器的電路時(shí)，首先必須弄清楚傳感器的工作原理，其次要看懂電路結(jié)構(gòu)，在討論動(dòng)態(tài)變化的時(shí)候，關(guān)鍵是抓住不變量，結(jié)合公式C＝及C＝綜合分析?！　　　? 1.如圖3112所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜表面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，金屬板和振動(dòng)膜上的金屬層構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其他量發(fā)生變化，聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器(　　) 圖3112 A．兩板間的距離變化 B．兩板的正對(duì)面積變化 C．兩板間的介質(zhì)變化 D．兩板間的電壓變化 解析：選A　振動(dòng)膜前后振動(dòng)，金屬層和金屬板之間的距離發(fā)生變化，導(dǎo)致電容變化，故A正確。振動(dòng)膜前后振動(dòng)，金屬層和金屬板正對(duì)面積沒(méi)有變化，故B錯(cuò)誤。金屬層和金屬板之間電介質(zhì)是空氣，沒(méi)有變化，不會(huì)導(dǎo)致電容變化，故C錯(cuò)誤。電容與電壓無(wú)關(guān)，電壓的變化不會(huì)導(dǎo)致電容變化，故D錯(cuò)誤。 2.傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖3113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)壓力作用于膜片電極上時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3113 ①若F向下壓膜片電極，電路中有從a到b的電流； ②若F向下壓膜片電極，電路中有從b到a的電流； ③若F向下壓膜片電極，電路中不會(huì)有電流產(chǎn)生； ④若電流表有示數(shù)，說(shuō)明壓力F發(fā)生變化； ⑤若電流表有示數(shù)，說(shuō)明壓力F不會(huì)發(fā)生變化。 A．②④　　　　　　　 　B．①④ C．③⑤ D．①⑤ 解析：選A　在電容器、電流表和電源串聯(lián)成閉合電路中，電容器兩極板間電壓U不變，當(dāng)F向下壓膜片電極時(shí)，電容器極板間距d變小，由C＝知，電容器電容C變大，根據(jù)Q＝CU知，極板帶電量將增大，電容器充電，電路中有從b到a的電流，說(shuō)法②正確；若電流表有示數(shù)，說(shuō)明電容器有充放電，極板帶電量發(fā)生變化，根據(jù)Q＝CU知，電容器電容C發(fā)生變化，從而判斷出作用在可動(dòng)膜片電極上的壓力F發(fā)生變化，說(shuō)法④正確。故A項(xiàng)正確。 3．圖3114為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路。當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)。在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)(　　) 圖3114 A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不動(dòng) D．向左偏到某一刻度后不動(dòng) 解析：選A　壓力F作用時(shí)，極板間距d變小，由C＝知電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU得，極板帶電量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流表中有由正接線柱流入的電流，所以指針將向右偏，充電結(jié)束后，指針回到零刻度，A正確。 1．下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法正確的是(　　) A．話筒是一種常用的傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào) B．在天黑樓道里出現(xiàn)聲音時(shí)，樓道里的燈才亮，說(shuō)明它的控制電路中只有聲音傳感器 C．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電阻大小變化 D．電子秤中所使用的測(cè)力裝置是溫度傳感器 解析：選C　話筒是一種常用的傳感器，其作用是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，故A錯(cuò)誤。在天黑樓道里出現(xiàn)聲音時(shí)，樓道里的燈才亮，說(shuō)明它的控制電路中既有聲音傳感器，又有光傳感器，故B錯(cuò)誤。光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電阻大小變化，故C正確。電子秤中所使用的測(cè)力裝置是壓力傳感器，故D錯(cuò)誤。 2．下列應(yīng)用了溫度傳感器的是(　　) A．商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門 B．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈 C．自動(dòng)恒溫冰箱 D．樓梯口在夜間有聲音時(shí)就亮的燈 解析：選C　商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門是應(yīng)用了紅外線傳感器，A錯(cuò)誤；夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈是利用了光傳感器，B錯(cuò)誤；自動(dòng)恒溫冰箱是利用了溫度傳感器，C正確；夜間有聲音時(shí)就亮的樓梯燈是利用了聲音傳感器，D錯(cuò)誤。 3.如圖1所示，在電路中接一段鎢絲，閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時(shí)燈泡亮度明顯變暗，根據(jù)鎢絲的上述特性，可用鎢絲來(lái)制作一個(gè)溫度傳感器，下面的說(shuō)法中不正確的是(　　) 圖1 A．該傳感器利用了鎢絲的物理性質(zhì) B．該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的特性 C．該傳感器能夠把熱學(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電阻) D．該傳感器能夠把電學(xué)量(電阻)轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量(溫度) 解析：選D　由題目中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，利用該特性可以制成溫度傳感器，傳感器能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。故A、B、C正確，D錯(cuò)誤。 4．(多選)已知磁敏電阻在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)電阻很小，有磁場(chǎng)時(shí)電阻變大，并且磁場(chǎng)越強(qiáng)阻值越大，為探測(cè)磁場(chǎng)的有無(wú)，利用磁敏電阻作為傳感器設(shè)計(jì)了如圖2所示電路，電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r不變，在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)調(diào)節(jié)變阻器R使電燈L正常發(fā)光，若探測(cè)裝置從無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，則(　　) 圖2 A．電燈L變亮　　　　　 　B．電燈L變暗 C．電流表示數(shù)減小 D．電流表示數(shù)增大 解析：選AC　探測(cè)裝置從無(wú)磁場(chǎng)區(qū)進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，電阻變大，則電路的總電阻變大，根據(jù)I＝可知總電流變小，所以電流表的示數(shù)減小，根據(jù)U＝E－Ir，可知I減小，U增大，所以燈泡兩端的電壓增大，所以電燈L變亮，故A、C正確。 5. (多選)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖3是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么(　　) 圖3 A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小 B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大 C．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 解析：選BC　當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，板間距離減小，由電容的決定式C＝得到，電容器的電容將增大，故A錯(cuò)誤，B正確。當(dāng)F變化時(shí)，電容變化，而板間電壓不變，由Q＝CU，故帶電荷量Q發(fā)生變化，電容器將發(fā)生充、放電現(xiàn)象， 回路中有電流，電流計(jì)有示數(shù)。反之，電流計(jì)有示數(shù)時(shí)，壓力F必發(fā)生變化。故C正確，D錯(cuò)誤。 6．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖4甲中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9.0 V，內(nèi)電阻可忽略不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值R隨溫度t的變化關(guān)系如圖乙的Rt圖線所示。閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時(shí)，電流表的示數(shù)I1＝2 mA，當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6 mA時(shí)，熱敏電阻R的溫度是(　　) 圖4 A．60 ℃ B．120 ℃ C．100 ℃ D．240 ℃ 解析：選B　由圖乙查得，當(dāng)溫度等于20 ℃時(shí)，R的阻值為R1＝4 kΩ。 當(dāng)電流表示數(shù)為I1＝2 mA時(shí)，E＝I1(Rg＋R1)， 當(dāng)電流表示數(shù)為I2＝3.6 mA時(shí)，設(shè)熱敏電阻R的阻值為R2，則E＝I2(Rg＋R2)， 解得Rg＝0.5 kΩ，R2＝2 kΩ。 由圖乙查得，當(dāng)R的阻值為R2＝2 kΩ時(shí)，溫度等于120 ℃。故B對(duì)。 7.如圖5所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b通過(guò)導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若聲源S做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則(　　) 圖5 A．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變 B．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，a、b板間所帶電荷量不變 C．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流 D．a(chǎn)向右的位移最大時(shí)，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大 解析：選D　由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓U保持不變，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)E＝，C＝可判斷A錯(cuò)、D對(duì)。再由Q＝CU可知，B錯(cuò)。由于Q變化，電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，C錯(cuò)。 8. (多選)如圖6所示，Rt為熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動(dòng)勢(shì)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6 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 解析：選AC　熱敏電阻溫度升高，其阻值減小，外電路的總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，則通過(guò)光敏電阻的電流減小，則通過(guò)R3的電流增大，電壓表的示數(shù)增大，A正確；熱敏電阻溫度降低時(shí)，其阻值增大，外電路總電阻增大，總電流減小，路端電壓隨之增大，通過(guò)光敏電阻的電流增大，所以通過(guò)熱敏電阻的電流減小，電壓表的示數(shù)減小，B錯(cuò)誤；光照減弱，光敏電阻的阻值增大，外電路總電阻增大，路端電壓增大，則電壓表的示數(shù)增大，C正確；光照增強(qiáng)，光敏電阻的阻值減小，外電路總電阻減小，路端電壓減小，則電壓表的示數(shù)減小，D錯(cuò)誤。 9. (多選)霍爾式位移傳感器的測(cè)量原理如圖7所示，有一個(gè)沿z軸方向均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝B0＋kz(B0、k均為常數(shù))。將霍爾元件固定在物體上，保持通過(guò)霍爾元件的電流I不變(方向如圖)，當(dāng)物體沿z軸正方向平移時(shí)，由于位置不同，霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢(shì)差U也不同。則(　　) 圖7 A．B越大，上、下表面的電勢(shì)差U越大 B．k越大，傳感器靈敏度越高 C．圖中霍爾元件的上板電勢(shì)可能比下板電勢(shì)高 D．電流越大，上、下表面的電勢(shì)差U越小 解析：選ABC　電流強(qiáng)度不變就是電荷定向運(yùn)動(dòng)的速度v保持不變，最后導(dǎo)體內(nèi)部的帶電粒子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力相等，即Bqv＝Eq，最終上下兩板間的電勢(shì)差U＝Ed＝Bdv，因此B越大，上、下表面的電勢(shì)差U越大，A正確；電流大，表示電荷運(yùn)動(dòng)的速度越大，U也越大，D錯(cuò)誤；而傳感器靈敏度＝kdv，因此k越大，傳感器靈敏度越高，B正確；當(dāng)導(dǎo)電的電荷為正電荷時(shí)，根據(jù)左手定則，可知下極板電勢(shì)高，當(dāng)導(dǎo)電的電荷為負(fù)電荷時(shí)，可知下極板電勢(shì)低，C正確。 10．(多選)有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理如圖8虛線內(nèi)所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)。設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì)，已知理想電流表的量程為3 A，電源電動(dòng)勢(shì)為12 V，內(nèi)阻為2 Ω，電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R＝30－0.02 F(F和R的單位分別是N和Ω)。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖8 A．該秤能測(cè)量的最大體重是1 400 N B．該秤能測(cè)量的最大體重是1 300 N C．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0.375 A處 D．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0.400 A處 解析：選AC　因?yàn)槔硐腚娏鞅淼牧砍虨? A，所以電路中允許的最大電流為3 A，因此根據(jù)閉合電路歐姆定律，壓力傳感器的最小電阻應(yīng)滿足R＋2＝，R最小為2 Ω，代入R＝30－0.02F，求出最大F＝1 400 N，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)F＝0時(shí)，R＝30 Ω，這時(shí)電路中的電流I＝ A＝0.375 A，C正確，D錯(cuò)誤。 11．某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性?，F(xiàn)用直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測(cè)熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線連成如圖9所示的實(shí)物圖。 圖9 (1)實(shí)驗(yàn)的主要步驟： ①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電 流值； ②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開(kāi)關(guān)，________，________，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。 ③重復(fù)第②步操作若干次，測(cè)得多組數(shù)據(jù)。 (2)實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖10所示的Rt關(guān)系圖線，請(qǐng)根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt關(guān)系式：R＝________＋________ t(Ω)(保留3位有效數(shù)字)。 圖10 解析：(1)因本實(shí)驗(yàn)是探究熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，所以實(shí)驗(yàn)需要測(cè)出熱敏電阻的阻值及相應(yīng)的溫度，熱敏電阻的阻值用R＝間接測(cè)量，故需要記錄的數(shù)據(jù)是溫度計(jì)的示數(shù)和電壓表的示數(shù)。 (2)設(shè)熱敏電阻R＝R0＋kt，k＝＝0.400。由圖乙知，溫度為10 ℃時(shí)，熱敏電阻R＝104 Ω，則R0＝R－kt＝(104－0.40010)Ω＝100 Ω，所以R＝100＋0.400t(Ω)。 答案：(1)記錄溫度計(jì)的示數(shù)　記錄電壓表的示數(shù) (2)100　0.400 12．在開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的過(guò)程中，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)利用線圈測(cè)量轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的裝置，如圖11所示，在輪子的邊緣貼上一個(gè)小磁體，將小線圈靠近輪邊放置，接上數(shù)據(jù)采集器和電腦(即DIS實(shí)驗(yàn)器材)。如果小線圈的面積為S，匝數(shù)為N，小磁體附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為B，小線圈所在回路的總電阻為R，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輪子轉(zhuǎn)過(guò)θ角，小線圈的磁通量由最大值變?yōu)榱?。因此，他認(rèn)為只要測(cè)得此過(guò)程感應(yīng)電流的平均值I，就可以測(cè)出轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的大小。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)計(jì)算對(duì)該同學(xué)的結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià)。 圖11 解析：該同學(xué)的結(jié)論正確。 設(shè)轉(zhuǎn)輪的角速度和轉(zhuǎn)速分別為ω、n，輪子轉(zhuǎn)過(guò)θ角所需時(shí)間為Δt，通過(guò)線圈的磁通量的變化量為ΔΦ，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為E。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝N＝N，由閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流的平均值I＝ 又Δt＝，n＝ 聯(lián)立以上各式可得n＝，由此可見(jiàn)，該同學(xué)的結(jié)論是正確的。 答案：見(jiàn)解析