2019_2020學(xué)年高中物理6.3實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用學(xué)案（含解析）新人教版選修.docx

3實(shí)驗(yàn):傳感器的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解邏輯集成電路塊、集成電路實(shí)驗(yàn)板,知道各種元器件的性能和引腳關(guān)系.2.了解光控開(kāi)關(guān)電路及控制原理,會(huì)組裝光控開(kāi)關(guān).3.了解溫度報(bào)警器及控制原理,會(huì)組裝溫度報(bào)警器.自主探究1.斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的轉(zhuǎn)換為突變的.斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的,常用符號(hào)表示.2.在邏輯電路中,常把電勢(shì)的高低叫做的高低,“輸出低電平”的意思是,輸出端處于的狀態(tài).合作探究一、光控開(kāi)關(guān)思考討論:如圖所示的光控電路,用發(fā)光二極管LED模仿路燈,RG為光敏電阻,R1的最大電阻為51 k,R2為330 .(1)電路由哪幾部分組成?(2)請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍治鲆幌鹿饪仉娐返墓ぷ髟?(3)要想在天色更暗時(shí)路燈才會(huì)亮,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些?為什么?二、溫度報(bào)警器創(chuàng)設(shè)問(wèn)題:上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了火災(zāi)報(bào)警器,它是利用煙霧對(duì)光的散射作用,使火災(zāi)發(fā)出的光引起光敏電阻的阻值變化,從而達(dá)到報(bào)警目的.既然發(fā)生火災(zāi)時(shí),環(huán)境溫度要升高,我們能不能用溫度傳感器來(lái)做成火災(zāi)報(bào)警器呢?思考討論:觀察溫度報(bào)警器的工作電路圖,思考下列問(wèn)題.(1)電路由哪幾部分組成?(2)請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍治鲆幌聹囟葓?bào)警器的工作原理.(3)要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些?課堂檢測(cè)1.某市為了節(jié)約能源,合理適時(shí)地使用路燈,要求夜晚亮、白天熄,利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制.這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性 B.光敏性C.熱敏性 D.三種特性都利用了2.對(duì)于常見(jiàn)的可燃?xì)怏w濃度的檢測(cè),現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測(cè)器.它的原理如下:傳感器的核心為一惠斯通電橋,其中一橋臂上有催化劑,當(dāng)與可燃?xì)怏w接觸時(shí),可燃?xì)怏w在有催化劑的電橋上燃燒,該橋臂的電阻發(fā)生明顯變化,其余橋臂的電阻不變化,從而引起整個(gè)電路的輸出發(fā)生變化,而該變化與可燃?xì)怏w的濃度成比例,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè).由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為()A.銅 B.合金 C.半導(dǎo)體 D.絕緣體3.如圖所示為電容式聲波傳感器的示意圖,該電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào).該電路中右側(cè)金屬板b固定不動(dòng),左側(cè)是能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a,a、b構(gòu)成了一個(gè)平行板電容器,且通過(guò)導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源正、負(fù)極相接.a隨聲源S振動(dòng)而左右往復(fù)運(yùn)動(dòng).下列有關(guān)分析正確的是()A.a左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,a、b板構(gòu)成的電容器的電容不變B.a左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,b板所帶的電荷量不斷變化C.a左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,a、b板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不斷變化D.a左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,靈敏電流計(jì)中始終有方向不變的電流4.如圖所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖,A為固定的導(dǎo)體芯,B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì),C為導(dǎo)電液體,把傳感器接到圖示電路中,已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同.如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn),則導(dǎo)電液體的深度h變化為()A.正在增大 B.正在減小C.不變 D.無(wú)法確定5.如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈,RG為光敏電阻.A為斯密特觸發(fā)器輸入端,在天黑時(shí)路燈(發(fā)光二極管)會(huì)點(diǎn)亮.下列說(shuō)法正確的是()A.天黑時(shí),Y處于高電平B.天黑時(shí),Y處于低電平C.當(dāng)R1調(diào)大時(shí),天更暗時(shí),燈(發(fā)光二極管)點(diǎn)亮D.當(dāng)R1調(diào)大時(shí),天較亮?xí)r,燈(發(fā)光二極管)就能點(diǎn)亮6.在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)按電路圖將元件安裝完畢后,發(fā)現(xiàn)將裝置置于黑暗環(huán)境中,接通電源,燈泡不發(fā)光,原因可能是()A.二極管兩極接反 B.電阻R與光敏電阻位置顛倒C.電阻R阻值太小 D.燈泡斷路7.如圖是溫度報(bào)警器電路示意圖,下列關(guān)于此電路的分析正確的是()A.當(dāng)RT的溫度升高時(shí),RT減小,A端電勢(shì)降低,Y端電勢(shì)升高,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲B.當(dāng)RT的溫度升高時(shí),RT減小,A端電勢(shì)升高,Y端電勢(shì)降低,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲C.當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)升高,Y端電勢(shì)降低,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲D.當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)降低,Y端電勢(shì)升高,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲8.如圖所示是繼電器的原理圖,當(dāng)在接線柱2、3間接入電源時(shí),電磁鐵便將銜鐵P吸離A而與B接觸,從而達(dá)到控制電路的目的,接線柱與接有電源的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻串接,接線柱與外電路串接,即可在溫度過(guò)高時(shí)切斷外電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的自動(dòng)控制.9.如圖是一個(gè)警報(bào)器裝置的邏輯電路圖,RT是一個(gè)熱敏電阻,低溫時(shí)電阻值很大,高溫時(shí)電阻值很小,R是一個(gè)阻值較小的分壓電阻,A為斯密特觸發(fā)器輸入端.(1)為什么在高溫時(shí)電鈴會(huì)響?(2)為了提高電路的靈敏度,即將報(bào)警溫度調(diào)得低些,那么R的值應(yīng)該大一些還是小一些?10.大多樓道燈具有這樣的功能:天黑時(shí),出現(xiàn)聲音它就開(kāi)啟;而在白天,即使有聲音它也沒(méi)有反應(yīng).(1)控制電路中接入了哪幾種傳感器?(2)從這幾種傳感器來(lái)的信號(hào),應(yīng)通過(guò)哪種門(mén)電路后,再進(jìn)入執(zhí)行電路?11.某同學(xué)用較為精密的儀器測(cè)量光敏電阻的電阻值與光強(qiáng)的關(guān)系,得出下列一組數(shù)據(jù).次數(shù)1234光強(qiáng)/cd3.004.005.006.00電阻/k0.6020.4490.3600.304通過(guò)這組數(shù)據(jù),你能判斷出電阻值R與光強(qiáng)I的關(guān)系嗎?12.在蜂鳴式溫度報(bào)警器電路中,若將RT和R1兩電阻位置互換,R1取適當(dāng)阻值,如圖所示,還能報(bào)警嗎?為什么?參考答案自主探究1.模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)非門(mén)2.電平低電勢(shì)合作探究一、光控開(kāi)關(guān)(1)斯密特觸發(fā)器、光敏電阻、發(fā)光二極管LED模仿路燈、滑動(dòng)變阻器、定值電阻.(2)原理分析:在白天,光強(qiáng)度較大,光敏電阻RG電阻值較小,加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通;當(dāng)天色暗到一定程度時(shí),RG的阻值增大到一定值,斯密特觸發(fā)器的輸入端A端的電壓上升到某個(gè)值(1.6 V),輸出端Y突然從高電平跳到低電平,則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了),這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅,天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的.(3)要想在天色更暗時(shí)路燈才會(huì)亮,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些,這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個(gè)值(1.6 V),就需要RG的阻值達(dá)到更大,即天色更暗.二、溫度報(bào)警器(1)斯密特觸發(fā)器、熱敏電阻、蜂鳴器、滑動(dòng)變阻器、定值電阻.(2)常溫下,調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平,則輸出端Y處于高電平,無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器,蜂鳴器不發(fā)聲;當(dāng)溫度升高時(shí),熱敏電阻RT阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高,當(dāng)達(dá)到某一值(高電平),其輸出端由高電平調(diào)到低電平,蜂鳴器通電,從而發(fā)出報(bào)警聲,R1的阻值不同,則報(bào)警器溫度不同.(3)要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警,應(yīng)該減小R1的阻值.R1阻值越小,要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平,則熱敏電阻阻值要求越小,即溫度越高.課堂檢測(cè)1.B解析:題目中半導(dǎo)體應(yīng)能感知光照強(qiáng)度變化,并輸出電信號(hào),控制電路通斷,所以利用了半導(dǎo)體的光敏性,故B項(xiàng)正確.2.C解析:可燃?xì)怏w燃燒后電阻發(fā)生變化的原因,是由于溫度升高造成的,所以此電阻應(yīng)屬于熱敏電阻,而能夠隨溫度變化其電阻有較明顯變化的材料只可能是選項(xiàng)中的半導(dǎo)體材料,故選C項(xiàng).3.BC解析:由于平行板電容器兩極板與電池兩極始終連接,兩板間的電壓U保持不變,根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=Ud、電容的決定式C=S4kd,可判斷出A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;a、b板所帶電荷量Q=CU,電容C變化,導(dǎo)致Q變化,B項(xiàng)正確;由于聲源S在水平方向做周期性的往復(fù)振動(dòng),電容C不斷變化導(dǎo)致電荷量Q不斷變化,所以電容器出現(xiàn)周期性的充電、放電現(xiàn)象.顯然,電流計(jì)中電流方向不斷變化,D項(xiàng)錯(cuò)誤.4.B解析:由電源極性及電流方向可知,A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小,根據(jù)C=QU,電容C在減小,故正對(duì)面積S減小,即h在減小,B項(xiàng)正確.5.BC解析:天黑時(shí),RG阻值增大到一定值,斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個(gè)值,輸出端Y突然由高電平跳到低電平;R1調(diào)大時(shí),A端電壓降低,只有天更暗時(shí),RG電阻更大時(shí),路燈才點(diǎn)亮,故B、C兩項(xiàng)正確.6.ABD解析:若二極管接反,無(wú)法觸發(fā)晶體管導(dǎo)通,所以A項(xiàng)正確;若電阻R與光敏電阻位置顛倒,則光線較強(qiáng)時(shí),光敏電阻阻值小,電阻R上電壓較高,晶體管獲正向電壓導(dǎo)通;而夜晚時(shí),光敏電阻阻值大,電阻R上電壓較低,無(wú)法觸發(fā)晶體管導(dǎo)通,B項(xiàng)正確;若電阻R阻值太小,光敏電阻會(huì)一直獲較高的正向電壓使晶體管導(dǎo)通,燈泡一直處于發(fā)光狀態(tài),C項(xiàng)錯(cuò)誤;若燈泡斷路時(shí),則不會(huì)發(fā)光,D項(xiàng)正確.7.BC解析:當(dāng)RT溫度升高時(shí),電阻減小,A點(diǎn)電勢(shì)升高到某一數(shù)值,Y端電勢(shì)突然降低,蜂鳴器導(dǎo)通發(fā)出警報(bào),A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)升高到某一數(shù)值,Y端電勢(shì)突然降低,電流通過(guò)蜂鳴器,發(fā)出報(bào)警聲,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.8.解析:A為常閉觸點(diǎn),正常情況下與銜鐵P相吸;B為常開(kāi)觸點(diǎn),正常情況下與銜鐵P分離,因此,1、5與外電路相連,以便加熱.當(dāng)溫度越來(lái)越高時(shí),電磁鐵將銜鐵P吸下,以切斷電路.所以,2、3應(yīng)與接有電源的熱敏電阻相連.答案:2、31、59.解析:(1)熱敏電阻的溫度上升,RT變小,A的電壓低到某一值時(shí),Y會(huì)由低電平跳到高電平,加在電鈴兩端的電壓變大,電鈴響起.(2)若R的值大,由于它的分壓作用,使RT兩端的電壓不太高,則外界溫度不太高時(shí),就能使PX之間電壓降到低電壓輸入,而當(dāng)A的電壓降低到某一值時(shí),Y會(huì)由低電平跳到高電平,加在電鈴兩端的電壓變大,電鈴響起.答案:(1)見(jiàn)解析(2)R的值應(yīng)大一些10.答案:(1)接入了兩種傳感器:光傳感器(通常用的是光敏電阻),聲傳感器(通常用的是微型駐極體話筒).(2)因?yàn)辄c(diǎn)亮樓道燈需要同時(shí)具備兩個(gè)條件