2019-2020年高中物理選修(3-2)第三章《認(rèn)識(shí)傳感器-傳感器的原理》word學(xué)案.doc

2019-2020年高中物理選修（3-2）第三章認(rèn)識(shí)傳感器 傳感器的原理word學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解傳感器的概念和種類(lèi)，知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義.2.知道常見(jiàn)敏感元件的工作原理.3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解溫度傳感器、光電傳感器的工作原理，感悟基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用的重要性1電阻率是反映材料導(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.2平行板電容器的電容C.3當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，帶電粒子受到的洛倫茲力的大小為fqvB，方向由左手定則判斷一、什么是傳感器1傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求2傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成二、傳感器的分類(lèi)傳感器一般按被測(cè)量、工作原理、能量傳遞方式等進(jìn)行分類(lèi)三、兩種重要的傳感器1溫度傳感器：一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的裝置熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的2光電傳感器：一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的傳感器，就是光電傳感器在光照作用下，其導(dǎo)電性能發(fā)生變化，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等一、什么是傳感器及傳感器的分類(lèi)要點(diǎn)提煉1傳感器是把非電學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件認(rèn)識(shí)傳感器就是明確傳感器如何“感受”非電學(xué)量，常見(jiàn)的“感受”方式有改變接入電路的電阻、電容等2傳感器的組成：(如圖1所示，以話筒為例)圖13傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)量進(jìn)行劃分，可分為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負(fù)荷傳感器、扭矩傳感器等(2)按傳感器的工作原理進(jìn)行劃分，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、渦流式傳感器、動(dòng)圈式傳感器、磁電式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器等(3)按能量傳遞方式進(jìn)行劃分，可分為有源傳感器和無(wú)源傳感器兩大類(lèi)二、傳感器的原理問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖2所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？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，指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏要點(diǎn)提煉1溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置2熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大(2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小3光電傳感器是一種將光學(xué)量變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器4光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越小一、對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)例1如圖3是一種測(cè)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(dòng)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(méi)有畫(huà)出)，通過(guò)觀察電壓表示數(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？圖3解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減小；油量減少時(shí)，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在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)減小答案見(jiàn)解析二、對(duì)熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用例2如圖4所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的IU關(guān)系曲線圖圖4(1)為了通過(guò)測(cè)量得到圖示的IU關(guān)系的完整曲線，在圖5甲、乙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_.(電源電動(dòng)勢(shì)為9 V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0100 )圖5(2)在圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 .由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi) V；電阻R2的阻值為_(kāi) .(3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_.解析(1)應(yīng)選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大(或圖乙所示電路不能測(cè)得0附近的數(shù)據(jù))(2)根據(jù)歐姆定律可得I1 A0.036 A所以I2II10.07 A0.036 A0.034 A.由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，當(dāng)I0.034 A34 mA時(shí)，UT5.2 V所以R2 111.8 .答案(1)甲見(jiàn)解析(2)5.2111.8(3)熱敏溫度計(jì)(提出其他實(shí)例，只要合理均對(duì))三、對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用例3(雙選)如圖6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6A電壓表的示數(shù)減小BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大解析當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，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)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A、D項(xiàng)均錯(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(guò)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BC傳感器1(對(duì)電容式傳感器的認(rèn)識(shí))(單選)電容式傳感器是用來(lái)將各種非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而又可推出另一物理量的值如圖7所示是四種電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四種傳感器的作用，下列說(shuō)法不正確的是()圖7A甲圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量角度B乙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量液面高度C丙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力D丁圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量速度答案D解析甲圖角度變化能導(dǎo)致極板正對(duì)面積變化；乙圖液面高度變化能導(dǎo)致極板正對(duì)面積變化；丙圖F變化能導(dǎo)致極板間距變化；丁圖中位置變化導(dǎo)致電介質(zhì)變化所以，甲、乙、丙、丁分別是測(cè)角度、液面高度、壓力、位移的的元件故選D.2(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析)(雙選)如圖8所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)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(kāi)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8A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題組一對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)1(雙選)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將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成光學(xué)量D將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量答案AB解析傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類(lèi)元件故選項(xiàng)A、B對(duì)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)2(單選)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(dòng)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(dòng)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(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，從而使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 ()圖1A距離變化 B正對(duì)面積變化C電介質(zhì)變化 D電壓變化答案A解析振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使振動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)3(單選)有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開(kāi)通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?)A改變濕度 B改變溫度C改變磁場(chǎng) D改變電容答案D解析根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，手靠近干手機(jī)電熱器工作，手撤離后電熱器停止工作，人是一種導(dǎo)體，可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，手靠近時(shí)相當(dāng)于連接一個(gè)電容器，可以確定干手機(jī)內(nèi)設(shè)有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容大小，故D正確；用濕度和溫度來(lái)驅(qū)動(dòng)電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機(jī)是由于溫度、濕度的變化工作就成了室內(nèi)烘干機(jī)4(單選)全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動(dòng)感應(yīng)裝置，該水位自動(dòng)感應(yīng)裝置采用的傳感器是()A溫度傳感器 B壓力傳感器C生物傳感器 D紅外線傳感器答案B解析水位不同，壓力不同，壓力傳感器能將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，B正確題組二對(duì)溫度傳感器、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析5(單選)如圖2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)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是()圖2A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)，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(huì)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(duì)，D錯(cuò)6(單選)如圖3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3AR1兩端的電壓增大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)醮鸢窩解析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正確題組三對(duì)光敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析7(單選)用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過(guò)程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過(guò)程下列屬于這類(lèi)傳感器的是 ()A紅外報(bào)警裝置B走廊照明燈的聲控開(kāi)關(guān)C自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器答案A解析遙控器是利用紅外線傳輸信號(hào)的，故A項(xiàng)正確8(雙選)如圖4所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)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(shuō)法中正確的是 ()圖4A當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)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(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)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(hào)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(hào)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，光敏電阻阻值越小當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)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)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電