高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用整合 魯科版選修3-2

1、本章整合,專題一,專題二,專題一傳感器的工作原理、常見敏感元件及其應(yīng)用 1.傳感器的工作原理 傳感器感受的通常是非電學(xué)量,如力、熱、磁、光、聲等,而它輸出的通常是電學(xué)量,這些輸出信號(hào)是非常微弱的,通常要經(jīng)過放大后,再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器原理如下面框圖所示。 非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量,專題一,專題二,2.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

2、熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。 (3)壓力傳感器:壓力傳感器在壓力變化時(shí)電阻發(fā)生變化,壓力增大電阻變小,壓力減小電阻增大。 (4)電容:平行板電容器的電容與極板面積、極板間距及電介質(zhì)材料有關(guān),電容器可以感知引起電容變化的任一外界信息,并將其轉(zhuǎn)化為電容變化,例如,當(dāng)極板受力時(shí)會(huì)改變極板間距,從而引起電容變化,專題一,專題二,3.傳感器的應(yīng)用 (1)搞清傳感器的原理及應(yīng)用過程是求解該類問題的關(guān)鍵。 (2)與電路的結(jié)合問題:涉及電路的動(dòng)態(tài)變化問題時(shí)要抓住題目的關(guān)鍵信息及敏感元件的特性,如光強(qiáng)度的變化與光敏電阻的變化,溫度的變化與熱敏電阻的變化,分析的順序同直流電路動(dòng)態(tài)問題分析一樣,先從部分到整體,

3、再到部分。涉及電路的計(jì)算問題時(shí),由于敏感元件變化的特性,所以找準(zhǔn)對應(yīng)時(shí)刻、位置等,把握圖象的信息非常重要,專題一,專題二,例題1圖甲為某一熱敏電阻(電阻伴隨溫度的改變而改變,且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖,1)為了通過測量得到如圖所示I-U關(guān)系的完整曲線,在圖乙和圖丙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖;簡要說明理由:。 (電源電動(dòng)勢為9 V,內(nèi)阻不計(jì),滑動(dòng)變阻器的阻值為0100,專題一,專題二,2)在圖丁電路中,電源電壓恒為9 V,理想電流表讀數(shù)為70 mA,定值電阻R1=250 。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知,熱敏電阻兩端的電壓為 V;電阻R2的阻值為 。 (3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子,專

4、題一,專題二,解析:(1)因?yàn)镮-U曲線電壓是從0開始變化的,所以電路應(yīng)選乙。 (2)因?yàn)镋=9 V,通過R1的電流 =0.036 A=36 mA 由I1+I2=I知I2=I-I1=34 mA。 根據(jù)I-U圖線知,當(dāng)I2=34 mA時(shí),熱敏電阻兩端的電壓為5.2 V,再根據(jù) 知 (3)熱敏電阻可以用于制作熱敏溫度計(jì)。 答案:(1)乙電壓可從0開始變化,調(diào)節(jié)范圍大(2)5.2112.0(111.6112.0均可)(3)熱敏溫度計(jì),專題一,專題二,專題二傳感器在實(shí)際問題中的應(yīng)用 以傳感器為橋梁可以將多方面的物理知識(shí)整合在一起,在實(shí)際問題中既可以直接考查傳感器知識(shí),也可以考查敏感元件的敏感特性,幾種

5、傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識(shí),如下表,專題一,專題二,例題2氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測。它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化,在如圖甲所示的電路中,不同的一氧化碳濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對應(yīng)關(guān)系,觀察儀表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標(biāo),有一種氧化錫傳感器,其技術(shù)資料中給出的是電導(dǎo)(即電阻的倒數(shù))濃度曲線如圖乙,請判斷圖丙中,電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是(,專題一,專題二,解析:當(dāng)一氧化碳濃度增大時(shí),傳感器的電導(dǎo)增大,電阻R傳減小,由閉合電路歐姆 定律知,電路中的電流 增大,電壓表的示數(shù)U0=IR0= 增大,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;由題圖知,傳感器的電導(dǎo)與濃度成正比,傳感器的電阻R傳與