2018-2019學(xué)度高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版3-2學(xué)案：第三章2溫度傳感器和光傳感器

1、2018-2019學(xué)度高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版3-2學(xué)案：第三章2溫度傳感器和光傳感器一、溫度傳感器1 .作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.2.常見的溫度傳感器（1）熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時(shí)，雙金屬片變形，可生 制電路的通斷.應(yīng)用：日光燈啟動(dòng)器，電機(jī)、電冰箱保護(hù)等 （2）熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當(dāng)外界溫度t發(fā)生變化時(shí)，其電阻值按R= Ro（1+。）的規(guī)律變化（。為溫度系數(shù)，R0為t=0C時(shí)導(dǎo)體的電阻）.應(yīng)用：測(cè)溫度、測(cè)流量等.（3）熱敏電阻傳感器原理：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化,其熱敏特性在上節(jié)已有探

2、究應(yīng)用：測(cè)量、溫度控制或過熱保護(hù)等.分類：正溫度系數(shù)的熱敏電阻 （PTC）,它的電阻隨溫度升高而增大 .負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（NTC）,它的電阻隨溫度的升高而減小 .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減小？【例1】傳感器在日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，溫度傳感器（實(shí)質(zhì)是自動(dòng)開關(guān)）是其中的一種.某一食品消毒柜就是利用溫度傳感器來自動(dòng)控制電路的.常溫下，該溫度傳感器是閉合的；當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器自動(dòng)斷開，從而切斷整個(gè)電路.下列關(guān)于該消毒柜的 幾種電路圖中（圖中S為電源開關(guān)），連接正確的是（）解析 A電路中，當(dāng)溫度升高到某一設(shè)定值時(shí)，電路會(huì)斷開； B

3、、C、D電路中，溫度升高到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器會(huì)斷開，但整個(gè)電路不會(huì)斷開. 電源開關(guān)S閉合后，消毒柜開始工作，當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，傳感器自動(dòng)斷開，整個(gè)電路也斷開，所以 A選項(xiàng)正確.二、光傳感器1 .光電傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類傳感器，一般以光敏電阻為主要元件，因?yàn)?光敏電阻電阻值隨光照增強(qiáng)而減光敏電阻連接到電路中時(shí)，光照改變就會(huì)引起電路中 其他電學(xué)量的改變，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 2 .應(yīng)用：光電式煙塵濃度計(jì)、光電式轉(zhuǎn)速表例3 如圖 1 所示為光電式煙塵濃度計(jì)的原理圖，試說明其工作原理.圖1解析 光源 1 發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強(qiáng)度相等的光線.一路光線直接到達(dá)光電

4、轉(zhuǎn)換電路7 上， 產(chǎn)生作為被測(cè)煙塵濃度的參比信號(hào).另一路光線經(jīng)反射鏡4 穿過被測(cè)煙塵5 到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6 上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6 的光就越弱.兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U1、 U 2，如果U1= U2,說明被測(cè)的光路上沒有煙塵，相反，如果 Ui、U2相差較大，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測(cè)煙塵的濃度.4 如圖2所示，Ri、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)（）圖2A. 電壓表的示數(shù)增大B.R2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)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3 阻值減小

5、，外電路總電阻隨R3 的減小而減小，R1 兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A 項(xiàng)正確， D 項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，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小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故 C 項(xiàng)正確 .解決含有熱敏電阻、光敏電阻的直流電路動(dòng)態(tài)分析問題：（1）明確熱敏電阻、光敏電阻的電阻特性；增大增大減小增大I 分 的變化（2）解題思路：R局 -R總 I總 fU端 ？減小減小增大減小 U分的變化1.（溫度傳感器的應(yīng)用）（多選）如圖3所示為電阻R隨溫度t變化的圖線，下列說法中

6、正確的是 ()A. 圖線1 是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B. 圖線2 是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C. 圖線1 的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高D.圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高2 .（溫度傳感器的應(yīng)用）圖4是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖.其中R2為用負(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（）圖4A. 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處出現(xiàn)火情，溫度升高，R2減小，導(dǎo)致

7、R2兩端電壓減小，通過 R3的電流減小，路端電壓 U 減小 .3 .（光傳感器的應(yīng)用）街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，它們是利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(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（）B. 光敏性A. 壓敏性C. 熱敏性D. 三種特性都利用解析 街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷.4 .（光傳感器的應(yīng)用）如圖5 所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖： 罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 、 光電三極管和不透明的擋板.平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列

8、說法正確的是（）圖5A. 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)B. 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)C. 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小， 發(fā)出警報(bào)D.以上說法均不正確解析 由報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，故C 對(duì) .題組一溫度傳感器1 (多選)關(guān)于電飯鍋的說法正確的是()A .電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵B 鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時(shí)失去鐵磁性C.用電

9、飯鍋燒水，水開時(shí)能自動(dòng)斷電D 用電飯鍋煮飯時(shí)，若溫控開關(guān)自動(dòng)斷電后，它不能自動(dòng)復(fù)位解析 電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A 錯(cuò)， B 選項(xiàng)正確；因水開時(shí)溫度約為 100 ，達(dá)不到居里溫度，故不能自動(dòng)斷電，則選項(xiàng)C 錯(cuò)；溫控開關(guān)只能手動(dòng)閉合，故D正確2 .在防治“非典”期間，在機(jī)場、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測(cè)出經(jīng)過它時(shí)的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播.關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是()A. 選擇紅外線進(jìn)行檢測(cè)，主要是因?yàn)榧t外線具有熒光效應(yīng)B. 紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測(cè)的C. 紅外線熱像儀同時(shí)還具有殺菌作用D.一切物

10、體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同解析 紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D 正確 .3 .(多選)在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件， PTC 元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率 p隨溫度t的變化關(guān)系如圖1所示，由于這種特性，使 PTC 元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.以下判斷正確的是()圖1A. 通電后，其電功率先增大后減小B. 通電后，其電功率先減小后增大t1 不變t1 和t2 之間的某一值不變C. 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在D.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在解析 當(dāng)電熱

11、滅蚊器溫度由 0升到tl的過程中，電阻器的電阻率 P隨溫度的升高而減小，其電阻 R 隨之減小，由于加在電熱滅蚊器上的電壓U 保持不變，電熱滅蚊器的電功率P 隨之增大，當(dāng)t=ti時(shí)，P = P1達(dá)到最大.當(dāng)溫度由tl升高到t2的過程中，P增大，R增大，P減??； 而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大， 高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率 P 也就越大；因此在這之間的某一溫度 t3會(huì)有P=P3=P,即電功率 P減小到等于散熱功率 時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng) tP,使溫度自動(dòng)升高到 t3；當(dāng)tt3, P 0D.不能確定解析 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，表針的 偏轉(zhuǎn)

12、角度變小7 .如圖 5 所示，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 間距不變，閉合開關(guān)S 后，下列說法中正確的是（）圖5A. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭P 向左移動(dòng)時(shí)，L 消耗的功率增大B. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭P 向左移動(dòng)時(shí)，L 消耗的功率減小C. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭P 向右移動(dòng)時(shí)，L 消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P,L 消耗的功率都不變解析 當(dāng)滑動(dòng)觸頭P 向左移動(dòng)時(shí)，使其電阻減小，則流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R 的阻值減小，通過燈泡L 的電流增大，則L 消耗的功率增大，A 正確，B、 D錯(cuò)誤；當(dāng)滑動(dòng)觸頭P 向右

13、移動(dòng)時(shí)，可分析出L 消耗的功率變小，C 錯(cuò)誤 .8 .（多選）如圖6 所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，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6A. 當(dāng)有光照射R1 時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B. 當(dāng)有光照射R1 時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓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 光電計(jì)數(shù)器工作原理：當(dāng)有物體擋住射到光敏電阻R1 的光照時(shí)，R1 電阻增大，電路中R2 兩端電壓降低，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，計(jì)數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計(jì)一個(gè)數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)的目的.9.如圖7所示，R3是光敏電阻（光照時(shí)電阻變?。?dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時(shí)， a、b兩點(diǎn)等電勢(shì).當(dāng)用光照射電阻 R3時(shí)，則（）A.a 點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B.a 點(diǎn)電勢(shì)低