培優(yōu)生-教師用--傳感器的原理及應(yīng)用

1、中國領(lǐng)先的個性化教育品牌講義編號： 傳感器的原理及應(yīng)用知識梳理（一）傳感器1. 傳感器是指能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。2. 傳感器的作用：傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。3. 傳感器是由敏感元件、電子線路與控制線路等組成的 （二）光敏電阻1. 光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。2. 光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子

2、增多，導(dǎo)電性能變好。3. 光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。 （三）熱敏電阻和金屬熱電阻1. 金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好。2. 熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。3. 熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠?qū)釋W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。 電容式傳感器能夠把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量。 （四）霍爾元件在勻強(qiáng)磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電

3、流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元件?；魻栯妷海錄Q定式為。式中為薄片的厚度，為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。一個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持I不變，則UH的變化就與B成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。（五）傳感器應(yīng)用的一般模式 傳感器的應(yīng)用：力傳感器的應(yīng)用電子秤應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量 聲傳感器的應(yīng)用話筒1. 話筒的作用是把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。2. 動圈式話筒的

4、工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。3. 電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電，當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓.優(yōu)點(diǎn)：保真度好。4. 駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜。優(yōu)點(diǎn)：體積小

5、，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場中，在前后兩個表面上會分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象，某些電介質(zhì)在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會長期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體。 溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗溫度傳感器能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的，電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。電熨斗是裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷 實驗一、光控開關(guān)1. 光控開關(guān)工作原理：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

6、，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，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值（1.6V），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，天暗自動開啟的目的。要想在天更暗時路燈才會亮：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)到某個值（如1.6V），就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗時路燈才會亮。2. 電磁繼電器的工作原理：當(dāng)線圈 A中通電時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵B向下運(yùn)動，從而帶動動觸點(diǎn)D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為

7、零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點(diǎn)D與E分離，自動切斷工作電路。3. 控制電路的工作原理：天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端 Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅。實驗二、溫度報警

8、器。溫度報警器的工作原理：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，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平），其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲。Rl的阻值不同，則報警溫度不同。要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應(yīng)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。典型例題例1 如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是（ &

9、#160;  ）A. 當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B. 當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C. 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D. 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次解析：1. 光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，這樣光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻大小這個電學(xué)量。2. 光敏電阻的電阻隨光照的增強(qiáng)而減小。3. 光電計數(shù)器工作原理：當(dāng)有物體擋住射到光敏電阻R1的光照時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，

10、從而達(dá)到自動計數(shù)目的。答案：AC點(diǎn)評：光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度升高時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。 例2 有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是（    ）A. 置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B. 置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻

11、C. 用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D. 用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻解析：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。答案：AC 例3 如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？分析：當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動時，運(yùn)動電荷在洛倫茲力作用下，分別

12、向?qū)w上、下表面聚集，在導(dǎo)體中形成電場，其中上表面帶負(fù)電，電勢低，隨著正、負(fù)電荷不斷向下、上表面積累，電場增強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)動電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時，即qEqvB時，電荷將不再向上或向下偏轉(zhuǎn)，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓。解：因為自由電荷為電子，故由左手定則可判定電子向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余等量的正電荷，故下表面電勢高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U，即又因為導(dǎo)體中的電流故點(diǎn)評：（1）判斷電勢高低時注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷。（2）由以上計算得上、下兩表面間的電壓穩(wěn)定時，其中n為單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，e為電子電荷量，對固定的材料而言為定值，若令，則，此即課本給出的公式。 例4

13、60;用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器。用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運(yùn)動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后。汽車靜止時，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 ms2）。（1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時汽車的加速度大小和方向。（2）當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動時，傳感器a的示數(shù)為零。分析：傳感器上所顯示出

14、的力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大小。解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1=14N，右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力 F2=6.0 N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有得4 m/s2a1與F1同方向，即向前（向右）。（2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左。  例5 在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件

15、，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能。對此，以下判斷正確的是（    ） 通電后，其電功率先增大，后減小  通電后，其電功率先減小，后增大  當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變  當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A.          &#

16、160;   B.              C.              D. 分析：當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中，電阻器的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t=t1時，P=P1達(dá)到最大。當(dāng)溫度由t1升高到t2的過程中增大，R增

17、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會有P=P3= P，即電熱功率P減小到等于散熱功率時，即達(dá)到保溫；當(dāng)t<t3，P>P，使溫度自動升高到t3；當(dāng)t>t3，P<P，使溫度自動降為t3，實現(xiàn)自動保溫，正確答案為D。點(diǎn)評：對給定圖象的題目，要注意分析圖象信息，把握變化規(guī)律，并結(jié)合所學(xué)物理規(guī)律進(jìn)行分析討論。 例6 如圖甲為在溫度為10左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨

18、溫度變化的圖線如圖乙所示。當(dāng) a、b端電壓 Uab<0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_。    解析：設(shè)電路兩端電壓為U，當(dāng)Uab=0時，有解得Rt=20 k由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 k時，t=35 例7 如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后

19、變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是           ，小車速度的表達(dá)式為v=        ；行程的表達(dá)式為=      。解析：這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決。但是題目給出了裝

20、置圖，該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2R f，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因此有，代入上式，有。同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而，所以。可見，還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。答案：車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P；例8 現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和

21、導(dǎo)線若干。如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程。分析：熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路。    答案：（1）電路圖如圖所示（2）工作過程：閉合S，當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計值，又重復(fù)前述過程。點(diǎn)評：該電路可以用于恒溫箱、自動孵化器等，電路設(shè)計是高中電學(xué)應(yīng)了解的內(nèi)容，對于培

22、養(yǎng)能力、理論聯(lián)系實際將起到推動作用，也是高考的趨向。 鞏固訓(xùn)練12003年高考江蘇物理卷第19題（13分）（計算題，壓軸題） 如圖1所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊A，上端固定在C點(diǎn)且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連。已知有一質(zhì)量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(nèi)（未穿透），接著兩者一起繞C點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時間的變化關(guān)系如圖2所示。已知子彈射入的時間極短，且圖2中t0為A、B開始以相同速度運(yùn)動的時刻，根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中（包括圖）提供的信息，對反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量（例如A的質(zhì)量）及

23、A、B一起運(yùn)動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結(jié)果？  解析：由圖2可直接看出，A、B一起做周期性運(yùn)動，運(yùn)動的周期T2t0 令表示A的質(zhì)量，表示繩長表示B陷入A內(nèi)時即時A、B的速度（即圓周運(yùn)動最低點(diǎn)的速度），表示運(yùn)動到最高點(diǎn)時的速度，F(xiàn)1表示運(yùn)動到最低點(diǎn)時繩的拉力，F(xiàn)2表示運(yùn)動到最高點(diǎn)時繩的拉力，根據(jù)動量守恒定律，得  在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)處運(yùn)用牛頓定律可得  根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得  由圖2可知   由以上各式可解得，反映系統(tǒng)性質(zhì)的物理量是   

24、A、B一起運(yùn)動過程中的守恒量是機(jī)械能E，若以最低點(diǎn)為勢能的零點(diǎn)，則  由式解得 點(diǎn)評：這是一道開放題，題目的設(shè)問不明確，要靠考生去尋找，答案當(dāng)然也要靠考生去解決，本題由于其開放性，成為當(dāng)年高考題的一個亮點(diǎn)。就傳感器而言，測力傳感器在本題只作為題目來源的工具，告訴我們測力傳感器可以測得繩的拉力F隨時間的變化關(guān)系圖象，題目的解決對傳感器沒有實質(zhì)性的要求。 22003年高考上海物理卷第17題（7分）（實驗題） 有同學(xué)在做“研究溫度不變時氣體的壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系”實驗時，用連接計算機(jī)的壓強(qiáng)傳感器直接測得注射器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)值。緩慢推動活塞，使注射器內(nèi)空氣柱

25、從初始體積200ml變?yōu)?20ml。實驗共測了5次，每次體積值直接從注射器的刻度上讀出并輸入計算機(jī)，同時由壓強(qiáng)傳感器測得對應(yīng)體積的壓強(qiáng)值。實驗完成后，計算機(jī)屏幕上立刻顯示出如下表中所示的實驗結(jié)果。  序號V（ml）P（×105Pa）PV（×105Pa·ml）1200100102002021801095219714316012313197014140140301964251201635119621 （1）仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV（×105Pa·ml）一欄中的數(shù)值越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是（） A實驗時

26、注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大 B實驗時環(huán)境溫度增大了 C實驗時外界大氣壓強(qiáng)發(fā)生了變化 D實驗時注射器內(nèi)的空氣向外發(fā)生了泄漏 （2）根據(jù)你在（1）中的選擇，說明為了減小誤差，應(yīng)采取的措施是：                   。 答案：（1）D；（2）在注射器活塞上涂上潤滑油增加密封性。 點(diǎn)評：本題的傳感器，也是作為實驗的儀器和實驗實際來源的

27、工具，對傳感器，沒有實質(zhì)性要求。 32001年高考上海物理卷第13題（填空題）  圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度。圖B中p1、p2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2是p1、p2由汽車反射回來的信號。設(shè)測速儀勻速掃描，p1、p2之間的時間間隔t10s，超聲波在空氣中傳播的速度是v340m/s，若汽車是勻速行駛的，則根據(jù)圖B可知，汽車在接收到p1、p2兩個信號之間的時間內(nèi)前進(jìn)的距離是_，汽車的速度是_m/s。 圖A 圖B 解析：（1）分析（情景分

28、析法）： 作運(yùn)動情景分析示意圖，圖中，P1N1中間時刻是汽車接收P1時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置A是汽車的初位置；P2N2中間時刻是汽車接收P2時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置B是汽車的末位置，要求的汽車前進(jìn)的距離就是A、B之間的距離。求解： 第1步，先讀出B圖中各時刻對應(yīng)的讀數(shù)： 點(diǎn)P1N1P1N1中點(diǎn)P2N2P2N2中點(diǎn)讀數(shù)(格)0517113544395對應(yīng)的時刻（s）017057037117147132 第2步，算出對應(yīng)的時刻，算法如下：先算每1大格對應(yīng)的時間 ， 再算各點(diǎn)對應(yīng)的時間，填入上表的第3行。 第3

29、步，算出A與O的距離：， 第4步，算出B與O的距離：， 第5步，算出A與B的距離：， 這就是汽車在接收P1、P2兩個時刻發(fā)出的超聲波信號中間前進(jìn)的距離。 第6步，算出汽車從A到B用的時間：， 第7步，算出汽車的速度：。 點(diǎn)評：分析物理過程，畫出示意圖是關(guān)鍵，把格數(shù)轉(zhuǎn)化為時間是難點(diǎn)，求AB之間的距離是重點(diǎn)。任何難題，可以把復(fù)雜的過程分解，化繁為簡，化難為易。 本題雖然沒有明說是傳感器，但實質(zhì)是考查了位移傳感器的原理和數(shù)據(jù)處理方法。真是，此處無聲勝有聲。 42001年高考上海物理卷第18題（7分）（實驗題） 

30、 某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示。測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓。使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、電鍵及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。  請完成對該物體質(zhì)量的測量。 （1）設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。 （2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出

31、待測物體的質(zhì)量m。 （3）請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。 答案：（1）設(shè)計的電路圖如圖所示。  （2）測量步驟與結(jié)果： 調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零； 將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0； 將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1； 由U0km0g，得kU0/m0g 測得Ukmg，所以mm0U/U0。 （3）因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零； 待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。 點(diǎn)評：本題是用力電轉(zhuǎn)換器（傳感器的一種）測物體質(zhì)量的實驗，考查了實驗設(shè)計、實驗電路圖、實驗

32、原理和實驗故障的預(yù)測與排除，是對傳感器的實質(zhì)性的考查。 52007年高考江蘇物理卷第13題（分）（實驗題） 如題13（a）圖，質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機(jī)上，經(jīng)計算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移時間（s-t）圖象和速率時間（v-t）圖象。整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為l、高度為h。（取重力加速度g=98m/s2，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字）  （1）現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，A的v-t圖線如題13(b)圖所示。從圖線可得滑塊A下滑時的加速度a= 

33、0;      m/s2，摩擦力對滑塊A運(yùn)動的影響       。（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”） （2）此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變       ，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；實驗時通過改變       ，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 （3）將氣墊導(dǎo)

34、軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A，給滑塊A一沿滑板向上的初速度，A的s-t圖線如題13（c）圖。圖線不對稱是由于造成的，通過圖線可求得滑板的傾角（用反三角函數(shù)表示），滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)。  答案：（1）6 不明顯，可忽略。 （2）斜面高度滑塊A的質(zhì)量M及斜面高度，且使M不變 （3）滑動摩擦力（都算對 03（0204都算對） 解析：（1）下滑時，加速度為；上滑時，加速度為摩擦力對滑塊A運(yùn)動的影響不明顯，可忽略。 （2）改變斜面高度h， 即改變斜面的傾角，則改變產(chǎn)生加速度的力（），可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的

35、關(guān)系；改變滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變，因為，使Mh不變，則F不變，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 （3）圖線不對稱是由于滑動摩擦力造成的，因為在滑塊上滑時，加速度的大小為，在滑塊下滑時，加速度的大小為，在滑動摩擦力不可忽略的情況下，二者不等，圖象不對稱。從題13（b）圖中得，又，所以=。從題13（c）圖中上滑階段讀出，根據(jù)得，代入=，已知，則，解得。 點(diǎn)評：本題是對傳感器的實質(zhì)性的考查。位移傳感器連上計算機(jī)，不僅可以實時畫出位移-時間（）圖象，也可以實時畫出速度-時間（）圖象，比傳統(tǒng)實驗方法（打點(diǎn)計時器）方便得多。 本題不僅考查了實驗：

36、勻變速運(yùn)動的研究（求加速度），也考查了實驗：驗證牛頓第二定律（驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系），可謂一題多考。要在短時間內(nèi)、用少數(shù)題目考查學(xué)生多年學(xué)的這么多的物理知識和方法，就要一題多考，提高題目的綜合性。 62007年廣東物理1卷第13題（實驗題） (1）熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件。現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約45。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）、電源（3V、內(nèi)阻

37、可忽略）、直流電流表（內(nèi)阻約1）、直流電壓表（內(nèi)阻約5k）、滑動變阻器（020）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。  在圖（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。 根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。 簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟 1)往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。 2)                     

38、0;                     。 3)重復(fù)，測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。 4)                       

39、60;                  。 （2）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的溫度傳感器，是利用熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖甲中，電源的電動勢E =90V，內(nèi)電阻不可忽略；G為內(nèi)阻不計的靈敏電流表；R0為保護(hù)電阻；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖乙的R- t圖象所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為R=    &#

40、160;      ；閉合電鍵S，當(dāng)R的溫度等于40時，電流表示數(shù)I1=225 mA，則當(dāng)電流表的示數(shù)I2=36 mA時，熱敏電阻R的溫度是_攝氏度。  答案：（1）如圖所示。  連線圖略。 A、往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。 B、調(diào)節(jié)R，快速測出多組I，U值。 C、重復(fù)，測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。 D、繪出各溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。 (2)R = 1875×10 -2 t +

41、425    120 解析：（1）因為熱敏電阻的阻值（常溫下約5）與直流電流表內(nèi)阻（1）差不多而比直流電壓表內(nèi)阻（5k）小得多，所以用電流表外接法，為了多次測量以便列表做圖象，所以滑動變阻器接成分壓器。 （2）因為圖象是直線，用斜截式求熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系，設(shè)為，則根據(jù)時，（此處易誤讀為，要小心），得，再根據(jù)時，得，所以得R與t的關(guān)系為 R=1875×10 -2 t + 425。 從圖甲，有，從圖乙讀出，當(dāng)時，代入得，可求出，又有，解得，查圖乙得。 點(diǎn)評：本

42、題兩問中的熱敏電阻是不同的，兩問考查的知識點(diǎn)也不同，第（1）問考查伏安法測電阻的常規(guī)問題：電流表的內(nèi)接、外接問題及滑動變阻器接成分壓器還是限流器問題，電路圖及實物圖也是常規(guī)要求。第（2）問則考查了電路圖和圖象，考變化的情況，要求用數(shù)學(xué)方法解決問題?？梢?，物理實驗既不要忘記常規(guī)，也要求注意創(chuàng)新。 圖乙還告訴我們，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而降低，熱敏電阻的阻值對溫度很敏感，這就是熱敏電阻可以成為溫度傳感器的重要元件的原因。 72005年高考上海物理卷第23題(14分)（計算題，壓軸題） 一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫。

43、將激光器與傳感器上下對準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時，傳感器接收到一個激光信號，并將其輸入計算機(jī)，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖(a)為該裝置示意圖，圖(b)為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示接收到的激光信號強(qiáng)度，圖中t1=10×10-3s，t2=08×10-3s。  (1)利用圖(b)中的數(shù)據(jù)求1s時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度； (2)說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向； (3)求圖(b)中第

44、三個激光信號的寬度t3。 解析：(1)由圖線讀得，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動周期T10s-02s=18s-10s=08s 角速度 (2)激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動(理由為：由于脈沖寬度在逐漸變窄，表明光信號能通過狹縫的時間逐漸減少，即圓盤上對應(yīng)探測器所在位置的線速度逐漸增加，因此激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動)。 (3)設(shè)狹縫寬度為d，探測器接收到第i個脈沖時距轉(zhuǎn)軸的距離為r1，第i個脈沖的寬度為ti，激光器和探測器沿半徑的運(yùn)動速度為v。  r3r2r2r1vT r2r1 r3r2  由、式解得

45、：  點(diǎn)評：本題體現(xiàn)了傳感器做實驗的優(yōu)點(diǎn)：快速，連的時間都能測出來，這是用秒表或打點(diǎn)計時器做不到的。本題考的實驗也不是教科書或大綱列表的實驗，說明對實驗題，也要靈活掌握，靈活應(yīng)用，不可死記硬背。 從以上題目可以看出，有關(guān)傳感器的高考題，可以是實驗題，也可以是計算題，可以是考傳感器本身的，也可以用它作題目的來源的工具，原來，高考是這樣考傳感器的。以后，還會有新的關(guān)于傳感器的高考題出現(xiàn)。課后作業(yè)1. 利用半導(dǎo)體材料可以制成（    ）A. 標(biāo)準(zhǔn)電阻     

46、B. 熱敏電阻      C. 光敏電阻       D. 晶體管2. 下列方法有可能使半導(dǎo)體材料的電阻率減小的是（    ）A. 升高半導(dǎo)體的溫度                 B. 用光照射半導(dǎo)體C. 在半導(dǎo)體中加

47、入微量其它雜質(zhì)       D. 以上情況都不可能3. 有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（     ）A. 金屬導(dǎo)體       B. 絕緣體        C. 半導(dǎo)體         D. 

48、超導(dǎo)體4. 關(guān)于各種材料的電阻率，下列說法正確的是（     ）A. 純金屬的電阻率較合金的電阻率小B. 把一根長導(dǎo)線截成兩段，每段的電阻率是原來的C. 任何材料的電阻率在任何條件下都不可能為零D. 任何材料的電阻率都隨溫度的升高而增大5. 如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U ，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，

49、導(dǎo)致話筒所在的電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩板間的（    ）A. 距離變化          B. 正對面積變化C. 介質(zhì)變化          D. 電壓變化6. 如圖所示是一種延時開關(guān)，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通。當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用

50、，D將延遲一段時間才被釋放。則（    ）A. 由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B. 由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C. 如果斷開B線圈的電鍵S2，無延時作用D. 如果斷開B線圈的電鍵S2，延時將變長7. 如圖所示為一測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，已知靈敏電流表指針偏轉(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. h正