2020年高考物理總復(fù)習(xí)：實驗：傳感器的簡單應(yīng)用

1、第 3 節(jié)實驗：傳感器的簡單應(yīng)用1.傳感器傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷_.2.制作傳感器需要的元件光敏電阻：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化 弱電阻增大.金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻.與金屬不同的是有些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強_,其電阻隨溫度的升高而減小 ,用半導(dǎo)體材料可制成熱敏電阻.與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好 ，測溫范圍大但靈敏度較差.霍爾元件：是能夠把磁學(xué)量磁感應(yīng)強度 轉(zhuǎn)換為電學(xué)量電壓的傳感器元件.IB如圖所示，

2、在 M、N 間出現(xiàn)的電壓稱為霍爾電壓 UH, UH=k.式中 d 為金屬薄片的d厚度，k 為霍爾系數(shù)（設(shè) q 為每個運動電荷的電量，n 為單位體積內(nèi)電荷數(shù)，k =），由薄片nq的材料決定.,并能將它,光照增強電阻減小，光照減考點 1 ?力電傳感器【P203例 1 有一種測量人體重量的電子秤 構(gòu)成：踏板、壓力傳感器（是一個阻值夯實基礎(chǔ)【P2033.傳感器應(yīng)用的|i,其原理圖如圖中的虛線框內(nèi)所示 ，它主要由三部分R 可隨壓力大小而變化的壓敏電阻）、顯示體重的儀表G(實質(zhì)是理想電流表)設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計，已知理想電流表的量程為 3 A ,電源電 動勢為 12 V ,內(nèi)阻為 2Q,電阻 R 隨壓力

3、變化的函數(shù)式為 R= 30- 0.02F(F 和 R 的單位分 別是 N 和Q).(1) 該秤能測量的最大重量是 _ N ;(2) 該秤零刻度線(即踏板空載時間刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流刻度盤A 處.【解(1)當(dāng)電路中電流 1 = 3 A 時，電子秤測量的體重最大.由歐姆定律 1=得到R+ rR= - r= 2Q,代入 R = 30- 0.02F 得到：F= 1 400 N.(2)踏板空載時 F = 0,代入 R = 30-0.02F 得到電阻 R= 30Q,由歐姆定律得 1=R + r0.375 A ,所以該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G 刻度盤 0.375 A 處.【答案】1 4

4、000.375【小結(jié)】力電傳感器電路中的關(guān)鍵元件是壓敏電阻或滑動變阻器、電容器、彈簧等，解答這類問題的關(guān)鍵是： 壓敏電阻的阻值與壓力的函數(shù)關(guān)系、滑片移動的距離、電容器的板間距離與力學(xué)物理量的聯(lián)系.力電傳感器的力電聯(lián)系圖:r二迪那門氏理電戚*卩花凱IQ*盤MM 8XIlk Ar1.壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小 升降機運動狀態(tài)的裝置，其工作原理圖如圖甲所示 放置一個物塊，在升降機運動的過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示 的示數(shù) 11.下列判斷正確的是,有位同學(xué)設(shè)計了利用壓敏電阻判斷豎直,將壓敏電阻固定在升降機底板上，其上,已知升降機靜止時電流表(C)升踴帆n譜塊A .從 0 到 ti時間內(nèi)，B.

5、從 ti到 t2時間內(nèi),C. 從 ti到 t2時間內(nèi)，D .從 t2到 t3時間內(nèi),H44LIIL甲升降機一定靜止升降機可能做勻加速直線運動升降機運動時的加速度在變化升降機可能向下勻加速運動【解析】從 0t1時間內(nèi)，電流不變，根據(jù)歐姆定律可知電路中的總阻值不變，升降機針對訓(xùn)練可能靜止也可能勻速運動，故 A 錯誤；tl到 t2時間內(nèi)，電流增大，電阻減小，因為壓敏電阻 的阻值隨所受壓力的增大而減小 ，所以壓力增大，靜止時 FN= mg, tl到 t2時間內(nèi)根據(jù)牛頓 第二定律 FN mg=ma,合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速運動 ，故 B 錯誤， C 正確；t2到 t3時間內(nèi)電流不變，

6、電阻不變，壓力不變，電流大于靜止時的電流，壓力大于 靜止時的壓力，對物塊受力分析，受到重力和支持力，根據(jù)牛頓第二定律 FN mg = ma,合力向上，加速度向上，加速度不變，所以 t2到 t3時間內(nèi)升降機勻加速上升 ，故 D 錯誤.2.如圖所示為一種常見的身高體重測量儀，測量儀頂部向下發(fā)射超聲波，超聲波經(jīng)反射后返回，被測量儀接收，測量儀可記錄發(fā)射和接收的時間間隔.測量儀底部有一壓力傳感器，其輸出電壓與作用在它上的壓力F 成正比，表達式為 U = kF(k 為比例系數(shù))某同學(xué)已知了自己的身高 h、質(zhì)量 m 和重力加速度 g,他想利用該裝置測量超聲波速度v 和比例系數(shù)k,他多次研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他站上測

7、重臺時測量儀記錄的時間間隔比他沒站上時減少了 t;當(dāng)他沒站上測重臺時，測量儀已有輸出電壓為 U(UoM0),當(dāng)他站上測重臺時測量儀輸出電壓 為 U ,那么超聲波速度 v 與比例系數(shù) k 為(C)U Uo2mghU UoB.V= 2 t,k= 2mg【解析】設(shè)身高體重測量儀高度為 L ,沒有站人時壓力傳感器的壓力為F。，設(shè)當(dāng)測重臺上沒有站人時，測量儀記錄的時間間隔為 to,根據(jù)超聲波的速度和位移關(guān)系可得vto= 2L ;根據(jù)傳感器輸出電壓與作用在其上的壓力成正比可得Uo= kFo；當(dāng)測重臺上站人時，測量儀記錄的時間間隔為t,同理可得 vt = 2（L h）, U = k（Fo+ mg）, t =

8、 to t,聯(lián)立解得 v=,v=C.2ht,U Uomgv=2h2（U Uo）mg例 2 如圖所示為某傳感裝置內(nèi)部部分電路圖 ，RT為正溫度系數(shù)熱敏電阻 著溫度的升高阻值增大； Ri為光敏電阻，其特性為隨著光照強度的增強阻值減??； R2和 R3均為定值電阻，電源電動勢為 E,內(nèi)阻為 r，V 為理想電壓表.若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大 ，可 能的原因是（ ）1熱敏電阻溫度降低，其他條件不變熱敏電阻溫度升高，其他條件不變光照減弱，其他條件不變光照增強，其他條件不變A . B .C. D .【解析】熱敏電阻溫度降低,其他條件不變時，熱敏電阻阻值減小，總電阻減小，總電流變大，則熱敏電阻及光敏電阻所在的并聯(lián)支路

9、電壓減小，光敏電阻上的電流減小，則熱敏電阻及電阻 R3上的電流變大，則電壓表的讀數(shù)變大，故正確，錯誤；若光照減弱，則 光敏電阻的阻值增大，總電阻變大，總電流減小，則熱敏電阻及光敏電阻所在的并聯(lián)支路電 壓增大，則 R3上的分壓變大，電壓表示數(shù)變大，選項正確，錯誤.故選 A.【答案】A【小結(jié)】涉及到熱敏電阻、 光敏電阻或金屬熱電阻時，要根據(jù)其電阻阻值隨溫度或光照條件發(fā)生變化時阻值如何變化的特點，結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、部分電路歐姆定律和電功率的計算式 ，進行分析判斷.U Uok=mg，C 正確p204】,其特性為隨考點 2|?熱敏電阻、光敏電阻3.（多選） 光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖

10、如圖所示,圖中虛線表示激光，圓柱體表示隨傳送帶運動的貨物，其中 Ri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（BD）A .當(dāng)光照射 Ri時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當(dāng)光照射 Ri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計數(shù)一次D 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次變，則電流減小，則 R2兩端的電壓減小，所以 Ri兩端的電壓增大，即信號處理系統(tǒng)獲得高電壓，則信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次，所以 C 錯誤，D 正確.電磁繼電器【p204】如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖其中L 為含鐵芯的線圈.P 為可繞 0 點轉(zhuǎn)動的鐵片，K 為彈簧，S 為一對

11、觸頭，A、B、C、D 為四個接線柱.電磁繼電器與傳感器配 合，可達到自動控制的目的，其工作方式是（）A.A 與 B 接信號電壓，C 與 D 跟被控電路串聯(lián)B.A 與 B 接信號電壓，C 與 D 跟被控電路并聯(lián)C.C 與 D 接信號電壓，A 與 B 跟被控電路串聯(lián)D . C 與 D 接信號電壓.A 與 B 跟被控電路并聯(lián)【解析】A、B 接電磁繼電器線圈，所以 A、B 應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放,從而使 C、D 接通或斷開，進而起到控制作用故正確答案為A.【答案】A【解析】當(dāng)有光照射 Ri時,Ri的電阻減小，則整個電路總電阻變小,電動勢不變，貝 U電流增大，則,所以 R

12、i兩端的電壓減小，即信號處理系統(tǒng)獲得低電壓故 A 錯誤，B 正確；當(dāng)無光照射Ri時，Ri的電阻增大，則整個電路總電阻變大,電動勢不例 3考點 3【小結(jié)】解答繼電器控制電路的設(shè)計問題，應(yīng)弄清以下兩個問題：弄清兩個電路：控制電路（直流電源、光敏電阻或熱敏電阻、繼電器構(gòu)成的閉合回路）、 工作電路（繼電器吸引銜鐵控制工作電路的開關(guān)）（2）弄清控制關(guān)系：光敏電阻（或熱敏電阻）控制繼電器中的電流，繼電器電流增大吸引銜 鐵控制工作電路的開關(guān)（斷開或閉合）4.（多選）在一些學(xué)校教室為了保證照明條件，采用智能照明系統(tǒng)，在自然光不足時接通電源啟動日光燈，而在自然光充足時，自動關(guān)閉日光燈，其原理圖如圖所示.R 為一

13、光敏 電阻，L 為一帶鐵芯的螺線管，在螺線管上方有一用細彈簧系著的輕質(zhì)銜鐵，一端用鉸鏈固定在墻上可以自由轉(zhuǎn)動，另一端用一絕緣棒連接兩動觸頭.有關(guān)這套智能照明系統(tǒng)工作原理的描述正確的是（BC）A .光照越強，光敏電阻阻值越大，銜鐵被吸引下來B.在光線不足時，光敏電阻阻值變大，銜鐵被彈簧拉上去C. 上面兩接線柱應(yīng)該和日光燈電路連接D .下面兩接線柱應(yīng)該和日光燈電路連接【解析】光照越強，光敏電阻阻值越小，電流越大，故銜鐵被吸引下來，選項 A 錯誤； 在光線不足時，光敏電阻阻值變大，電流減小，故銜鐵被彈簧拉上去，點亮照明燈，故上面 兩接線柱應(yīng)該和日光燈電路連接，選項 B、C 正確；D 錯誤.5如圖所示

14、，圖甲為熱敏電阻的 R-t 圖象，圖乙為用此熱敏電阻和繼電器組成的一個 簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為 100Q.當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA 時，繼電器的銜鐵被吸合為繼電器線圈供電的電池的電動勢E= 9.0 V,內(nèi)阻不計圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.屮應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B 端（填“ A、B 端”或“ C、D 端”）；（2）若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為 50C,則需把滑動變阻器調(diào)節(jié)到260Q;為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器到此阻值進行了下列步驟：1電路接通前，滑動變阻器調(diào)節(jié)最大，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值應(yīng)為_90_Q;2將單刀雙擲開關(guān)向_c_（填 “c

15、或 “d）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片 ，直至繼電 器的銜鐵被吸合；3保持滑動變阻器的位置不變，將單刀雙擲向另一端閉合，恒溫箱系統(tǒng)即可正常使用.【解析】（1）由圖可知，熱敏電阻 R 的阻值隨溫度的升高而減小，由閉合電路歐姆定律得，干路電流增大，當(dāng)大到繼電器的銜鐵被吸合時的電流，恒溫箱內(nèi)的加熱器，停止加熱，故恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B 端；（2）當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度保持 50C,應(yīng)調(diào)節(jié)可變電阻 R的阻值使電流達到 20 mA,由閉EE9合電路歐姆定律得 r+ R + R=-,即 R一 r R=（応一 100- 90）Q=260Q,即可變電 阻 R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為 260Q;電路接通前，滑動變阻器調(diào)

16、節(jié)最大，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值 ，根據(jù)實驗要求， 電阻箱的阻值應(yīng)等于熱敏電阻的電阻 ，應(yīng)為 90Q,將單刀雙擲開關(guān)向 c 端閉合，緩慢移 動滑動變阻器的滑片，直至繼電器的銜鐵被吸合.考點集訓(xùn)【P343】1.每當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，各路救援人員及時深入災(zāi)區(qū) ，與死神搶時間，爭分奪秒搶救被埋 人員，有些救援隊借助“生命探測儀”可以發(fā)現(xiàn)深埋在廢墟中的傷員，根據(jù)所學(xué)知識，你認(rèn)Cl 50 IDO陽啟電Hl為“生命探測儀”可能用到了（A）A .紅外線傳感器B 壓力傳感器C.振動傳感器D .電容傳感器【解析】傷員被深埋在廢墟中，借助紅外線傳感器，可以感知人與周圍環(huán)境的差別，且傷員與尸體的溫度不同，借助探測儀可以

17、探測到活著的被困人員，故 A 正確，B、C、D 錯 誤.2.傳感器是一種采集信息的重要器件， 如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器當(dāng)待測壓力 F 作用于可動膜片電極上時，以下說法中錯誤的是（A）A .若 F 向上壓膜片電極，電路中有從 a 到 b 的電流B.若 F 向上壓膜片電極，電容器的電容增大C.若 F 向上壓膜片電極的短暫時間內(nèi)，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D .若電流表有示數(shù)，則說明壓力 F 發(fā)生變化發(fā)生變化,D 正確.3.為了保證汽車剎車時車輪不被抱死 ，使車輪仍有一定的滾動而不是純滑動 ，這樣既 可以提高剎車效果，又不使車輪失去控制，為此需要一種測定車輪是否還在轉(zhuǎn)動的裝置 ，這 種檢測裝置稱

18、為電磁脈沖傳感器 ，如果該裝置檢測出車輪不再轉(zhuǎn)動 ，它就會自動放松剎車機構(gòu)，讓車輪仍保持轉(zhuǎn)動狀態(tài)，這就是 ABS 防抱死系統(tǒng).如圖是電磁脈沖傳感器示意圖，B是一根永久磁體，外面繞有線圈，它們的左端靠近一個鐵質(zhì)齒輪A ,齒輪與轉(zhuǎn)動的車輪是同A .車輪轉(zhuǎn)動時，由于齒輪在永久磁體的磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流B.車輪轉(zhuǎn)動時，由于齒輪被磁化使線圈中的磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流C. 車輪轉(zhuǎn)速減慢時，輸出電流的周期變小，電流強度也變小D .車輪轉(zhuǎn)速減慢時，輸出電流的周期變大，電流強度也變大【解析】此傳感器是利用線圈中磁通量的變化產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理來實現(xiàn)檢測的，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于將鐵塊插入

19、和拔出線圈，從而使線圈中磁通量發(fā)生變化而 產(chǎn)【解析】由題可知，電容器的電壓不變?nèi)鬎 向上壓膜片電極，減小板間距離，電容增大，電量增大，電容器充電，電路中形成逆時針方向的充電電流,即電路中有從 b 至 U a的電流，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),充電完成后，電流表指針又不偏轉(zhuǎn),A 錯誤，B、C 正確;當(dāng)壓力F 變化電路中就有電流,故電流表有示數(shù)時,說明壓力 F步的，則以下說法正確的是A価岀沌此Is輸電生感應(yīng)電流，故 A 錯誤，B 正確；當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速減慢時，線圈中磁通量的變化減慢，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的周期變大，由 E= n可知，電流強度變小，故 C、D 錯誤.t4.如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，

20、一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化,從而使偏振光的透振方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強度就會變化.設(shè)起偏器和檢偏器的透振方向相同，關(guān)于這種溫度計的工作 原理，正確的說法是（B）程度敏磁光錚【解析】偏振光通過一些介質(zhì)后，其振動方向相對原來的振動方向會發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，溫度變化越大，發(fā)生旋轉(zhuǎn)的角度越大，即到達檢偏器的光的透振方向變化越大，導(dǎo)致光接收器所接收到的光強度就會越小，故選項 B 正確，選項 A、C、D 錯誤.5.（多選）某溫度檢測、光電控制加熱裝置原理如圖所示.圖中 RT為熱敏電阻（隨溫度升高，阻值減?。脕硖綔y加熱電阻絲 R 的溫度，RG為光敏電阻（

21、隨光照強度增大，阻值減 小）,接收小燈泡 L 的光照，除 RT、RG外，其他電阻均為定值電阻（虛線框內(nèi)兩元件距離很 近）.當(dāng) R 處溫度升高時（AD）A.L 變亮B.R3的電流減小C.E2的路端電壓增大D . R 的功率減小A .到達檢偏器的光的透振方向變化越小度變化越大B.到達檢偏器的光的透振方向變化越大溫度變化越大C. 到達檢偏器的光的透振方向變化越小度變化越小D .到達檢偏器的光的透振方向變化越大度變化越小,光接收器所接收的光強度就會越小 ，表示溫 ,光接收器所接收到的光強度就會越小 ，表示 ,光接收器所接收的光強度就會越小 ，表示溫 ,光接收器所接收的光強度就會越小 ，表示溫【解析】當(dāng)

22、 R 處溫度升高時,RT阻值變小，小燈泡 L 的電流變大，所以光照強度增大RG阻值變小，通過 R2的電流變大，E2的路端電壓變小，R 兩端電壓變小，通過的電流也變小，功率變小，通過 R3的電流變大，故 A、D 正確.6諾貝爾物理學(xué)獎授予了法國科學(xué)家阿爾貝費爾和德國科學(xué)家彼得格林貝格爾，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻（GMR）效應(yīng)”.基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的磁電 技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用.下圖是研究巨磁電阻特性的原理示意圖，實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閉合 Si、S2后使滑動變阻器的滑片 P 向左滑動的過程中，指示燈明顯變亮，下列 說法中正確的是（C）A .滑片 P 向左滑動的過程中，電

23、磁鐵的磁性減弱B.巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯增大C.巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯減小D .巨磁電阻不可用來制作磁電傳感器【解析】當(dāng)滑片 P 向左滑動時，滑動變阻器連入電路中的電阻變小 ，則電路中的電流 變大，通電螺線管的磁性增強，A 錯誤；通電螺線管的磁性增強時 ，右邊電路中的指示燈明 顯變亮，則說明右邊電路的電流明顯變大了 ，巨磁電阻的電阻明顯變小了 ，即巨磁電阻的阻 值隨磁場的增強而明顯變小 ，故 B 錯誤，C 正確；由 C 分析可知巨磁電阻可用來制作磁電 傳感器，D 錯誤.7.如圖所示是家用電冰箱的壓縮、啟動裝置的電路其中的運行繞組是電冰箱在工作 時的電動機定子，由于家用交流電是單相的，啟動時必須依靠啟動繞組的幫助才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場.在啟動繞組的支路中串聯(lián)有一個PTC 元件，這是一種以鈦酸鋇為主要材料的