專題6-1傳感器單元知識脈絡與核心素養(yǎng)-2

(-)本章知識網(wǎng)絡(二)本章核心素養(yǎng)解析一、科學思維——傳感器的工作原理.傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學量，如力、熱、磁、光、聲等，而它輸出的通常是電學量，這些輸出信號是非常微弱的，通常要經過放大后，再送給控制系統(tǒng)產生各種控制動作，傳感器原理如框圖所示：.傳感器的應用傳感器的應用過程包括三個環(huán)節(jié)：感、傳、用“感”是指傳感器的敏感元件感受信息?！皞鳌笔侵竿ㄟ^電路等將傳感器敏感元件獲取的信息傳給執(zhí)行機構?！坝谩笔侵笀?zhí)行機構利用傳感器傳來的信息進行某種顯示或某種動作。(4)傳感器應用的一般模式［例I］美國科學家WillardS.Boyle與GeorgeE.Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學獎。CCD是將光學量轉變成電學量的傳感器。下列器件可作為傳感器的有()A.發(fā)光二極管B.熱敏電阻C.霍爾元件D.干電池【答案】BC【例2】如圖所示，導電物質為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間，線圈中電流為/,線圈間產生勻強磁場，磁感應強度大小3與/成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側面，此時通過霍爾元件的電流為加與其前后表面相連的電壓表測出的霍爾電壓〃滿足：=式中k為霍爾系數(shù)，d為霍爾元件兩側面間的距離。電阻R遠大于用，霍爾元件的電阻可以忽略，則()A.霍爾元件前表面的電勢低于后表面B.若電源的正負極對調，電壓表將反偏C./〃與/成正比D.電壓表的示數(shù)與R”消耗的電功率成正比【答案】CD【解析】電子在霍爾元件中受到向里的洛倫茲力作用，故霍爾元件前表面的電勢要高于后表面的電勢,選項A錯誤；若電源的正負極對調，則磁感應強度B的方向及霍爾元件的電流方向都將反向，電子在霍爾元件中受到的洛倫茲力仍向里，前表面的電勢仍高于后表面的電勢，電壓表不會反偏，選項B錯誤；根據(jù)電路連接方式知，電流二五盤I故電流與/成正比，選項c正確；因為/〃和8都與/成正比，由S/:喈知,5/與尸成正比，因為電阻R?R〃，故流過電阻&的電流可認為是干路電流/,其消耗的電功率為Pl=FRl、綜上所述可得Sy與Pl成正比，選項D正確。二、科學探究一常見的傳感器.幾種傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識，如下表2.幾種常見的傳感器傳感器種類敏感元件與之相聯(lián)系的物理知識光電傳感器光敏電阻直流電路動態(tài)分析溫度傳感器熱敏電阻直流電路問題力傳感器壓敏電阻等力學、運動學與直流電路電容傳感器電容力、運動與含容電路(1)紅外線傳感器：常用于家電遙控器、紅外測溫儀、生命探測器、自動門等。(2)壓力傳感器：常用于電子秤、水位控制器等裝置。(3)溫度傳感器：主要元件是熱敏電阻或金屬熱電阻，常用于恒溫箱、電飯鍋等家用電器。(4)光電傳感器：主要元件是光敏電阻、光電管等，常用于火災報警器、光控開關等。(5)酒精濃度傳感器：測量呼氣的酒精含量就可以判斷其飲酒程度，交通警察使用這樣的酒精傳感器就能迅速、準確地檢查出機動車駕駛員是否酒后駕車。學科*網(wǎng)【例3】(2014?新課標全國I,22)某同學利用圖(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量〃?的對應關系圖，如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到，回答下列問題：(1)根據(jù)該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質量成(填“線性”或“非線性”)關系。(2)由圖(b)可知，a—圖線不經過原點，可能的原因是o(3)若利用本實驗裝置來驗證”在小車質量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應采取的改進措施是。鉤碼的質最應滿足的條件是o【答案】(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質量［例4］用對溫度敏感的半導體材料制成的某熱敏電阻Rt,在給定溫度范圍內，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學將R7和兩個適當?shù)墓潭娮杌谩?連成圖1虛線框內所示的電路，以使該電路的等效電阻取的阻值隨R?■所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗證這個設計，他采用伏安法測量在不同溫度下R/.的阻值，測量電路如圖1所示，圖中的電壓表內阻很大。取的測量結果如下表所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)圖1所示的電路，在圖2所示的實物圖上連線。(2)為了檢驗&與溫度/之間近似為線性關系，在坐標紙上作RL-t關系圖線。(3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示。電流表的讀數(shù)為,電壓表