2020-2021人教物理3-2教師用書：第6章 章末綜合提升含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年人教物理選修3-2教師用書：第6章章末綜合提升含解析［體系構(gòu)建]傳感器及常見敏感元件1.傳感器傳感器是能夠把易感受的力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為容易進行測量、傳輸、處理和控制的電壓、電流等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路通斷的一類元件．原理如下所示：2．光敏電阻光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其特點是在被光照射時電阻會發(fā)生變化，光照增強電阻減小，光照減弱電阻增大,其作用是把光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．3．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．其特點是化學(xué)穩(wěn)定性好,測溫范圍大,但靈敏度較差．熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率對溫度非常敏感．熱敏電阻有正溫度系數(shù)（PTC熱敏電阻）、負溫度系數(shù)（NTC熱敏電阻)兩種．正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小．金屬熱電阻和熱敏電阻都能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．4．電容器平行板電容器的電容大小與極板正對面積、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)化為相應(yīng)的電容變化．例如，當極板受力時會改變極板間距，從而引起電容變化．5．霍爾元件霍爾元件能把磁感應(yīng)強度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這一電學(xué)量，霍爾電壓UH＝keq\f（IB，d）.【例1】如圖甲所示為某一熱敏電阻(電阻值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甲所示I。U關(guān)系的完整曲線，在圖乙(a)和（b)兩個電路中應(yīng)選擇的是;簡要說明理由：.（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑動變阻器的阻值為0~100Ω)甲乙（2)在圖所示電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω.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Ω.（3)舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子．[解析](1)由于I。U關(guān)系圖線中電壓從0調(diào)至所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大,所以應(yīng)選擇(a）．(2)由題圖知，R2與熱敏電阻串聯(lián)后與R1并聯(lián)接在9V電源上，總電流I＝70mA,R1＝250Ω.設(shè)通過熱敏電阻的電流為I2,通過R1的電流為I1，則I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝eq\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(70－\f(9,250）×103)）mA＝34mA。由圖象查得34mA對應(yīng)的電壓為5.3V,R2兩端電壓U2＝（9－5.3)V＝3.7V，所以R2＝eq\f（3。7V，34×10－3A）＝108.8Ω.（3)應(yīng)用熱敏電阻的例子很多，如恒溫箱，自動孵化器，熱敏溫度計等．[答案](1）（a)電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大（2）5。2108.8（108.6～109.0均可）（3)恒溫箱,自動孵化器，熱敏溫度計等eq\O([跟進訓(xùn)練］）1．有一熱敏電阻的電阻值在t1~t4的溫度變化范圍內(nèi)，R。t圖象如圖所示．現(xiàn)將該熱敏電阻接在歐姆表的兩表筆上,做成一個電阻溫度計．為了便于讀數(shù)，再把歐姆表上的電阻值轉(zhuǎn)換成溫度值．現(xiàn)在要使該溫度計對溫度的變化反應(yīng)較為靈敏,那么該溫度計測量哪段范圍內(nèi)的溫度較為適宜(設(shè)在t1～t4溫度范圍內(nèi),歐姆表的倍率不變）（）A．t1~t2 B．t2～t3C．t3～t4 D．都可以B[由題圖可知熱敏電阻的電阻值隨溫度的升高而增大，在t2～t3溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的變化較大,即電阻值對溫度的變化較為靈敏，故選B。］傳感器在實際問題中的應(yīng)用以傳感器為橋梁可以將多方面的物理知識整合在一起,在實際問題中既可以直接考查傳感器知識，也可以考查敏感元件的敏感特性,幾種傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識，如表：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力學(xué)、運動學(xué)與直流電路電容傳感器電容器力、運動與含電容電路【例2】青島奧運會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能．用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān),實現(xiàn)自動控制．光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認為,照射光較強(如白天）時電阻幾乎為0；照射光較弱（如夜晚）時電阻接近于無窮大．利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān),可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉,夜晚打開．電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接．當勵磁線圈中電流大于等于50mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50mA時，3、4接通．勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA.（1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路,在下面虛線框中畫出電路原理圖．光敏電阻R1,符號燈泡L，額定功率40W,額定電壓36V，符號eq\o（\s\up7（?），\s\do5（L）)保護電阻R2，符號電磁開關(guān)，符號蓄電池E,電壓36V，內(nèi)阻很小開關(guān)S，導(dǎo)線若干（2)回答下列問題：①如果勵磁線圈的電阻為200Ω，勵磁線圈允許加的最大電壓為V，保護電阻R2的阻值范圍為Ω。②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ǎ疄榇?電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明．答：。③任意舉出一個其他的電磁鐵應(yīng)用的例子．答:.［解析](1）電路原理如圖所示．(2)①由題意知：U＝IR＝0。1A×200Ω＝20V;R2的阻值最小時流過勵磁線圈的電流最大，即Imax＝eq\f(E,R＋Rmin)，解得Rmin＝160Ω;R2的阻值最大時流過勵磁線圈的電流最小，即Imin＝eq\f（E,R＋Rmax)，解得Rmax＝520Ω.故保護電阻R2的阻值范圍為160～520Ω.②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，3、4之間斷開．③電磁起重機(電磁打點計時器、電鈴等合理答案均可)．[答案](1）見解析（2）①20160～520②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通，不吸合時,3、4之間斷開③見解析[一語通關(guān)］1傳感器中的敏感元件用于接收非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。2傳感器一般用于有害于人體或人不能輕易到達的環(huán)境.3在不同的儀器中所使用的傳感器一般不同，其原理也不盡相同，但都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.eq\O（[跟進訓(xùn)練])2．如圖是測量汽車質(zhì)量的地磅示意圖，汽車的質(zhì)量可通過電流表的示數(shù)讀出，下列說法正確的是（)A．電流表的示數(shù)越大說明被測汽車質(zhì)量越大B．電流表的示數(shù)越大說明被測汽車質(zhì)量越小C．把圖中的電流表換成電壓表同樣能測量汽車的質(zhì)量D．地磅的最大量程只由彈簧的勁度系數(shù)決定，與電路的有關(guān)參數(shù)無關(guān)A［汽車質(zhì)量越大，彈簧受到的壓力就越大,P點越向下,連入電路的電阻就越小，所以電流表的示數(shù)就越大，故A正確，B錯誤；如果換成電壓表，因為電壓表的內(nèi)阻較