新教材2023~2024學(xué)年高中物理 5.1 常見傳感器的工作原理課件 （3份打包）魯科版選擇性必修第二冊(cè)

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第5章

第1節(jié)常見傳感器的工作原理

學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖

1.知道什么是傳感器,感受傳感器的作用和意義。(物理觀念)2.知道光敏元件、熱敏元件和磁敏元件,了解它們的用途。(科學(xué)思維)3.知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義。(科學(xué)思維)

基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)

重難探究·能力素養(yǎng)全提升

目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)

基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)

一、初識(shí)傳感器

1.傳感器:能夠感受,并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成

(主要是)的器件或裝置。

2.傳感器功能:傳感器通常用在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中,擔(dān)負(fù)著信息

和任務(wù),把量轉(zhuǎn)化為量。

想一想為什么傳感器一般都是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量呢

外界信息

可用輸出信號(hào)

電信號(hào)

采集

轉(zhuǎn)化

非電學(xué)

電學(xué)

提示電學(xué)量具有易測(cè)量,易控制,測(cè)量精度和速度較高,易放大、反饋、存儲(chǔ)和可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。特別是電信號(hào)能方便地與計(jì)算機(jī)連接而進(jìn)行信息處理,所以傳感器一般都是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。

二、敏感元件

1.光敏元件

(1)特點(diǎn):光照越強(qiáng),電阻。

(2)原因:光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料。當(dāng)光照射到這些半導(dǎo)體物質(zhì)上時(shí),會(huì)激發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)部受束縛的電子,其電阻值就會(huì)發(fā)生改變。光照越強(qiáng),被激發(fā)的電子數(shù)就,電阻值就。

越小

越多

越小

2.熱敏元件

(1)熱敏電阻

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化的特性制成的。

(2)兩種熱敏電阻:在工作溫度范圍內(nèi),電阻值隨溫度升高而的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻;電阻值隨溫度升高而的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。

3.磁敏元件

(1)霍爾元件是根據(jù)材料的效應(yīng)制成的一種磁敏元件。

(2)霍爾元件可將的測(cè)量轉(zhuǎn)化為的測(cè)量。

增大

減小

半導(dǎo)體

霍爾

磁感應(yīng)強(qiáng)度

電壓

想一想熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量嗎

提示熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

易錯(cuò)辨析判一判

(1)傳感器的作用是將電學(xué)量轉(zhuǎn)換為非電學(xué)量。()

(2)監(jiān)測(cè)天氣變化的氣象衛(wèi)星用到了傳感器。()

(3)所有傳感器的工作原理都一樣。()

(4)傳感器內(nèi)部一定有某種轉(zhuǎn)換元件。()

×

提示傳感器的作用是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

√

×

提示不同的傳感器的原理不同,但都是通過敏感元件把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量的變化。

√

即學(xué)即用練一練

1.下列有關(guān)傳感器的說法正確的是()

A.話筒是一種常用的聲傳感器,其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)

B.樓梯口的電燈開關(guān)裝的兩種傳感器是熱敏電阻和光敏電阻

C.電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器

D.半導(dǎo)體熱敏電阻常用作溫度傳感器,因?yàn)闇囟仍礁?它的電阻值越大

C

解析話筒是一種常用的聲傳感器,其作用是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),故A錯(cuò)誤;樓梯口的電燈開關(guān)裝的兩種傳感器是聲敏電阻和光敏電阻,故B錯(cuò)誤;電子秤所使用的測(cè)力裝置是壓力傳感器,故C正確;有些半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而降低,故D錯(cuò)誤。

2.傳感器已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中,下列關(guān)于傳感器的說法正確的是

()

A.火警報(bào)警器使用了壓力傳感器

B.冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器

C.商場(chǎng)里的自動(dòng)門使用了光傳感器

D.夜間自動(dòng)打開的路燈使用了溫度傳感器

B

解析火警報(bào)警器使用了溫度傳感器,故A錯(cuò)誤;冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器,故B正確;一般人體都有恒定的體溫,所以會(huì)發(fā)出特定波長的紅外線,被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的,人走向門口時(shí),門會(huì)自動(dòng)打開,是因?yàn)榘惭b了紅外線傳感器,從而能感知紅外線,使門打開,故C錯(cuò)誤;燈要求夜晚亮、白天熄,而白天有光,黑夜沒有光,所以夜間自動(dòng)打開的路燈是利用光電傳感器,故D錯(cuò)誤。

重難探究·能力素養(yǎng)全提升

探究一初識(shí)傳感器

情境探究

為解決樓道里的照明問題,在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路連接。當(dāng)樓道內(nèi)有人走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí),電燈即與電源接通而發(fā)光。

(1)這種傳感器是什么傳感器

(2)它的輸入信號(hào)是什么

(3)它的輸出信號(hào)是什么

要點(diǎn)提示(1)這種傳感器是聲電傳感器。

(2)它輸入的是聲信號(hào)。

(3)輸出的是電信號(hào)。

知識(shí)歸納

1.傳感器感受的通常是非電學(xué)量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等,而它輸出的通常是電學(xué)量,如電壓、電流、電荷量等,這些輸出信號(hào)是非常微弱的,通常要經(jīng)過放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。

2.傳感器的工作原理如下所示:

非電學(xué)量→電學(xué)量

閃光語錄傳感器的發(fā)展十分迅速,其品種已達(dá)數(shù)萬種,我們學(xué)習(xí)了解的只是最基本的幾種而已。

應(yīng)用體驗(yàn)

典例1傳感器可以進(jìn)行信息采集并把采集到的信息轉(zhuǎn)換為易于控制的量,其工作過程可能是()

A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)換成磁學(xué)量

B.將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成熱學(xué)量

C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量

D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成力學(xué)量

C

解析傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為控制電路的通斷的一類元件,故只有C項(xiàng)正確。

針對(duì)訓(xùn)練1

(2023廣東東莞東華高級(jí)中學(xué)模擬)電容式傳感器的原理圖如圖所示,其中某個(gè)量的變化能夠引起電容的變化,現(xiàn)通過測(cè)定電容就可以確定上述物理量的變化。下列說法正確的是()

A.傳感器是通過電容的變化確定液面高度的變化

B.傳感器是通過電容的變化確定電介質(zhì)厚度的變化

C.液面升高,則電容器的介電常數(shù)變大

D.液面升高,則電容器的正對(duì)面積變小

A

解析由傳感器原理圖可知,液體高度變化,引起電容器的正對(duì)面積變化,從而引起電容的變化,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電容器的介電常數(shù)由材料決定,液面升高,電容器的介電常數(shù)不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;液面升高,電容器的正對(duì)面積變大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

探究二光敏元件

情境探究

在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后,就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量。如圖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。

(1)當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí),R1電阻怎樣變化

(2)當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí),電路中電流怎樣變化

(3)當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí),R2兩端電壓怎樣變化

(4)此光電計(jì)數(shù)器為什么能計(jì)數(shù)

要點(diǎn)提示(1)增大。

(2)減小。

(3)減小。

(4)R2兩端電壓減小,信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓,每通過一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓,并計(jì)數(shù)一次。

知識(shí)歸納

1.光敏電阻的導(dǎo)電特性:光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成,當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí),會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子,于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。

2.光敏電阻特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)實(shí)驗(yàn)器材:光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線、開關(guān)。

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

①用多用電表歐姆擋兩表筆與光敏電阻兩端連接,測(cè)光敏電阻的阻值,如圖所示;

②手張開(或用黑紙)放在光敏電阻上,擋住部分光線,再測(cè)光敏電阻的阻值;

③全部擋住光線,再測(cè)光敏電阻的阻值。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的減弱而增大,而且阻值的變化是非線性的。

閃光語錄由光敏電阻的特性曲線可以看出,當(dāng)入射光線增強(qiáng)時(shí),光敏電阻的阻值減小,流過光敏電阻的電流增大。

應(yīng)用體驗(yàn)

典例2(多選)如圖所示是用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器,下列說法正確的是()

A.嚴(yán)重污染時(shí),LDR是高電阻

B.輕度污染時(shí),LDR是高電阻

C.無論污染程度如何,LDR的電阻不變,阻值大小由材料本身因素決定

D.該儀器的使用會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊?/p>

AD

解析嚴(yán)重污染時(shí),透過污水照到LDR上的光線較少,LDR電阻較大,A正確,B錯(cuò)誤;LDR由半導(dǎo)體材料制成,受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化,C錯(cuò)誤;白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同,或多或少會(huì)影響LDR的電阻,D正確。

規(guī)律方法光敏電阻的特點(diǎn)

1.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

2.光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光敏效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器。入射光增強(qiáng),電阻減小;入射光減弱,電阻增大。

針對(duì)訓(xùn)練2

(多選)如圖所示是某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)的行人監(jiān)控裝置,R1為光敏電阻、R2為定值電阻,A、B接監(jiān)控裝置,則()

A.當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí),A、B之間電壓升高

B.當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí),A、B之間電壓降低

C.當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí),可增大A、B之間的電壓

D.當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí),可增大A、B之間的電壓

BC

解析R1是光敏電阻,當(dāng)有人通過而遮住光線時(shí),R1的阻值變大,回路中的電流I減小,A、B間的電壓U=IR2減小,故A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;由閉合電路歐姆定律得U=E-I(R1+r),當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí),電路中的電流減小,A、B間的電壓U增大,故C項(xiàng)正確;當(dāng)減小R2的阻值時(shí),電路中的電流增大,A、B間的電壓U減小,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

探究三熱敏元件

情境探究

如圖所示,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高,電阻減小)的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正上都。

(1)若在RT上擦一些酒精,表針將如何偏轉(zhuǎn)

(2)若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻,表針將如何偏轉(zhuǎn)

要點(diǎn)提示(1)由于酒精蒸發(fā),熱敏電阻RT溫度降低,電阻

值增大,表針將向左偏;

(2)用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻,熱敏電阻RT溫度升高,電阻值減小,表針將向右偏。

知識(shí)歸納

1.熱敏電阻:指用半導(dǎo)體材料制成,電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖線①所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線。

2.金屬熱電阻:有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,如圖線②所示,這樣的電阻也可以制作溫度傳感器。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,但相比而言,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大,而熱敏電阻的靈敏度較好。

3.光敏電阻、熱敏電阻特點(diǎn)對(duì)比

元件特點(diǎn)

光敏電阻半導(dǎo)體材料受到的光照增強(qiáng)時(shí),會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子,于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng),電阻減小

熱敏電阻對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,溫度升高時(shí),有更多的電子獲得能量成為自由電子,于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng),電阻減小

閃光語錄熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)別

元件熱敏電阻金屬熱電阻

特點(diǎn)電阻隨溫度的變化而變化且非常明顯電阻率隨溫度的升高而增大

制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體

優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大

作用能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量

應(yīng)用體驗(yàn)

典例3如圖所示是一火警報(bào)警器的一部分電路示意圖,其中RT為用半導(dǎo)體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)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RT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()

A.I變大、U變大B.I變小、U變小

C.I變小、U變大D.I變大、U變小

B

解析當(dāng)RT處出現(xiàn)火情時(shí),熱敏電阻的阻值將減小,則此時(shí)電路中的總電阻減小,由閉合電路歐姆定律可知,電路中的總電流增大,路端電壓將減小,所以R1兩端的電壓增大,并聯(lián)部分的電壓減小,通過R2的電流I變小,所以顯示器的電流I變小,報(bào)警器的電壓U變小,故選B。

規(guī)律方法含有熱敏電阻的電路的動(dòng)態(tài)分析順序

針對(duì)訓(xùn)練3

如圖所示,R為定值電阻,RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí)()

A.R兩端的電壓增大

B.電流表的示數(shù)增大

C.小燈泡的亮度變亮

D.小燈泡的亮度變暗

C

解析RT與小燈泡并聯(lián)后再與R串聯(lián),和電源構(gòu)成閉合電路,當(dāng)溫度降低時(shí),熱敏電阻RT的阻值增大,外電路電阻增大,電流表示數(shù)變小,R兩端電壓減小,小燈泡兩端電壓增大,小燈泡亮度變亮,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。

探究四磁敏元件

情境探究

霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種,這一現(xiàn)象是米國物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的?；魻栐谴艂鞲衅?是實(shí)際生活中的重要元件之一。如圖所示為長度一定的霍爾元件,在該元件中通有方向從E到F的恒定電流I,現(xiàn)在空間加一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,其中元件中的載流子為帶負(fù)電的電荷。

(1)霍爾元件能夠把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為什么量

(2)左、右表面的電勢(shì)哪個(gè)表面高

(3)如果用該元件測(cè)赤道處的磁場(chǎng),保持平面呈水平狀態(tài)有電壓產(chǎn)生嗎

(4)如果在霍爾元件中的電流大小不變,則左右表面的電勢(shì)差與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比嗎

要點(diǎn)提示(1)霍爾元件能夠把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

(2)由于元件中的載流子為帶負(fù)電的電荷,則負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向由F到E,由左手定則可知負(fù)電荷向左表面偏轉(zhuǎn),則右表面的電勢(shì)高。

(3)如果用該元件測(cè)赤道處的磁場(chǎng),由于地磁場(chǎng)與水平面平行,因此如果霍爾元件的平面保持水平,則無電壓產(chǎn)生。

知識(shí)歸納

1.霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。

2.霍爾元件是根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏元件。一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,如錄像機(jī)的磁鼓,電腦中的散熱風(fēng)扇等,已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族,并已得到廣泛的應(yīng)用。

閃光語錄霍爾元件具有許多優(yōu)點(diǎn),它們的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達(dá)1MHz),耐震動(dòng),不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

應(yīng)用體驗(yàn)

典例4(多選)某霍爾元件的工作原理示意圖如圖所示,該元件中電流I由正電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成。下列說法正確的是()

A.M點(diǎn)電勢(shì)比N點(diǎn)電勢(shì)高

B.用霍爾元件可以測(cè)量地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

C.用霍爾元件能夠把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量

D.若保持電流I恒定,則霍爾電壓UH與B成正比

BCD

解析當(dāng)正電荷定向運(yùn)動(dòng)形成電流時(shí),正電荷在洛倫茲力作用下向N極聚集,M極感應(yīng)出等量的負(fù)電荷,所以M點(diǎn)電勢(shì)比N點(diǎn)電勢(shì)低,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)霍爾元件的特點(diǎn)可知,選項(xiàng)B、C正確;因霍爾電壓,保持電流I恒定時(shí),霍爾電壓UH與B成正比,選項(xiàng)D正確。

規(guī)律方法霍爾元件的應(yīng)用

1.將霍爾元件放在磁場(chǎng)中,外部磁場(chǎng)就會(huì)使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力的作用,在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集一種電荷,在導(dǎo)體板的另一側(cè)相應(yīng)出現(xiàn)多余的另一種電荷,從而形成橫向電場(chǎng)。

2.橫向電場(chǎng)對(duì)載流子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板的左右兩側(cè)形成穩(wěn)定的電壓,即qE=qvB,此方程是解決涉及霍爾效應(yīng)問題的重要依據(jù)。

3.明確載流子是帶正電還是帶負(fù)電,并利用左手定則判斷載流子的受力方向。

針對(duì)訓(xùn)練4

(多選)霍爾元件的示意圖如圖所示,一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中,銅板的前、后板面垂直于磁場(chǎng),板內(nèi)通有如圖方向的電流,a、b是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn),則()

A.電勢(shì)φa>φb

B.電勢(shì)φb>φa

C.B一定,電流增大時(shí),|φa-φb|增大

D.其他條件不變,將銅板改為NaCl溶液時(shí),電勢(shì)結(jié)果仍然一樣

AC

解析銅板中的自由電荷是電子,電子定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反,由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向b側(cè)偏轉(zhuǎn),所以φa>φb,A正確,B錯(cuò)誤;因,所以B一定,電流增大時(shí),|φa-φb|增大,C正確;若將銅板改為NaCl溶液,溶液中的正、負(fù)離子均向b側(cè)偏轉(zhuǎn),|φa-φb|=0,即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng),故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)

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4

1.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)原理圖如圖所示。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),下列說法正確的是()

A.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

C

1

2

3

4

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,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),C正確。

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2.(多選)電容式話筒的工作原理如圖所示。D是絕緣支架,薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器,被直流電源充電,當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí),電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流。當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過程中有()

A.電容變大

B.電容變小

C.導(dǎo)線AB中有向左的電流

D.導(dǎo)線AB中有向右的電流

AC

解析當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過程中,相當(dāng)于電容器兩板間距d變小,由可知,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由Q=CU知,電容器充電,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。

1

2

3

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3.如圖所示,實(shí)線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一鉤碼在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí),數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況。從圖中可知道該鉤碼的重力約為N,A、B、C、D四段圖線中鉤碼處于超重狀態(tài)的為,處于失重狀態(tài)的為。

10

A、D

B、C

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2

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解析當(dāng)拉力的大小不變時(shí),壓力傳感器懸掛的鉤碼在豎直方向是勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)壓力傳感器的讀數(shù)就是鉤碼的重力,約10N。當(dāng)壓力傳感器讀數(shù)大于重力時(shí),鉤碼處于超重狀態(tài),即A、D狀態(tài)。當(dāng)壓力傳感器讀數(shù)小于重力時(shí),鉤碼處于失重狀態(tài),即B、C狀態(tài)。

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4.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件,合金絲電阻隨溫度T變化的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示。由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同,熨斗的散熱功率不同,因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大的范圍內(nèi)波動(dòng),易損壞衣物。

有一種用“PTC”特殊材料(主要成分為BaTiO3)作發(fā)熱元件的電熨斗,具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)。PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示。

1

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3

4

根據(jù)圖線解答:

(1)為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快

(2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度T自動(dòng)地穩(wěn)定在θD.不能確定

B

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,指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小,B正確。

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4.如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路,當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí),膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在開始對(duì)膜片施加壓力把膜片電極從圖中的虛線位置推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中,靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從靈敏電流表右接線柱流入時(shí)指針向右偏)()

A.向右偏到某一刻度后回到零刻度

B.向左偏到某一刻度后回到零刻度

C.向右偏到某一刻度后不動(dòng)

D.向左偏到某一刻度后不動(dòng)

A

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解析壓力F作用時(shí),極板間距d變小,由知,電容器電容C變大,又電壓U不變,根據(jù)Q=CU知,極板所帶電荷量變大,所以電容器充電,電流由右接線柱流入靈敏電流表,所以指針將右偏,F不變時(shí),極板保持固定后,充電結(jié)束,指針回到零刻度,故選A。

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5.利用光敏電阻制作的光傳感器,記錄了傳送帶上工件的輸送情況,如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器,光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光,每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時(shí),光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào),并在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系,如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng),每兩個(gè)工件間的距離為0.2m,則傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度大小是m/s;該傳送帶每小時(shí)輸送個(gè)工件。

0.2

3600

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解析從乙圖可知,每間隔1s的時(shí)間光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào),而在這一段時(shí)間內(nèi)傳送帶運(yùn)動(dòng)了兩個(gè)工件之間的距離,所以傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是

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6.如圖所示,是自動(dòng)控制電路的原理圖,a、b間電壓恒定,R1為光敏電阻,R2為定值電阻。當(dāng)電路中的光敏電阻不受光的照射時(shí)用電器可以正常工作。

(1)當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí),其阻值和電流表的示數(shù)如何變化

(2)當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí),用電器工作狀態(tài)怎樣

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解析(1)受光照射時(shí),光敏電阻的阻值會(huì)減小,所以當(dāng)光照射時(shí)電路總阻值變小,干路電流增大,R2兩端電壓增大,并聯(lián)部分的電壓變小,電流表的示數(shù)變小。

(2)當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí),用電器兩端的電壓變得很小,通過的電流也變得很小,故用電器停止工作。

答案(1)變小變小(2)停止工作

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B級(jí)關(guān)鍵能力提升練

7.(2023北京昌平期末)利用熱敏電阻在通以恒定電流(實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定電流為50.0μA)時(shí),其阻值隨溫度的變化關(guān)系(如圖甲所示)可以制作電子溫度計(jì)。把恒壓直流電源E、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V連成如圖乙所示的電路。用熱敏電阻作測(cè)溫探頭,把電壓表的電壓刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子溫度計(jì)。下列說法正確的是()

A.電壓較高時(shí)表示溫度也較高

B.該電子溫度計(jì)表盤上溫度的刻度是均勻的

C.當(dāng)熱敏電阻的溫度升高時(shí),應(yīng)將R1的阻值調(diào)大

D.每升高相同的溫度,熱敏電阻的阻值變化均相等

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甲

乙

答案C

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解析根據(jù)題意可知,電路通有恒定的電流,溫度越高,由圖甲可知,RT阻值越小,由U=IRT可知,熱敏電阻兩端的電壓越小,故A錯(cuò)誤;由上述分析可知,電壓表的示數(shù)為U=IRT,由圖甲可知,RT阻值與溫度不是線性關(guān)系,則電子溫度計(jì)表盤上溫度的刻度不是均勻的,故B錯(cuò)誤;當(dāng)熱敏電阻的溫度升高時(shí),阻值減小,要保證電路中電流恒定,則應(yīng)增大R1,即將R1的阻值調(diào)大,故C正確;由圖甲可知,RT阻值與溫度不是線性關(guān)系,每升高相同的溫度,熱敏電阻的阻值變化不相等,故D錯(cuò)誤。

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8.(多選)有一種測(cè)量人體重的電子秤,其原理如圖中虛線內(nèi)所示,它主要由三部分構(gòu)成:踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)。設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì),已知理想電流表的量程為3A,電源電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻為2Ω,電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R=30-0.01F(F和R的單位分別是N和Ω)。下列說法正確的是()

A.該秤能測(cè)量的最大體重是1400N

B.該秤能測(cè)量的最大體重是2800N

C.該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.375A處

D.該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.400A處

BC

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解析分析題意可知,理想電流表的量程為3A,故電路中電流為3A時(shí),電子秤測(cè)量的體重最大,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,,解得R=2Ω,其中R=30-0.01F,聯(lián)立解得F=2800N,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確;踏板空載時(shí)F=0,代入R=30-0.01F,解得R=30Ω,根據(jù)歐姆定律得,I=0.375A,該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.375A處,C選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

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9.(多選)霍爾元件的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達(dá)1MHz),耐震動(dòng),不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕,所以得到了廣泛的應(yīng)用。圖甲是常見的兩種霍爾元件,圖乙為其工作的原理圖。在霍爾元件中通以大小恒定的電流,方向由a向b,將一磁體靠近時(shí),在c、f兩端將會(huì)有一定的電勢(shì)差,下列說法正確的是()

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A.磁場(chǎng)無論是什么方向,c、f兩端都會(huì)有電勢(shì)差

B.只要保持磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變,無論怎樣改變磁場(chǎng)的方向,c、f兩端的電勢(shì)差都不會(huì)發(fā)生變化

C.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變時(shí),c、f兩端的電勢(shì)差會(huì)隨所加磁場(chǎng)方向的變化而變化

D.在加上某一方向的磁場(chǎng)后,如果c、f兩端有電勢(shì)差,其數(shù)值會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大

答案CD

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解析霍爾元件的工作原理是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)產(chǎn)生力的作用,但當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),就不會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用,c、f兩端就不會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確;當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí),如果c、f兩端產(chǎn)生電勢(shì)差,由可得,電勢(shì)差的數(shù)值會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大,選項(xiàng)D正確。

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10.電容式位移傳感器的工作原理如圖所示。當(dāng)被測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí),電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)出了電容的變化,就能知道物體位置的變化。電容式位移傳感器是把這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。在某次測(cè)量中,電容增大了,則被測(cè)物體向

(選填“左”或“右”)移動(dòng)。

位移

左

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解析被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),電介質(zhì)在極板間的長度不同,影響電容器的電容,電容式位移傳感器是把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。在某次測(cè)量中,電容增大了,根據(jù),可知介電常數(shù)變大了,即被測(cè)物體向左運(yùn)動(dòng)了。

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11.如圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一均勻的滑線電阻,阻值為R,長度為L,兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭,P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)。彈簧處于原長時(shí),P1剛好指著A端,P1與托盤固定相連。若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí),該電壓經(jīng)過放大,通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,托盤自身質(zhì)量為m0,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

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(1)求托盤上未放物體時(shí),在托盤自身重力作用下,P1與A端的距離x1。

(2)求托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí),P1與A端的距離x2。

(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn),其方法是:調(diào)節(jié)P2,使P2離A端的距離也為x1,從而使P1、P2間的電壓為零。校準(zhǔn)零點(diǎn)后,將物體放在托盤上,試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。

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(3)托盤的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng),使P1、P2間出現(xiàn)電勢(shì)差,電勢(shì)差的大小反映了托盤向下移動(dòng)距離的大小,由于R為均勻滑線電阻,則其阻值與長度成正比。由閉合電路歐姆定律知E=IR,由部分電路歐姆定律知U=IR串(R串為P1、P2第1節(jié)常見傳感器的工作原理

A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練

1.(多選)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)變化較大的一定是熱敏電阻

B.置入熱水中與不置入熱水中相比,歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻

C.用黑紙包住與不用黑紙包住相比,歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻

D.用黑紙包住與不用黑紙包住相比,歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻

2.用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程,實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程,下列屬于這類傳感器的是()

A.紅外報(bào)警裝置

B.走廊照明燈的聲控開關(guān)

C.自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置

D.電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器

3.如圖所示,將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,用光照射光敏電阻時(shí),表針的偏角為θ;現(xiàn)用手掌擋住部分光線,表針的偏角為θ',則可判斷()

A.θ'=θB.θ'θD.不能確定

4.如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路,當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí),膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在開始對(duì)膜片施加壓力把膜片電極從圖中的虛線位置推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中,靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從靈敏電流表右接線柱流入時(shí)指針向右偏)()

A.向右偏到某一刻度后回到零刻度

B.向左偏到某一刻度后回到零刻度

C.向右偏到某一刻度后不動(dòng)

D.向左偏到某一刻度后不動(dòng)

5.利用光敏電阻制作的光傳感器,記錄了傳送帶上工件的輸送情況,如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器,光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光,每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時(shí),光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào),并在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系,如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng),每兩個(gè)工件間的距離為0.2m,則傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度大小是m/s;該傳送帶每小時(shí)輸送個(gè)工件。

6.如圖所示,是自動(dòng)控制電路的原理圖,a、b間電壓恒定,R1為光敏電阻,R2為定值電阻。當(dāng)電路中的光敏電阻不受光的照射時(shí)用電器可以正常工作。

(1)當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí),其阻值和電流表的示數(shù)如何變化

(2)當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí),用電器工作狀態(tài)怎樣

B級(jí)關(guān)鍵能力提升練

7.(2023北京昌平期末)利用熱敏電阻在通以恒定電流(實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定電流為50.0μA)時(shí),其阻值隨溫度的變化關(guān)系(如圖甲所示)可以制作電子溫度計(jì)。把恒壓直流電源E、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V連成如圖乙所示的電路。用熱敏電阻作測(cè)溫探頭,把電壓表的電壓刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子溫度計(jì)。下列說法正確的是()

甲

乙

A.電壓較高時(shí)表示溫度也較高

B.該電子溫度計(jì)表盤上溫度的刻度是均勻的

C.當(dāng)熱敏電阻的溫度升高時(shí),應(yīng)將R1的阻值調(diào)大

D.每升高相同的溫度,熱敏電阻的阻值變化均相等

8.(多選)有一種測(cè)量人體重的電子秤,其原理如圖中虛線內(nèi)所示,它主要由三部分構(gòu)成:踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)。設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì),已知理想電流表的量程為3A,電源電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻為2Ω,電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R=30-0.01F(F和R的單位分別是N和Ω)。下列說法正確的是()

A.該秤能測(cè)量的最大體重是1400N

B.該秤能測(cè)量的最大體重是2800N

C.該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.375A處

D.該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.400A處

9.(多選)霍爾元件的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達(dá)1MHz),耐震動(dòng),不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕,所以得到了廣泛的應(yīng)用。圖甲是常見的兩種霍爾元件,圖乙為其工作的原理圖。在霍爾元件中通以大小恒定的電流,方向由a向b,將一磁體靠近時(shí),在c、f兩端將會(huì)有一定的電勢(shì)差,下列說法正確的是()

A.磁場(chǎng)無論是什么方向,c、f兩端都會(huì)有電勢(shì)差

B.只要保持磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變,無論怎樣改變磁場(chǎng)的方向,c、f兩端的電勢(shì)差都不會(huì)發(fā)生變化

C.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變時(shí),c、f兩端的電勢(shì)差會(huì)隨所加磁場(chǎng)方向的變化而變化

D.在加上某一方向的磁場(chǎng)后,如果c、f兩端有電勢(shì)差,其數(shù)值會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大

10.電容式位移傳感器的工作原理如圖所示。當(dāng)被測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí),電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)出了電容的變化,就能知道物體位置的變化。電容式位移傳感器是把這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。在某次測(cè)量中,電容增大了,則被測(cè)物體向(選填“左”或“右”)移動(dòng)。

11.如圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一均勻的滑線電阻,阻值為R,長度為L,兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭,P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)。彈簧處于原長時(shí),P1剛好指著A端,P1與托盤固定相連。若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí),該電壓經(jīng)過放大,通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,托盤自身質(zhì)量為m0,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。

(1)求托盤上未放物體時(shí),在托盤自身重力作用下,P1與A端的距離x1。

(2)求托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí),P1與A端的距離x2。

(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn),其方法是:調(diào)節(jié)P2,使P2離A端的距離也為x1,從而使P1、P2間的電壓為零。校準(zhǔn)零點(diǎn)后,將物體放在托盤上,試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。

第1節(jié)常見傳感器的工作原理

1.AC熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化,定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生