鲁科版高中物理选择性必修第二册第5章章末综合提升课件+学案+测评含答案

主题1　传感器工作原理、常见敏感元件及

其应用

1．传感器的工作原理

传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示。

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2．光敏电阻

光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量。

3．热敏电阻和金属热电阻

金属热电阻的电阻率随温度升高而增大。其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。

热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感。热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量。

4．电容器

平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。

5．霍尔元件

霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，霍尔电压UH＝k。

【典例1】　如图为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I­U关系曲线图。

(1)为了通过测量得到图所示I­U关系的完整曲线，在图甲和乙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：____________。(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)

(2)在如图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。由热敏电阻的I­U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω。

[解析]　(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大。

(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝mA＝34 mA。由图像查得34 mA对应的电压为5.0 V，R2两端电压9 V－5.0 V＝4.0 V，所以R2＝ Ω≈117.6 Ω。

[答案]　(1)甲　因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大　(2)5.0　117.6

主题2　传感器在实际问题中的应用

以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：

【典例2】　青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。

光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。

(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在下面虚线框中画出电路原理图。

光敏电阻R1，符号

灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号

保护电阻R2，符号

电磁开关，符号

蓄电池E，电压36 V，内阻很小

开关S，导线若干

(2)回答下列问题：

①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω。

②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。

答：__________________________________________。

③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。

答：__________________________________________。

[解析]　(1)电路原理如图所示。

(2)①由题意知：U＝IR＝0.1 A×200 Ω＝20 V

R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大，

即Imax＝，解得Rmin＝160 Ω

R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小，

即Imin＝，解得Rmax＝520 Ω。

故保护电阻R2的阻值范围为160～520 Ω。

②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开。

③电磁起重机(电磁打点计时器、电铃等合理答案均可)。

[答案]　(1)见解析　(2)①20　160～520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通，不吸合时，3、4之间断开　③见解析