新教材2023_2024学年高中物理第5章传感器本章整合课件教科版选择性必修第二册

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第五章本章整合突破　传感器的应用1.传感器的应用过程包括三个环节:感、传、用(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息,并转化为电学量。(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。2.处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电路分解为三个部分(1)传感器所在的信息采集部分;(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);(3)执行电路。【例题】 (2023云南曲靖高二期末)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图甲所示,继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过20 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻为20 Ω,热敏电阻的阻值RT与温度t的关系如下表所示。甲 (1)提供的实验器材:电源E(内阻不计)、滑动变阻器R、热敏电阻RT、继电器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30~70 ℃之间任一温度的控制,电源E的最小值应为　　　　 V(保留两位有效数字),若要调高加热器加热的温度,图甲中滑动变阻器滑片应向　　　　(选填“左”或“右”)滑动。 乙(2)实验时发现电路不工作,某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图乙所示的选择开关旋至　　　　(选填“A”“B”“C”或“D”)。 5.0右C(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查。在图甲中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针　　　　(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针　　　　(选填“偏转”或“不偏转”)。 (4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为70 ℃时被吸合,若电源电动势为6 V(内阻不计),则滑动变阻器的阻值应调整为　　　　 Ω;但定量调节滑动变阻器并不方便,可使用变阻箱,将变阻箱的电阻调整为60 Ω,替换热敏电阻,调节滑动变阻器直至刚好被吸合即可。 不偏转 偏转60解析 (1)要想控制30 ℃时的情况,此时热敏电阻的阻值为230 Ω,需要的最小电动势E=20×10-3×(230+20) V=5.0 V,若要调高加热器加热的温度,则热敏电阻的阻值变小,故滑动变阻器的阻值要增大,即向右滑动。(2)要想测量电压,应将旋钮旋至电压挡位上,电动势为5.0 V,因此应选择10 V量程,故旋至C点。(3)若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时电表与电源不连接,因此指针不偏转;而接入a、c时,电表与电源直接连接,故指针发生偏转。(4)当温度为70 ℃,热敏电阻RT=60 Ω,用电阻箱替代热敏电阻,所以把电阻箱数值调到60 Ω。对点演练(2023广东高二期末)2022年北京冬奥会室内赛场利用温度传感器实时监控赛场温度,而温度传感器的主要部件是热敏电阻。某探究小组的同学用一个热敏电阻设计了一个简易的“过热自动报警电路”。甲 (1)为了测量热敏电阻RT的阻值随温度变化的关系,该小组设计了如图甲所示的电路,他们的实验步骤如下:①将单刀双掷开关S掷向1,调节热敏电阻的温度t1,记下电流表的相应示数I1;②将单刀双掷开关S掷向2,调节电阻箱R使电流表的读数为　　　　,记下电阻箱相应的示数R2; ③逐步升高温度的数值,每一温度下重复步骤①②;I1 ④根据实验测得的数据,作出了热敏电阻RT的阻值随温度t变化的图像,如图乙所示。乙 (2)该小组设计的“过热自动报警电路”如图丙所示,电源的电动势为E=3 V,电源内阻可忽略,继电器线圈用漆包线绕成,阻值为R0=15 Ω。将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当线圈中的电流大于等于60 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响起,同时指示灯熄灭。图丙中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　(选填“A”或“B”)相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　　(选填“A”或“B”)相连;环境温度超过　　　　 ℃时,警铃响起报警;若电源有一定的内阻,则警铃报警时对应的温度将　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。 丙 B A40升高解析 (1)②实验采用等效替代法﹐将单刀双掷开关S掷向2,调节电阻箱R使电流表的读数为I1。(2)温度升高时,热敏电阻的阻值减小,根据欧姆定律,热敏电阻的阻值减小,电路中电流就会增大,电磁铁的磁性就会增大。当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。当线圈中的电流I=60 mA=0.06 A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警控制电路的总电阻 =50 Ω,热敏电阻RT=R总-R0=50 Ω-15 Ω=35 Ω,由图乙可知,此时t=40 ℃;所以当温度t≥40 ℃时,警铃报警。当考虑电源内阻时,线圈中的电流大于等于60 mA,则 =50 Ω,不变,但热敏电阻RT'=R总-R0-r,热敏电阻的阻值变小,温度升高。