人教版高中物理选择性必修二第五章 传感器 复习课件

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人教2019版 高中物理 选择性必修二第五章 传感器 章末复习目录生 活 应 用典 例 分 析04随 堂 训 练知识网络知识梳理传感器1、认识传感器根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器；根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。光电式传感器磁电式传感器2、传感器的组成与应用模式电信号被测量敏感元件转换元件信号调整与转换电路计算机系统显示器（指针式电表或数字屏）执行机构传感器基本部分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。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:(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。3、常见传感器的工作原理及应用①光敏电阻:在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大。光强电阻率小光弱电阻率大 应用②金属热电阻和热敏电阻性:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻的阻值随温度升高而减小。热电阻应用热敏电阻应用用铂制作的电阻温度计③电阻应变片应用原理金属电阻应变片半导体电阻应变片④电容式位移传感器电容器:平行板电容器的电容与极板面积、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：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件。4、利用传感器制作简单的自动控制装置①门窗防盗报警装置②光控开关传感器在实际问题中的应用光电传感器温度传感器力传感器电容传感器光敏电阻热敏电阻压敏电阻等电容器直流电路动态分析直流电路问题力学、运动学与直流电路力、运动与含容电路 同电路的动态问题分析一样，先从部分到整体，再到部分。涉及到电路的计算问题时，由于敏感元件变化的特性，所以找准对应时刻、位置等，把握图象的信息非常重要。传感器电路的分析方法例1、如图所示,一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)A.I变大,U变大B.I变大,U变小C.I变小,U变大D.I变小,U变小D【答案】D【解析】R2所在处出现火情时,温度升高,则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓,故显示器的电流I变小,由U=E-I干r,I干变大,知U变小,故选项D正确。例2、如图所示,某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置。则(　　)A.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压升高B.当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压降低C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压BC【答案】BC【解析】R1是光敏电阻,有光照射时,阻值变小,当有人通过而遮蔽光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小,故A错误,B正确;由闭合电路欧姆定律得:U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故C正确;当仅减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故D错误。故应选BC。例3、如图所示,某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是(　　)A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联A 【答案】A【解析】A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,故正确选项为A。典例分析传感器【例题1】如左图所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如下图所示．若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20…(单位：cm)，则下述说法正确的是(不计工件挡住的时间)( ) A.工件加速度为0.1 m/s2 B.工件加速度为0.4 m/s2C.当无光照射R1时，光传感器就输出一次高电压 D.当无光照射R1时，光传感器就输出一次低电压【解析】由题意知，工件做匀变速直线运动且相邻工件间距依次为5、10、15、20…，由下图知相邻时间间隔为T＝0.5 s，由Δx＝aT2得a＝0.2 m/s2 ， 故A、B错误；光敏电阻的特点，有光照射电阻较小，无光照射电阻较大，根据电路连接关系知当无光照射R1时，电阻较大，分压较大，R2分压较小，故光传感器就输出一次低电压，故C错误，D正确。故选DD【解析】应变片多用半导体材料制成，A正确，不符合题意；当应变片拉伸时，其电阻变大，B正确，不符合题意；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，符合题意、D正确，不符合题意。C【例题2】如图是智能称重地磅，它使用方便快捷、计量精度高、反应速度灵敏、移动方便，这种地磅安装了应变式力传感器，下列关于应变式力传感器的说法不正确的是（ ）A.应变片是由半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大A【例题3】如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B．当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低．由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为（ ）生活应用传感器【例题1】传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（　　）A.冰箱控温系统使用了温度传感器B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量A　【解析】冰箱控温系统使用了温度传感器，调节冰箱内的温度，A正确；夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。【例题2】电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压时两端产生电压,压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路,红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两个脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼拍照。则红灯亮时(　　 ) A.车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流B.车轮经过感应线的过程中,电容器先充电后放电C.车轮经过感应线的过程中,电阻R上的电流一直增大D.汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内,仍会被电子眼拍照BD 　【解析】车轮停在感应线上时,压力不变,则电压不变,电容器不充电,也不放电,电阻R上没有电流,故A错误。由乙图可知,当车轮经过时电流先增大后减小,然后再反向增大、减小;因电压是在受压时产生的,故说明电容器先充电后放电;故B正确,C错误。若汽车前轮越过感应线,又倒回线内,则前轮两次压线,仍形成两个脉冲电流,符合拍照条件,电子眼仍可拍照,故D正确。【例题3】如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层会形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知（　　）A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C.当用手指触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D.如果用戴了薄绝缘手套的手触摸屏幕，不能引起触摸屏动作AB　【解析】当手触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，改变手指的压力或接触面积，都能改变电容．故A正确；由平行板电容器的决定式可知，接触面积增大时，电容增大；故B正确，C错误；绝缘手套与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作，故D错误。【例题4】如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为(　　) D　随堂训练传感器1. 有一热敏电阻的电阻值在t1～t4的温度变化范围内,R-t图像如图所示。现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上,做成一个电阻温度计,为了便于读数,再把欧姆表上的电阻值转换成温度值,现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏,那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜(设在t1～t4温度范围内,欧姆表的倍率不变)(　　)A.t1～t2　　　　　　　　　　　B.t2～t3C.t3～t4D.都可以【解析】选B。由题图可知热敏电阻的电阻值随温度的升高而增大,在t2～t3温度范围内,电阻值随温度的变化较大,即电阻值对温度的变化较为灵敏,故选B。B　2.(多选)在一些学校的教室里,为了保证照明条件,采用了智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯,其原理图如图所示,R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁,衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动,另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理,下列描述正确的是 (　　) A.光照越强时,光敏电阻的阻值越大,衔铁被吸引下来B.光线不足时,光敏电阻的阻值变大,所在电路电流变小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯接通C.上面的两接线柱应该和日光灯电路连接D.下面的两接线柱应该和日光灯电路连接【解析】选BC。由光敏电阻的特性可知,光照强度越强,电阻越小,电流越大,衔铁被吸引下来,日光灯电路断开;光线不足时,电阻增大,电流减小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯电路接通,因此,上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项B、C正确。BC　3.传感器是指这样一类元件:它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量或转化为电路的通断。下列器件不能作为传感器的是(　　)A.发光二极管　　　　　　　　B.话筒C.霍尔元件D.光敏电阻【解析】选A。传感器具有把非电学量转换为电学量的特性,发光二极管具有单向导电性,不能作为传感器,A选项正确;话筒把声音信号转换为电信号,属于传感器,霍尔元件把磁信号转换为电信号,属于传感器,光敏电阻把光信号转换为电信号,属于传感器,B、C、D错误。 A　4、如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I ­U关系曲线图。（1）为了通过测量得到如图所示I ­U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I ­U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：甲电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大　5.0117.6退 出