2020屆高考物理一輪 專題31 傳感器及其應用學案 新課標

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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題31 傳感器及其應用 教學目標：1．知道什么是傳感器，知道傳感器是由敏感元件、電子線路與控制線路等組成的 2．常見的傳感器工作原理及簡單應用 3．應用傳感器知識解決一些實際問題 本講重點：常見的傳感器工作原理及簡單應用 本講難點：應用傳感器知識解決一些實際問題 考點點撥：1．熱敏電阻的特性 2．光敏電阻的特性 3．力傳感器的應用 4．溫度傳感器的應用 5．霍爾元件的應用 第一課時 二、高考要點精析 （一）熱敏電阻的特性 ☆考點點撥 熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。與金屬熱電阻的特性相反。 ☆考點精煉 1．如圖所示

2、，R 1為定值電阻，R 2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻（負溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻），L為小燈泡，當溫度降低時（ ） A．R 1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強 D．小燈泡的亮度變?nèi)? （二）光敏電阻的特性 ☆考點點撥 光敏電阻的阻值與光照強度有關(guān)。光照越強，阻值越小。 （三）力傳感器的應用 ☆考點點撥 力傳感器是將力信號轉(zhuǎn)化為電流信號的元件。 【例3】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

3、個滑動頭，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，彈簧處于原長時，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，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。求： （1）托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離xl． （2）托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離A的距離x2． （3）在托盤上未放物體時通常先核準零點，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為xl，從而使P1、P2間的電壓為零．校準零點后，將物體m放在托盤上，試推導出物

4、體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式． 分析：托盤的移動帶動P1移動，使P1、P2間出現(xiàn)電勢差，電勢差的大小反映了托盤向下移動距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長度成正比． ☆考點精煉 第二課時 （四）溫度傳感器的應用 ☆考點點撥 溫度傳感器是將溫度這個熱學量轉(zhuǎn)化為電流這個電學量的。 【例4】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能，對此以下說法中正確的是（ ） A．通電后其功率先增大后減小 B．

5、通電后其功率先減小后增大 C．當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1至t2的某一值不變 D．當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變 ☆考點精煉 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在較大范圍內(nèi)波動，易損壞衣物． 有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點．PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實線②所示．試根據(jù)圖線分析： （1）為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗

6、剛通電時比普遍電熨斗升溫快？ （2）通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在T_____

7、多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。 設電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題： （1）達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面Ａ的電勢（填高于、低于或等于）。 （2）電子所受的洛倫茲力的大小為 。 （3）當導體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時，電子所受的靜電力的大小為 ． （4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=，其中n代表導體板單位體積中電子的個數(shù)。 點評：①該題是帶電粒子在復

8、合場中的運動，但原先只有磁場，電場是在通電后自行形成的，在分析其他問題時，要注意這類情況的出現(xiàn)。②聯(lián)系宏觀量I和微觀量的電流表達式 是一個很有用的公式。 ☆考點精煉 5．電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設流量計是如圖7所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當導電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下

9、兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 A． B． C． D． 4．答案：（1）冷態(tài)時PTC電阻很小，電功率很大，所以升溫很快（2）6 7 5．答案：A 三、考點落實訓練 1．利用半導體材料可以制成（ ） A．標準電阻 B．熱敏電阻 C．光敏電阻 D．晶體管 2．下列方法有可能使半導體材料的電阻率減小的是（ ） A．升高半導體的溫度 B．用光照射半導體 C．在半導體中加入微量其它雜質(zhì)

10、 D．以上情況都不可能 3．有一電學元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A．金屬導體 B．絕緣體 C．半導體 D．超導體 4．關(guān)于各種材料的電阻率，下列說法正確的是（ ） A．純金屬的電阻率較合金的電阻率小 B．把一根長導線截成兩段，每段的電阻率是原來的 C．任何材料的電阻率在任何條件下都不可能為零 D．任何材料的電阻率都隨溫度的升高而增大 8．隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進人家庭。洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能

11、使傳感器工作，是因為（ ） A．改變了濕度 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 12．為解決樓道的照明問題，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與控制電燈的電路相接。當樓道內(nèi)有走動而發(fā)出聲響時，電燈即被電源接通而發(fā)光，這種傳感器為________傳感器，它輸入的是_________信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是_________信號。 13．光電傳感器利用_________將___________信號轉(zhuǎn)換成了__________信號；熱電傳感 器利用____________將_________信號轉(zhuǎn)換成了___________信號，

12、從而實現(xiàn)自動控制的目的。 14．如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是___________，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是________（填字母代號） A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 圖 12 15．如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為m的振子兩端連有勁度系數(shù)均為k的輕彈簧，電源的電動勢為E，不計內(nèi)阻，滑動變阻器的總阻值為R，有效長度為L，系統(tǒng)靜止時滑動觸頭位于滑動變阻器正中，這時電壓表指

13、針恰好在刻度盤正中。求： ⑴系統(tǒng)的加速度a（以向右為正）和電壓表讀數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。 ⑵將電壓表刻度改為加速度刻度后，其刻度是均勻的還是不均勻的？為什么？ ⑶若電壓表指針指在滿刻度的3/4位置，此時系統(tǒng)的加速度大小和方向如何？ 16．某學生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導線若干、

14、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）． 請完成對該物體質(zhì)量的測量： （1）設計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)。并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出這一完整的電路（包括力電轉(zhuǎn)換器在內(nèi)） （2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m． （3）設想實驗中可能會出現(xiàn)的問題． 17．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導線若干．如圖所示，試設計一個溫控電路．要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程． 7．B 點撥：由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)，電容C在

15、減小，可推知正對面積S減小，即h在減小。 8．D 人是導體，可以與其它導體構(gòu)成電容器。手靠近干手機時，改變了設置在干手機內(nèi)的電容式傳感器的電容，干手機開始工作。能否用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上是可行的，但作為干手機，這種傳感器的設置有很大缺陷。干手機周圍的環(huán)境（如濕度和溫度）一年四季都在變化，與手的靠近無關(guān)，假如濕度、溫度發(fā)生變化，干手機就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機”？故選項D正確。 9．A 分析：由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開，進而起到控制作用．所以選項A正確． 10．B 分析：

16、電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故觸頭移動時不會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，故A錯誤；電壓表測得是觸頭P左側(cè)電阻分得的電壓，故示數(shù)隨物體M的移動，亦即觸頭的運動而變，故B正確，C、D錯誤． 11．A、B、C、D 12．聲電；聲；電 13．光敏電阻；光；電；熱敏電阻；溫度；電 16．分析：（1）力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個全新的儀器，但它與其他所有測量儀器一樣，有它們的共性，即需要有一個“調(diào)零”步驟，這個“調(diào)零”工作的要求就是當受壓面上不放物體時通過對輸入電路的輸入電壓的調(diào)節(jié)從而使輸出電壓為零，這就是力電轉(zhuǎn)換器的“調(diào)零”． （2）為了使輸入電路上的電壓可調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍盡

17、可能大一些，可以用滑動變阻器組成分壓電路． （3）根據(jù)題給信息“被測物體質(zhì)量與輸出電壓成正比”，先在受壓面上放質(zhì)量為m0的砝碼，測出其輸出電壓U0，然后將待測物體放在受壓面上，測出其輸出電壓U，根據(jù)兩者的比例關(guān)系，便可得出m． 解：（14分）（1）設計的電路圖如圖所示。（4分） （2）測量步驟與結(jié)果如下： ①閉合開關(guān) S，調(diào)節(jié)變阻器的滑片 P，使力電轉(zhuǎn)換 器的輸出電壓為零．（1分） ②將質(zhì)量為m0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U0．（1分） ③取下砝碼，將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U。（1分） 由以上測量可求出比例系數(shù)k及待測物體的質(zhì)量m 因為U0=km0g，所以有： （2分） 又由于U = kmg，所以待測物體的質(zhì)量為： （2分） （3）實驗中可能會出現(xiàn)的問題有： （3分） ①因電源電壓太小而輸出電壓調(diào)不到零． ②待測物體的質(zhì)量超過此力電轉(zhuǎn)換器的量程． （提出其它問題，只要合理可酌情給分，答出上面任一條給2分，答全給3分）