高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第二單元第3課時(shí) 傳感器的原理及其應(yīng)用課件 選修35

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1、高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理第二單元傳感器第二單元傳感器 第第3課時(shí)傳感器的原理及其應(yīng)用課時(shí)傳感器的原理及其應(yīng)用 選修32 第十一章交變電流傳感器 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)一傳感器的含義及元件1傳感器：傳感器是指這樣一類元件：它能感受例如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_量，并能把它們轉(zhuǎn)換成電壓、電流等_量，或轉(zhuǎn)換為電路的_從而能方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制2傳感器的元件：制作傳感器時(shí)經(jīng)常使用的元件有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等(1)熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，常態(tài)時(shí)其阻值約為10 k，其電阻率隨溫度的變化而變化，溫度升高時(shí)，

2、其電阻率顯著_；答案：1非電學(xué)電學(xué)電壓 2(1)減小高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(2)光敏電阻也是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率在光照射下顯著_；在沒有光照射下其阻值可以達(dá)到幾十兆歐在一般室內(nèi)光照射下，電阻可以降到幾千歐，利用多用電表的歐姆擋測(cè)量不同溫度下的熱敏電阻以及不同光照射條件下光敏電阻的阻值，就可以了解熱敏電阻隨溫度以及光敏電阻隨光照的變化規(guī)律(3)霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電壓，當(dāng)電流一定時(shí)，霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成_比答案：(2)減小(3)正高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化1傳感器的定義國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對(duì)傳感器有如下的定義，“能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定

3、的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”通俗地說，傳感器在現(xiàn)代技術(shù)中是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并且能夠按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量；其工作過程是通過對(duì)某一物理量敏感的元件，將感受到的信號(hào)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诶玫碾娦盘?hào)，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以方便的進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理2傳感器的原理傳感器感受到的通常是非電學(xué)量，如電壓、溫度、位移、濃度、速度等，而它傳輸?shù)耐ǔＪ请妼W(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)非常微弱，通常經(jīng)過放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作傳感器的

4、原理也可以用下圖表示：非電學(xué)量 敏感元件 轉(zhuǎn)換器材 轉(zhuǎn)換電路 電學(xué)量 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)二傳感器的應(yīng)用1傳感器應(yīng)用的一般模式傳感器電路放大轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器（指針式電表，數(shù)字屏）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理2傳感器的分類目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，常用的分類方法有兩個(gè)(1)按_分類，如輸入量分別是溫度、壓力、位移、速度、加速度等非電學(xué)量時(shí)，相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器這種分類的方法給使用者提供了方便，容易根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇需要的傳感器等(2)按傳感器的_分類，可分為電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、

5、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等答案：2(1)輸入量(2)工作原理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化1力傳感器的應(yīng)用電子秤(1)電子秤有應(yīng)變片、電壓放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字顯示器等器件電阻應(yīng)變片受到力的作用時(shí)，它的電阻會(huì)發(fā)生變化，把應(yīng)變片放在合適的電路中，他能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(2)工作原理：如下圖所示，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的阻值變化就越

6、大如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出，外力越大，輸出的電壓差值也就越大. 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理2聲傳感器的應(yīng)用話筒(1)如下圖所示的話筒是一種把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器(2)工作原理：金屬膜片M 和固定電極N形成一個(gè)電容器，Q是兩個(gè)絕緣支架電容器被直流電源充電后，當(dāng)聲波沖擊薄金屬膜片M而使之周期性振動(dòng)時(shí)，電容器兩極間距離的變化而導(dǎo)致電容大小發(fā)生變化，電容器的電荷量隨之發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理3溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗、電飯鍋

7、(1)如下圖所示，溫度傳感器一般由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻制成，它是把熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)而進(jìn)行自動(dòng)控制的電熨斗的內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，雙金屬片的膨脹系數(shù)不同，上層金屬的膨脹大于下層金屬，溫度變化時(shí)，由于雙金屬片的膨脹系數(shù)不同從而控制電路的通斷，以達(dá)到控制溫度的目的高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(2)如右圖所示，電飯鍋中應(yīng)用的溫度傳感器，其主要元件是感溫鐵氧體感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的它的特點(diǎn)是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是當(dāng)溫度上升到“居里溫度”或“居里點(diǎn)”(約103 )時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了電飯鍋中的溫度傳感器起限溫開關(guān)的

8、作用，手動(dòng)閉合，當(dāng)感溫鐵氧體的溫度上升到“居里點(diǎn)”時(shí)，開關(guān)自動(dòng)斷開，且不能自動(dòng)復(fù)位，以此來控制電飯鍋中的溫度高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型一結(jié)合傳感器的選擇題結(jié)合傳感器的選擇題在近幾年可謂雨后春筍、千姿百態(tài)，給人們耳目一新的感覺那么，解答這類題的關(guān)鍵是要明確各類元件的特點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)力學(xué)和電學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，從而作出正確的選擇高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)加速度計(jì)的構(gòu)造原理的示意圖如右圖所示沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與

9、固定壁相連滑塊原來靜止于O點(diǎn)，彈簧處于自然長(zhǎng)度，滑塊上有指針可通過標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為x，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度()A方向向左，大小為kx/mB方向向右，大小為kx/mC方向向左，大小為2kx/mD方向向右，大小為2kx/m高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：撇開陌生的信息，通過相似性聯(lián)系，抓住主要信息并加以比較和分析，從而找到解答試題的正確方法分析這類問題可知它與平時(shí)的受力問題是類似的，問題就轉(zhuǎn)化為我們所熟悉的物理信息，即彈簧受力問題由導(dǎo)彈沿水平向左偏移x，則以導(dǎo)彈為研究對(duì)象，彈簧一邊受擠壓，一邊受拉伸，其受力情

10、況如圖： ，則合力Fmg2kx，加速度a ，顯然方向是向右的，故D項(xiàng)正確答案：D2kxm 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練1.演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表測(cè)的對(duì)應(yīng)電阻發(fā)生改變，所以其示數(shù)會(huì)發(fā)生變化，但整個(gè)電路的總電阻沒改變，所以電路中的電流不變答案：B高

11、考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理這類題目不涉及傳感器的技術(shù)細(xì)節(jié)，在考查知識(shí)的同時(shí)，更多考查同學(xué)們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解能力，對(duì)實(shí)際問題的分析和判斷能力、對(duì)圖象信息的提取和加工能力同樣是知識(shí)考查，但經(jīng)過命題者的匠心組合，題目的內(nèi)容更加新穎、形式更加靈活，這是現(xiàn)今高考的熱點(diǎn)趨勢(shì)，有的同學(xué)因讀不透材料、看不懂圖象、得不到信息而墜入云里霧中，但若設(shè)置成直接考查直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)的題目，又顯得索然無味將基本知識(shí)、基本規(guī)律融入新情景中，正是命題專家絞盡腦汁、苦心經(jīng)營(yíng)的結(jié)果題型二結(jié)合傳感器的綜合題高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中，如右圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感

12、器，箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)當(dāng)箱以a2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的壓力傳感器顯示的壓力為6.0 N，下底板的壓力傳感器顯示的壓力為10.0 N(取g10 m/s2)(1)若上頂板壓力傳感器的示數(shù)是下底板壓力傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運(yùn)動(dòng)情況(2)要使上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零，箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的？高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：(1)當(dāng)箱子以a2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)金屬塊進(jìn)行受力分析得：mgFNFma 代入數(shù)值得m0.50 kg.由于彈簧長(zhǎng)度不變，F(xiàn)10 N當(dāng)上頂板壓力傳感器的示數(shù)是下底板壓力傳感器的示數(shù)的一半時(shí)，對(duì)金屬塊

13、受力分析應(yīng)用牛頓第二定律可得mg FFma1，可解得a10，箱子處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)當(dāng)上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)N0，由牛頓第二定律得mgFma2解得a210 m/s2，負(fù)號(hào)表示a方向向上12 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理若箱和金屬塊的加速度a10 m/s2時(shí)，進(jìn)一步壓縮彈簧，此時(shí)傳感器示數(shù)也為0，因此，只要a10 m/s2，均能使上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零所以箱子可能做a10 m/s2豎直向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)答案：(1)箱子處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)箱子可能做a10 m/s2豎直向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)點(diǎn)評(píng)：通過壓力傳感器，可

14、以把物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)問題轉(zhuǎn)換為力的測(cè)量問題，只要測(cè)得所受力就可以知其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)本題最關(guān)鍵的一點(diǎn)是上下板都有示數(shù)，彈簧長(zhǎng)度不變則彈力不變，故下底板示數(shù)仍為10 N.高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練2.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(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(zhǎng)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?/p>

15、速度為g.求：高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；(2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A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點(diǎn)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m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)系式高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：移動(dòng)托盤帶動(dòng)P1的移動(dòng)，使P1、P2間出現(xiàn)電勢(shì)差，電勢(shì)差大小反映了托盤向下移動(dòng)的距離大小，因R為均勻的滑線電阻器，故其阻值與長(zhǎng)度成正比(1)由平衡條件得：m0gkx1，解得：(2)托

16、盤放上重物重新平衡后有：m0gmgkx2，解得：(3)設(shè)電路中的電流為I，由閉合電路歐姆定律知EIR設(shè)P1、P2間的電阻為Rx，距離為x，則根據(jù)部分電路歐姆定律得UIRx，又解得答案：(1)x1x1m0gk. x2mm0gk. RxRxL得 xx2x1mgk mkLgEU. m0gk (2)x2mm0gk (3)m kLgEU 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如下圖(a)所示將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表示數(shù)如下

17、圖(b)所示下列判斷正確的是()A從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)警示不能正確分析力電傳感器的關(guān)系高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理錯(cuò)解：由圖(b)可知，在t1t2時(shí)間內(nèi)，電流是均勻增加的，說明小車正在向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故B正確；在t2t3時(shí)間內(nèi)，電流大小不變，說明壓敏電阻大小不變，小車的加速度等于零，說明小車正在向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C正確選BC.高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理分析糾錯(cuò)：以上錯(cuò)解的原因在于不能通過電流圖象根據(jù)電路知識(shí)分析壓敏電阻的變化，結(jié)合題意對(duì)壓敏電阻的說明分析其所受壓力的變化，運(yùn)用牛頓第二定律解答正確的思路是：由圖(b)可知，從t1到t2時(shí)間內(nèi)，電路中電流持續(xù)增大，電阻不斷變小，由壓敏電阻的原理可知電阻所受的壓力持續(xù)變大，故小車的加速度變大，小車做變加速直線運(yùn)動(dòng)，故AB項(xiàng)錯(cuò)誤；從t2到t3時(shí)間內(nèi)，電流大小不變，但比0t1時(shí)間內(nèi)大，說明絕緣小球?qū)好綦娮璧膲毫Ρ仍瓉泶螅３植蛔?，故小車向右作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤，則D項(xiàng)正確答案：D高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理祝祝您您