《2019-2020版高中物理 第三章 傳感器 1-2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器講義+精練（含解析）教科版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020版高中物理 第三章 傳感器 1-2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器講義+精練（含解析）教科版選修3-2（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2溫度傳感器和光傳感器學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.知道什么是傳感器，知道其將非電信息轉(zhuǎn)換成電信息的意義.2.了解熱敏電阻、敏感元件的特性.3.了解幾種溫度傳感器及光傳感器的原理科學思維：通過對含溫度傳感器、光傳感器的電路分析，體會傳感器在電路中的作用科學探究：通過多種渠道收集傳感器的信息，進行交流展示，感受傳感器技術(shù)在信息時代的作用與意義一、傳感器1定義：把被測的非電信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應的電信息的器件或裝置2組成：一般由敏感元件和處理電路組成(1)敏感元件：將要測量的非電信息變換成易于測量的物理量，形成電信號(2)處理電路：將敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄、處理和控制的
2、電學量3敏感元件的原理(1)物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應；(2)化學類：基于化學反應的原理；(3)生物類：基于酶、抗體和激素等分子識別功能二、溫度傳感器1分類(1)熱雙金屬片溫度傳感器(2)熱電阻傳感器(3)熱敏電阻傳感器：NTC型：電阻值隨溫度升高而減小PTC型：電阻值隨溫度升高而增大2作用將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學量變化，通過測量傳感器元件的電學量隨溫度的變化來實現(xiàn)溫度的測量三、光傳感器1原理：某些金屬或半導體材料，在電路中受到光照時，產(chǎn)生電流或電壓，實現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化2作用：感知光線的變化或場景的變換，使機器作出反應1判斷下列說法的正誤(1)傳感器可以把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量
3、()(2)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大()(3)干簧管可以感知磁場，接入電路，相當于開關(guān)的作用()(4)光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化，光照越強電阻越小()2如圖1所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時，電流表的讀數(shù)_(填“變大”或“變小”)，小燈泡的亮度_(填“變亮”或“變暗”)圖1答案變小變亮一、傳感器當你走進一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？答案人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開關(guān)門1傳感器的原理：2在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的；(3)是如何顯
4、示或控制開關(guān)的例1(2018揚州市邗江區(qū)高二下學期期中)關(guān)于傳感器，下列說法正確的是()A所有傳感器都是由半導體材料制成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D水銀溫度計是一種傳感器答案B解析傳感器材料分半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料，所以A錯誤；金屬材料也可以制成傳感器，所以B正確；傳感器是通過非電學量轉(zhuǎn)換成電學量來傳遞信號的，所以C錯誤；水銀溫度計根據(jù)熱脹冷縮來測量溫度，不是傳感器，所以D錯誤例2如圖2是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通
5、過觀察電壓表示數(shù)可以了解油量情況若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖2答案見解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小二、溫度傳感器如圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將
6、如何偏轉(zhuǎn)？答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右偏1溫度傳感器的作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學量的變化2常見的溫度傳感器(1)熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時，雙金屬片變形，可控制電路的通斷應用：日光燈啟動器，電機、電冰箱保護等(2)熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當外界溫度t發(fā)生變化時，其電阻值按RR0(1t)的規(guī)律變化(為溫度系數(shù)，R0為t0 時導體的電阻)應用：測溫度、測流量等(3)熱敏電阻傳感器原理：半導體熱敏電阻的阻值隨溫度
7、的變化而變化應用：測溫、溫度控制或過熱保護等分類：正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC)，它的電阻隨溫度升高而增大負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，它的電阻隨溫度的升高而減小例3(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制如圖3所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高，電阻越小)，C為電容器當環(huán)境溫度降低時()圖3A電容器C的帶電荷量增大B電壓表的讀數(shù)增大C電容器C兩極板間的電場強度減小DR1消耗的功率增大答案AB解析當環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P
8、1變小，D錯誤；電容器兩極板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E，QCU2可知，Q、E都增大，故A正確，C錯誤三、光傳感器如圖所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，請閱讀教材，然后簡述其工作原理答案光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強度相等的光線一路光線直接到達光電轉(zhuǎn)換電路7上，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達光電轉(zhuǎn)換電路6上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、U2，如果U1U2，說明被測的光路上沒有煙塵；相反，如果U1、U2相差較大，
9、說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度例4(多選)如圖4所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時()圖4A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大答案ABC解析當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確學科素養(yǎng)通過例3、例4的
10、分析，進一步熟悉傳感器在電路中的作用，了解各種傳感器的工作原理，掌握含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟：(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強度)的增加是增大還是減小(2)分析整個回路的電阻、電流的增減(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化通過這樣的提煉和升華，很好地體現(xiàn)了“物理觀念”和“科學思維”的學科素養(yǎng)1(對傳感器的理解)許多辦公樓及宿舍樓的樓梯上的電燈到了晚上能夠自動做到“人來即亮，人走即滅”，其神奇功能在于控制燈的“開關(guān)”傳感器，下面有關(guān)該傳感器的說法中正確的是()A該傳感器能夠測量的物理量是位移和溫度B該傳感器能夠測量的物理量是位移和光強C該傳感器能夠測量的物
11、理量是光強和聲音D該傳感器能夠測量的物理量是壓力和位移答案C解析樓道中安裝了自動燈光控制系統(tǒng)，白天燈不亮，和光傳感器有關(guān)；晚上有人經(jīng)過時，燈自動亮起來，與聲音有關(guān)，是聲傳感器，所以該傳感器能夠測量的物理量是光強和聲音，C正確2(光敏電阻的特性)如圖5所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，R和L之間用擋板(未畫出)隔開，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是()圖5A當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的
12、功率都不變答案A解析滑動觸頭P左移，滑動變阻器接入電路的電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強，使光敏電阻R的阻值減小，流過燈泡的電流增大，L消耗的功率增大3(熱敏電阻的特性)(2018如東中學階段性檢測)某溫控電路的原理如圖6所示，RM是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，R是滑動變阻器，某種儀器要求在15 27 的環(huán)境中工作當環(huán)境溫度偏高或偏低時，控制器會自動啟動降溫或升溫設(shè)備下列說法中正確的是()圖6A環(huán)境溫度降低，RM的阻值減小B環(huán)境溫度升高，Uab變大C滑片P向下移動時，Uab變大D調(diào)節(jié)滑片P的位置能改變降溫和升溫設(shè)備啟動時的臨界溫度答案D解析環(huán)境溫度降低時，RM的阻值變大，A錯誤；環(huán)境溫度
13、升高，RM的阻值減小，Uab變小，B錯誤；滑片向下移動，回路電流減小，Uab變小，C錯誤；調(diào)節(jié)滑片位置能改變降溫和升溫設(shè)備啟動時的臨界溫度，D正確.考點一傳感器的理解1(多選)關(guān)于干簧管，下列說法正確的是 ()A干簧管接入電路中相當于電阻的作用B干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C干簧管接入電路中相當于開關(guān)的作用D干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的答案CD解析干簧管能感知磁場，是因為當兩個簧片所處位置有磁場時，兩個簧片被磁化而接通，所以是做開關(guān)來使用的，當磁場靠近或遠離的時候，就會實現(xiàn)閉合或斷開，故C、D正確，A、B錯誤2在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān)，這是由于在電梯門上裝有的
14、傳感器是()A光傳感器 B溫度傳感器C聲傳感器 D磁傳感器答案A3(多選)(2018綿陽市高二下學期期末)傳感器擔負著信息采集的任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏兄降姆请娦畔?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成對應的電信息下列元件可用作感溫的敏感元件有()A干簧管 B金屬熱電阻C熱敏電阻 D光敏電阻答案BC4(2017溧水中學高二期末)街道旁的路燈利用半導體的電學特性制成了白天自動熄滅、夜晚自動點亮的裝置，該裝置的工作原理是應用了半導體的()A光敏性 B壓敏性C熱敏性 D三個特性同時應用答案A解析要求燈夜晚亮，白天熄，可知光的強弱導致電路電流變化，所以電路中利用光傳感器使電阻變化，實現(xiàn)自
15、動控制，因此是利用半導體的光敏性，A正確，B、C、D錯誤5.如圖1所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導致電容變化的原因是電容器兩板間的 ()圖1A距離變化 B正對面積變化C電介質(zhì)變化 D電壓變化答案A解析振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，故A正確6(多選)電容式傳感器是將非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置由于電容器的電
16、容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素，當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，如圖2所示是四個電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個傳感器的作用，下列說法正確的是()圖2A甲圖的傳感器可以用來測量角度B乙圖的傳感器可以用來測量液面的高度C丙圖的傳感器可以用來測量壓力D丁圖的傳感器只能用來測量速度答案ABC考點二光敏電阻、熱敏電阻的認識及應用7如圖3所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時，表針的偏轉(zhuǎn)角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏轉(zhuǎn)角為，則可判斷()圖3ABCD不能確定答案B8.在信息技
17、術(shù)高速發(fā)展、電子計算機廣泛應用的今天，擔負著信息采集任務的傳感器在自動控制、信息處理技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，其中熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號的元件某學習小組的同學在用多用電表研究熱敏電阻特性的實驗時，安裝好如圖4所示裝置向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20 ，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60 ，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()圖4A應選用電流擋，溫度升高換用大量程測量B應選用電流擋，溫度升高換用小量程測量C應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋D應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋答案D解析多用電
18、表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源，故不能用電流擋，A、B錯誤；當溫度升高時多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明熱敏電阻的阻值變小了，應該換用倍率小的擋，C錯誤，D正確9(多選)計算機光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏自動計數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計算機顯示出相應信息光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖如圖5所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是()圖5A當有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓B當有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一
19、次答案AD解析當有光照射R1時，R1的電阻減小，處理系統(tǒng)獲得高電壓；信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次10.如圖6所示，R3是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，當開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢當用光照射電阻R3時，則(電源內(nèi)阻不計)()圖6Aa點電勢高于b點電勢Ba點電勢低于b點電勢Ca點電勢等于b點電勢Da點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢，故A正確11(2017揚州市邗江中學高二下期中)如圖7所示為某傳感裝置內(nèi)部部分電路圖，RT為正溫度系數(shù)熱敏電阻，
20、其特性為隨著溫度的升高阻值增大；R1為光敏電阻，其特性為隨著光照強度的增強阻值減??；R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，V為理想電壓表若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是()圖7熱敏電阻溫度降低，其他條件不變熱敏電阻溫度升高，其他條件不變光照減弱，其他條件不變光照增強，其他條件不變A B C D答案A解析熱敏電阻溫度降低時，其阻值減小，外電路總電阻減小，總電流增大，路端電壓隨之減小，通過光敏電阻的電流減小，通過R3的電流增大，電壓表的讀數(shù)增大，符合題意，故正確同理可得熱敏電阻溫度升高，其他條件不變，電壓表的示數(shù)減小，不符合題意，故錯誤光照減弱，光敏電阻的阻值增大，外電路總電阻增大，
21、路端電壓增大，則電壓表的示數(shù)增大，故正確光照增強，光敏電阻的阻值減小，外電路總電阻減小，路端電壓減小，則電壓表的示數(shù)減小，故錯誤故A選項正確12(多選)(2018湖北省重點高中聯(lián)考協(xié)作體期中)如圖8所示，理想變壓器的原線圈與定值電阻r串聯(lián)，副線圈接熱敏電阻RT(溫度升高，阻值減小)，在正弦交流電源的電壓U0不變的情況下，下列說法正確的是()圖8A當RT的溫度升高時，原線圈兩端的電壓一定減小B當RT的溫度升高時，原線圈中的電流一定減小C當RT的溫度降低時，r消耗的功率一定減小D當RT的溫度降低時，r消耗的功率一定增大答案AC解析設(shè)變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，當RT的溫度升高時，
22、其阻值減小，副線圈的電流I2增大，根據(jù)，可知原線圈的電流I1增大，根據(jù)U0I1rU1，可知原線圈兩端的電壓U1減小，故A正確，B錯誤；同理，當RT的溫度降低時，其阻值增大，副線圈的電流I2減小，根據(jù)，可知原線圈的電流I1減小，根據(jù)PIr，可知r消耗的功率一定減小，故C正確，D錯誤13.(多選)如圖9所示，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，R1、R2、R3為定值電阻，R4為光敏電阻(光敏電阻被光照射時阻值變小)，C為電容器閉合開關(guān)S，電路穩(wěn)定后，用光照射R4，下列說法正確的是()圖9A電壓表示數(shù)增大B電源的效率增大C電容器所帶電荷量增加DR2上消耗的功率增大答案CD解析因有光照射時，光敏電阻的阻值減小
23、，故總電阻減小；由閉合電路的歐姆定律可知，干路電流增大，由UEIr可知路端電壓減小，所以電壓表示數(shù)減小，故A錯誤；電源的效率100%100%(1)100%，電流增大，則電源效率減小，故B錯誤；電容器的電壓與R2兩端的電壓相等，因R4電阻變小，總電阻變小，總電流增大，路端電壓變小，通過R1的電流減小，則通過R2的電流增大，所以電容器的電壓增大，根據(jù)QCU可知，電容器所帶電荷量一定增加，故C正確；通過R2的電流增大，根據(jù)PI2R可知，R2上消耗的功率增大，故D正確14溫度傳感器廣泛應用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的如圖10甲所示，電源的電動勢E9 V，內(nèi)阻不計；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示閉合開關(guān)S，當R的溫度等于20 時，電流表的示數(shù)I12 mA；當電流表的示數(shù)I23.6 mA時，熱敏電阻的溫度是()圖10A60 B80 C100 D120 答案D解析在20 時，E(RgR1)I1，得Rg500 ，在溫度為t時，E(RgR2)I2，代入數(shù)據(jù)得R22 000 ，從題圖乙中可以看出t120 ，故選D.- 14 -
2019-2020版高中物理 第三章 傳感器 1-2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器講義+精練（含解析）教科版選修3-2
