2017-2018學年高中物理 第4章 傳感器與現(xiàn)代社會 學案1 傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線同步備課學案 滬科版選修3-2

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1、 學案1　傳感器的原理　探究熱敏電阻的溫度特性曲線 [目標定位] 1.知道傳感器的定義，理解其工作原理.2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元件的特征.3.會探究熱敏電阻的溫度特性曲線． 一、什么是傳感器 光聲控延時開關(guān)的敏感元件有哪些？你能畫出它的原理圖嗎？ 答案　有光敏感元件和聲敏感元件． [要點總結(jié)] 1．傳感器是通過測量外界的物理量、化學量或生物量來捕捉和識別信息，并將被測量的非電學量轉(zhuǎn)化成電學量的裝置． 2．各種傳感器的作用都是把非電學量轉(zhuǎn)換成電學量． 3．傳感器的結(jié)構(gòu) 非電學量敏感元件―→處理電路電學量 4．敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件，它承擔著直接“感知

2、”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務． 5．根據(jù)檢測量的不同，傳感器可分為物理型、化學型和生物型． 例1　如圖1是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置． 圖1 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)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況． 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)變化有何不同？ 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)減小；油量減少時，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

3、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、研究光敏電阻的導電特性 在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后，就可以準確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖2所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，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什么？ 圖2 答案　當光被產(chǎn)品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計數(shù)一次． [要點總結(jié)] 1．光敏電阻是用半導體材料(如硫化鎘)制成的． 特點：光照越強，電阻越?。? 2．光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量． 例2　(

4、多選)如圖3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3 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2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，外電路總電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，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．由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，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． 三、探究熱敏電阻的溫度特性

5、 如圖4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，表針將如何擺動？若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將如何擺動？ 圖4 答案　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，指針應向左偏；用吹風機將熱風吹向電阻，Rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏． [要點總結(jié)] 1．金屬導體的電阻率隨溫度升高而增大． 2．熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半導體材料制成． 3．熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類 (1)正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC)：電阻隨溫度的上

6、升而增加． (2)負溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC)：電阻隨溫度的上升而下降． (3)臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC)：電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇下降． 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5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5 A．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兩板間的電場強度減小 D．R1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U＝E－Ir，電壓表

7、的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯誤. 1．(對傳感器的認識)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　大多數(shù)傳感器是由半導體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學量轉(zhuǎn)換為電學量，因此傳感器感知的應該是“非電

8、信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學量，但不能把熱學量轉(zhuǎn)化為電學量，因此不是傳感器，故D錯． 2．(對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電路分析)(多選)如圖6所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關(guān)S后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　) 圖6 A．溫度不變，光照增強 B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強 D．溫度升高，光照減弱 答案　AC 3．(對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電路分析) (多選)如圖7所示，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，R1為光敏電阻，R

9、2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，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是(　　) 圖7 A．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 C．光照減弱，其他條件不變 D．光照增強，其他條件不變 答案　BC 解析　電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說明流經(jīng)R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這可能是由于Rt減小或R1增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故B、C項正確，A、D項錯誤． 題組一　對傳感器的認識 1．(多選)傳感器擔負著信息采集的任務，它可以(　　) A．將力學量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學量

10、 B．將熱學量轉(zhuǎn)變成電學量 C．將光學量轉(zhuǎn)變成電學量 D．將電學量轉(zhuǎn)變成力學量 答案　ABC 解析　傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學量)的一類元件．故選項A、B、C對，選項D錯． 2.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1 A．距

11、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． 題組二　對光敏電阻的認識及電路分析 3．(多選)如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，下列說法中正確的是 (　　) 圖2 A．當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 B．當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 C．當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，

12、光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 D．當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 答案　AD 解析　光敏電阻的阻值與光照強度有關(guān)，光照強度越大，光敏電阻阻值越?。攤魉蛶蠜]有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內(nèi)阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數(shù)變小，選項A正確；相反，當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內(nèi)阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數(shù)變大，選項D正確． 4．(多選)如圖3所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是(

13、　　) 圖3 A．嚴重污染時，LDR是高電阻 B．輕度污染時，LDR是高電阻 C．無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定 D．該儀器的使用會因為白天和晚上受到影響 答案　AD 解析　嚴重污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對，B錯；LDR由半導體材料制成，受光照影響電阻會發(fā)生變化，C錯；白天和晚上自然光強弱不同，或多或少會影響LDR的電阻，D對． 5.如圖4所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，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(　　) 圖4 A．a(chǎn)點電勢高于b點電勢 B．a(chǎn)點

14、電勢低于b點電勢 C．a(chǎn)點電勢等于b點電勢 D．a(chǎn)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． 6.如圖5所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強)，且R與D距離較近且不變，下列說法中正確的是(　　) 圖5 A．當滑片向左移動時，L消耗的功率增大 B．當滑片向左移動時，L消耗的功率減小 C．當滑片向右移動時，L消耗的功率不變 D．無論怎樣移動滑動觸頭，L消耗的功率不變 答案　A 解析　電源電壓恒定，

15、也就是說，并聯(lián)電路兩端電壓恒定，當滑片向左移動時，發(fā)光二極管發(fā)光變強，光敏電阻的電阻值變小，所以電流變大，則L的功率變大，故選項A正確． 題組三　對熱敏電阻、金屬熱電阻的認識及電路分析 7．(多選)對熱敏電阻，正確的敘述是(　　) A．受熱后，電阻隨溫度的升高而變化明顯 B．受熱后，電阻基本不變 C．熱敏電阻可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度，反應快，而且精確度高 D．以上說法都不對 答案　AC 8．如圖6所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) 圖6 A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯

16、 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯 答案　C 解析　如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會非常明顯，故A、B均錯；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對，D錯． 9．如圖7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(　　) 圖7 A．R1兩端的電壓增大 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)? 答案　C 解析　R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強，R1兩端的電壓減小，故只有C正確． 9