滬科版高中物理選修(3-2)第4章《傳感器與現(xiàn)代社會》學(xué)案

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1、 7 / 7 最新滬科版高中物理選修（3-2）第4章《傳感器與現(xiàn)代社會》學(xué)案 ［學(xué)習(xí)目標(biāo)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. 知識?儲備區(qū) 溫故追本溯源推降方可制新 X知識辭接 1 .用多用電表測電阻時(shí)，首先選擇歐姆擋，然后進(jìn)行歐姆調(diào)零，指針指在表盤的中值附近，測得 的阻值較準(zhǔn)確. RS 2 .電阻率p是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量 ，電阻率越小，導(dǎo)電性能越好，定義式為p=—. 3 .平行板電容器的電容 C j磊 4兀kd \J新知呈現(xiàn) 一、什么是傳感器 1 .傳感器

2、是通過測量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來捕捉和識別信息 ，并將被測量的非 電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的裝置. 2 .傳感器一般包括敏感元件與轉(zhuǎn)換電路等. 二、傳感器的類型 根據(jù)檢測量的不同，傳感器可分為物理型、化學(xué)型和生物型. 三、探究熱敏電阻的溫度特性曲線 熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)的熱敏材料、負(fù)溫度系數(shù)的熱 敏材料、臨界溫度系數(shù)的熱敏材料. 基礎(chǔ)自學(xué)落實(shí)重點(diǎn)互動(dòng)探究 學(xué)習(xí)?探究區(qū) 一、什么是傳感器 ［問題設(shè)計(jì)］ 光聲控延時(shí)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. 光電轉(zhuǎn)換器一 聲電轉(zhuǎn)換器一 電 子 線 路

3、 被 控 制 線 路 ［要點(diǎn)提煉］ 1 .各種傳感器的作用都是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量. 2 .傳感器的結(jié)構(gòu)： 非電學(xué)量＜1值顯 敏感元件一一處理電路電信昌電學(xué)量 3.敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件 ，它承擔(dān)著直接 感知”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務(wù). 二、研究光敏電阻的導(dǎo)電特性 ［問題設(shè)計(jì)］ 在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后 ，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量 ，如圖1所示為光 敏電阻自動(dòng)計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作 原理是什么？ 圖1 答案 當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí)，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

4、壓，每通過一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓 ，并計(jì)數(shù)一次. ［要點(diǎn)提煉］ 1 .光敏電阻是用半導(dǎo)體材料（如硫化鎘）制成的. 特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越小. 2 .光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. 三、探究熱敏電阻的溫度特性 ［問題設(shè)計(jì)］ 如圖2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(fù)溫度系數(shù)的熱 敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)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(dòng)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 ，表針將如何擺動(dòng)？ 歐姆表 圖2 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(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹

5、向電阻，Rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏. ［要點(diǎn)提煉］ 1 .金屬導(dǎo)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(dǎo)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： 4 1）正溫度系數(shù)的熱敏材料（PTC）:電阻隨溫度的上升而增加. 5 2）負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料（NTC）:電阻隨溫度的上升而下降. 6 3）臨界溫度系數(shù)的熱敏材料（CTC）:電阻在很小的溫度范圍內(nèi)急劇下降. 3典例置所 一、對傳感器的認(rèn)識 【例1】如圖3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(dòng)變阻器，它的金屬滑片

6、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(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)變化有何不同？ 曰 圖3 解析 ①把電壓表接在 b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時(shí) ，R增 大,電壓表的示數(shù)增大. ②把電壓表接在 c、d之間，油量增加時(shí)，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(shí)，電壓表的示數(shù)減小. 答案見解析 二、對光敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用 【例2】如圖4所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡,R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大

7、時(shí) 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 解析 當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí),R3阻值減小，外電路電阻隨 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(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正 確,D項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)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(xiàng)正 確. 答案 ABC 三、對熱敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用 【例3】如圖5所示,RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，R為定值電阻，若往RT上擦一些酒精

8、，在環(huán) 境溫度不變的情況下，關(guān)于電壓表示數(shù)的變化情況，下列說法中正確的是（ ） 圖5 A.變大 B.變小 C.先變大后變小最后不變 D.先變小后變大最后不變 答案 D 解析 往RT上擦酒精后，酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大 根據(jù)串聯(lián)電路的 分壓特點(diǎn)，電壓表示數(shù)變小.當(dāng)酒精蒸發(fā)完畢后 ,RT的溫度逐漸升高到環(huán)境溫度后不變 ，所以 熱敏電阻的阻值逐漸減小，最后不變，故電壓表的示數(shù)將逐漸變大 ，最后不變.所以選項(xiàng) D正 確. ■課堂要點(diǎn)小結(jié) f傳感器.測量非電學(xué)量并將之轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置 光敏電阻:光照增強(qiáng)，電阻變小 傳感器/敏感元件 （正溫度系數(shù) 熱

9、敏電阻負(fù)溫度系數(shù) . I臨界溫度系數(shù) 〔傳感器的類型:物理型,化學(xué)型、生物型 自我,檢測區(qū) 1.（對傳感器的認(rèn)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(dǎo)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(jì)是一種傳感器 答案 B 解析大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)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(cuò),B對；傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 ，因此傳感器感知的應(yīng)該是 非電信號”故C錯(cuò)； 水銀溫度計(jì)能感受熱學(xué)量，但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量 ，因此不是傳感器，故D錯(cuò). 2 .（對光敏電阻、

10、熱敏電阻的認(rèn)識及電路分析 ）如圖6所示電路中，電源電動(dòng)勢為 E,內(nèi)阻為 r,RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關(guān)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 qL 圖6 B.溫度升高，光照不變 D.溫度升高，光照減弱 A.溫度不變，光照增強(qiáng) C.溫度降低，光照增強(qiáng) 答案 AC 3 .（對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及電路分析 ）如圖7所示,Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻,R1為 光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動(dòng)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

11、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(qiáng)，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(xiàng)正確,A、D項(xiàng)錯(cuò)誤. 40分鐘課時(shí)作業(yè) 題組一對傳感器的認(rèn)識 i .傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù) ，它可以（ ） A.將力學(xué)量（如形變量）轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案 ABC 解析 傳感器是將

12、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(xué)量）的一類元件.故選項(xiàng) A、B、CXt選項(xiàng)D錯(cuò). 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(dòng)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(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)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(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，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(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 （ ） 二振動(dòng)膜 金屬層 圖1 A.距離變化 C.電介質(zhì)變化 B.正對面積變化 D.電壓變化 答案 A 解析振動(dòng)

13、膜前后振動(dòng)，使振動(dòng)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(rèn)識及電路分析 3 .如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖 ，其中A是發(fā)光儀器 日是 光敏電阻（光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小工下列說法中正確的是 （ ） 圖2 A.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由 A射向B的光信號時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 B.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由 A射向B的光信號時(shí)，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大 C.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由 A射向B的光信號時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小 D.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由 A射向B的光信號時(shí)，光敏電

14、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(qiáng)度有關(guān) ，光照強(qiáng)度越大，光敏電阻阻值越小.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時(shí)，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(xiàng)A正確；相反，當(dāng)傳送帶上有物品擋住由 A射向 B的光信號時(shí)，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(xiàng)D正確. 4 .如圖3所示,R3是光敏電阻（光照時(shí)電阻變小，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn) 等電勢.當(dāng)用光照射電阻 R3時(shí),則（ ） 圖3 A . a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢

15、 B. a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 C. a點(diǎn)電勢等于b點(diǎn)電勢 D. a點(diǎn)電勢和b點(diǎn)電勢的大小無法比較 答案 A 解析 R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小,R3兩端電壓減小，故a點(diǎn)電勢升高，因其他電 阻的阻值不變，所以a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢. 5 .如圖4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(qiáng)），且R與D距離較近且不變，下列說法中正確的是（ ） 圖4 A.當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)上消耗的功率增大 B.當(dāng)滑動(dòng)向左移動(dòng)時(shí)上消耗的功率減小 C.當(dāng)滑片向右移動(dòng)時(shí),L消耗的功率不變 D.無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭 人消耗的功率不變 答案 A 解

16、析 電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端電壓恒定，當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光 變強(qiáng)，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功率變大，故選項(xiàng)A正確. 題組三對熱敏電阻、金屬熱電阻的認(rèn)識及電路分析 6 .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(yīng)快，而且精確度高 D.以上說法都不對 答案 AC 7 .如圖5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? 水，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是 （ ） 圖5 A.如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)

17、變大，且變化非常明顯 8 .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(dǎo)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(dǎo)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(cuò)；如果 R為熱敏電 阻,讀數(shù)變化非常明顯，故C又1D錯(cuò). 8.如圖6所示,R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 人為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)（ ） 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(qiáng) 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(dāng)溫度降低時(shí)，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(qiáng)，R1兩 端的電壓減小，故只有C正確.