2019-2020年高二物理傳感器及其工作原理.doc

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2019-2020年高二物理傳感器及其工作原理 1．傳感器是能夠把易感受的力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等__________按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為容易進(jìn)行測(cè)量，傳輸處理和控制的電壓、電流等____________、或轉(zhuǎn)換為電路的______的一類(lèi)元件． 2．光敏電阻的特性：____________________________，光敏電阻能夠把______________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____這個(gè)電學(xué)量． 3．金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而______，熱敏電阻的電阻率隨溫度的升高而______，金屬熱電阻和熱敏電阻都可以制作______傳感器．與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的______________，測(cè)溫范圍________，但________較差． 4．如圖1所示，E、F間通入恒定電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則M、N間出現(xiàn)霍爾電壓UH，UH＝______________.式中______為薄片的厚度，______為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)． 圖1 5．關(guān)于干簧管，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．干簧管接入電路中相當(dāng)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(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用 D．干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 6．霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪個(gè)物理量(　　) A．把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量 B．把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量 C．把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量 D．把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量 【概念規(guī)律練】 知識(shí)點(diǎn)一　光敏電阻 1．如圖2所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RG的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的中央．若用不透光的黑紙將RG包裹起來(lái)，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒的光照射RG，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)． 圖2 2．如圖3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3 知識(shí)點(diǎn)二　熱敏電阻和金屬熱電阻 3．如圖4所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(　　) 圖4 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)? 4．如圖5所示為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖5 A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的 B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的 C．圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高 D．圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高 知識(shí)點(diǎn)三　霍爾元件 5．如圖6所示，有電流I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，問(wèn)：金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？ 圖6 6．圖7是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說(shuō)法中正確的是(工作面是指較大的平面)(　　) 圖7 A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 【方法技巧練】 含傳感器的電路的分析技巧 7．如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)(　　) 圖8 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 8．如圖9所示是一火警報(bào)警裝置的部分電路示意圖，其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、b接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，電流表的電流I和a、b兩端兩壓U與出現(xiàn)火情前相比(　　) 圖9 A．I變大，U變大 B．I變小，U變小 C．I變小，U變大 D．I變大，U變小 參考答案 課前預(yù)習(xí)練 1．非電學(xué)量　電學(xué)量　通斷 2．隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好　光照強(qiáng)弱　電阻 3．增大　減小　溫度　化學(xué)穩(wěn)定性好　大　靈敏度 4．k　d　k 5．CD　[干簧管能感知磁場(chǎng)，是因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)舌簧所處位置的磁場(chǎng)方向相同時(shí)，就會(huì)吸引，所以是做開(kāi)關(guān)來(lái)使用，當(dāng)磁場(chǎng)靠近或遠(yuǎn)離的時(shí)候，就會(huì)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)．] 6．B　[根據(jù)霍爾元件工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，UH＝k，所以，它將磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量，故B正確．] 課堂探究練 1．左　右 解析　光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將RG用不透光的黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用手電筒的光照射RG，電阻減小，指針右偏． 2．見(jiàn)解析[來(lái)源:學(xué)*科*網(wǎng)] 解析　當(dāng)光被元件擋住時(shí)，光敏電阻的阻值R1增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過(guò)一個(gè)元件就獲得一次低電壓，計(jì)數(shù)一次． 點(diǎn)評(píng)　當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值減小，光照減弱時(shí)，光敏電阻的阻值增大．即光照強(qiáng)弱的變化引起電路中電流和電壓的一系列變化． 3．C　[R2與燈L并聯(lián)后與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)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)．] 點(diǎn)評(píng)　熱敏電阻溫度升高，電阻減??；溫度降低，電阻增大． 4．BD　[熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，電阻隨溫度升高而減小，且靈敏度高，金屬熱電阻隨溫度升高電阻增大，靈敏度不高，但測(cè)溫范圍大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定．故B、D正確．] 點(diǎn)評(píng)　1.熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值隨溫度的變化方向是相反的．熱敏電阻溫度升高，電阻減小，金屬熱電阻溫度升高，電阻增大． 2．熱敏電阻隨溫度變化明顯．金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大． 5．下表面電勢(shì)高　 解析　因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮樱视勺笫侄▌t可判定向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余等量的正電荷，故下表面電勢(shì)高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U.當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，有e＝evB，又因?yàn)閷?dǎo)體中的電流I＝neSv＝nevbd，故U＝. 點(diǎn)評(píng)　當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷在洛倫茲力作用下，分別向?qū)w上、下表面聚集，在導(dǎo)體中形成電場(chǎng)，其中上表面帶負(fù)電，電勢(shì)低，隨著正、負(fù)電荷不斷向下、上表面積累，電場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷(Q)所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即QE＝QvB時(shí)，電荷將不再向上或向下偏轉(zhuǎn)，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓． 6．ABD　[根據(jù)公式UH＝k可以看出，當(dāng)磁極靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，UH將變大，選項(xiàng)A正確；在地球兩極附近，可以認(rèn)為地磁場(chǎng)與水平面垂直，霍爾元件的工作面保持水平，故B正確．而在赤道上，地磁場(chǎng)與水平面平行．若霍爾元件的工作面保持水平，則無(wú)電壓產(chǎn)生，C錯(cuò)誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，相當(dāng)于改變了霍爾系數(shù)k，故UH將發(fā)生變化，故D正確．] 點(diǎn)評(píng)　霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系為UH＝k. 7．ABC　[當(dāng)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，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，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(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確．] 8．D　[當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，溫度升高，電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I增大，路端電壓Uab＝E－Ir減小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)減小，通過(guò)R3的電流I3減小，通過(guò)R2的電流I2＝I－I3增大，D對(duì)．] 方法總結(jié)　電路中涉及熱敏電阻、光敏電阻或金屬熱電阻等元件時(shí)，熟記各種元件的特性，然后依據(jù)動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題的分析思路，由部分到整體再到部分的順序進(jìn)行分析．