鲁科版高中物理选择性必修2第5章传感器及其应用阶段复习课课件

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阶段复习课第5章知识体系构建【答案速填】①把非电学量转化为电学量的装置　②敏感元件　③转换元件　④阻值随温度的升高而增大 ⑤阻值随温度的升高而减小　⑥光照越强，电阻越小　⑦________ 　⑧红外线　⑨压力　⑩电容核心考点突破一、常见敏感元件【典例1】压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列判断中不正确的是(　　)A.甲图表示电梯可能做匀速直线运动B.乙图表示电梯可能做匀加速上升运动C.丙图表示电梯可能做匀加速上升运动D.丁图表示电梯可能做变减速下降运动【解析】选B。因为压敏电阻的阻值随着压力的增大而减小，根据欧姆定律有I= ，当电梯静止时，物体对压敏电阻的压力为mg，电流为I0= ，所以当电流为I0时，物体对压敏电阻的压力为mg，则物体处于平衡状态，故题图甲表示电梯可能做匀速直线运动，A正确；题图乙中电流在均匀增大，则压敏电阻阻值在均匀减小，则压力在均匀增大，且大于mg，则电梯的加速度向上，且均匀增大，则B错误，同理可判断题图丙电梯可能做匀加速上升运动，C正确；题图丁中电梯可能做变减速下降运动，D正确。【方法技巧】敏感元件及其特点1.光敏元件：用敏感元件可以制成光敏电阻。光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量。2.热敏元件：(1)金属热电阻：金属导体材料电阻率随温度升高而增大。(2)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数(PTC)热敏电阻、负温度系数(NTC)热敏电阻两种，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大；负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量。(3)热双金属片：热双金属片的两面是由热膨胀系数不同的导体物质组成，在温度升高时，热双金属片向热膨胀系数小的一侧弯曲，碰到设定的触点或开关，使设定的电路(保护)开始工作。3.电阻应变片：金属导体的电阻随金属导体的长度和横截面积的改变而改变，当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。4.电容器：平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化。5.磁敏元件：霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，即霍尔电压UH=k 。【素养训练】(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是(　　) A.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料B.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数相同C.常温下，双金属片上下触点是接触的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离D.需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移【解析】选C、D。双金属片是金属材料制作的，且上层金属片的膨胀系数大于下层金属片，故A、B错误；常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故C正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高，金属片发生弯曲较厉害触点才断开，故D正确。二、传感器在实际问题中的应用【典例2】热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻R1的阻值约为4～5 Ω。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器RP(0～20 Ω)、开关、导线若干。(1)画出实验电路图；(2)根据电路图，在如图所示的实物图上连线。【解析】(1)常温下待测热敏电阻的阻值(约4～5 Ω)较小，应该选用安培表外接法。热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式。实验电路如图所示。(2)根据电路图，连接实物图如图所示。 答案：见解析【方法技巧】1.几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：2.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息，并转换为电学量。(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转换的电学信息传给执行机构。(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。【素养训练】目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏，电容式触摸屏内有一导电层，导电层四个角引出四个电极；当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容，电容具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比；控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。在开机状态下，下列说法正确的是(　　)A.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象C.当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过D.当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指离开的准确位置【解析】选C。电容触摸屏只需要触摸，由于流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，不需要手指有压力，故A错误；电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是电容器的充放电原理，不是电磁感应现象，故B错误；由题意可知，手指从手的触点吸走一部分电荷，在电荷定向移动的过程中，会有微弱电流通过，故C正确；根据电容器的工作原理可知，当手指离开屏幕时，电容变小，电容器将放电，控制器仍然能检测到手指离开的准确位置，故D错误。【补偿训练】如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过光敏电阻的电流和光强的关系图像如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个路灯自动光控电路。【解析】由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，通过光敏电阻的电流增大。根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点分开，当无光照射时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点接触，控制电路接通，灯开始工作。答案：见解析图