新教材适用2023_2024学年高中物理第5章传感器章末小结课件新人教版选择性必修第二册

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第五章　传感器章 末 小 结知识网络构建方法归纳提炼 一、传感器问题的分析方法1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、传输；(3)利用所获得的信息执行某种操作。2．分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。 传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是( )A B C DA解析：选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开。选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确。二、传感器在实际问题中的应用1．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应信息，并转化为电学量。(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化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。2．处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为(1)传感器所在的信息采集部分。(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)。(3)执行电路。3．几种传感器及与其相联系的物理知识的比较 (2022·山西大同高二期中)酸奶制作发酵的温度一般控制在30～50 ℃，某同学想利用热敏电阻来制作自动控温电路，以达到酸奶制作过程的自动控制。他查阅资料得知某热敏电阻的阻值随温度变化如下表。(1)请根据表格数据，在甲图描绘出阻值随温度变化的曲线；(2)如乙图所示，热敏电阻放置在加热容器底部用来感知容器内液体的温度，1、2是温度控制电路的两个输出端，它们接入智能控制开关模块，开关模块控制电源，使螺线管通电或断电，最终控制加热电源的通电和断电。根据电路图可知，当螺线管通电时，右侧加热电路_______ (选填“通电”或“断电”)；通电(3)实验室提供以下器材：热敏电阻直流电源E(电动势3 V，内阻不计)定值电阻R1＝2 000 Ω定值电阻R2＝4 000 Ω定值电阻R3＝6 000 Ω开关S及导线若干请你选择合适的器材，设计一个简单电路，要求当酸奶温度低于30°时开始加热，温度超过50度时停止加热；当1、2端输出电压大于2 V后开始加热，当1、2端输出电压低于1.5 V时停止加热，在虚线框内画出电路图，图中热敏电阻已经画出，要求1、2端并联在热敏电阻两端；(4)定值电阻选取______(选填R1或R2或R3)。R1解析：(1)根据表格数据，在甲图描绘出阻值随温度变化的曲线如下图所示(2)由电路图可知，当螺线管通电时，螺线管有磁性，右侧电路被接通，右侧加热电路通电。(3)电源、开关、定值电阻、热敏电阻串联，1、2端并联在热敏电阻两端，电路图如下图所示(4)由题意可知，当温度达到50度时，热敏电阻阻值为2 000 Ω，1、2端输出电压等于1.5 V，直流电源电动势为3 V，则定值电阻阻值为2 000 Ω，故选R1。进考场练真题一、高考真题探析 　 (2021·山东卷，14)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)；电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω)；微安表(量程100 μA，内阻等于2 500 Ω)；开关两个，温控装置一套，导线若干。同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：①按图示连接电路；②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；④记录此时的温度和电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用_______ (选填“R1”或“R2”)。R1(2)请用笔画线代替导线，将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为__________Ω(结果保留到个位)，该测量值_______ (选填“大于”或“小于”)真实值。3 500大于(4)多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐_______(选填“增大”或“减小”)。[试题情境]本题以热敏电阻为素材创设生活实践问题情境，融合了热敏电阻的特性、半偏法等，属于创新性题目。减小[必备知识]部分电路的欧姆定律、滑动变阻器分压接法、阻值选择、半偏法测电阻原理与方法，还需具备数学的自然对数知识。[能力素养]本题通过探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律，着重考查考生的理解能力、推理论证能力和实验探究能力。要求考生具有清晰的物理观念和科学思维，能结合电路图、电学实验等知识处理信息，进行推理论证，运用半偏法描述、解释实验结果和变化趋势。本题关注考生的思维发展，要求能够自觉将所掌握的数学知识应用到物理探究中。(1)理解能力。本题用半偏法测量热敏电阻的阻值，应尽可能让热敏电阻所在支路的电压在S2闭合前后保持不变，由于该支路与滑动变阻器前半部分并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后该部分电阻变化越小，从而电压的值变化越小，故滑动变阻器应选R1。(2)推理论证能力。微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＋6 000 Ω＝2(RT＋RμA)，据此可得RT＝6 000 Ω－RμA＝3 500 Ω。当断开S2，微安表半偏时，由于负载电路的电阻增加，负载电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来的2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。(3)实验探究能力。本题考查了实验探究中“进行实验及收集证据、解释与结论、反思与评价”三个要素，在掌握基本电学实验的基础上，能够迁移和灵活运用所学的实验理论和分析方法解决新实验中遇到的问题，引导考生关注前沿科技与物理的联系。实验结论“热敏电阻随温度的升高逐渐减小”需要考生能够从图像中获取信息，基于对实验过程的把握，经过严密分析推理才能得到。答案：(2)电路图如图二、进考场练真题1．(2021·广东卷，12)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔_______，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而_______。短接减小(2)再按图连接好电路进行测量。①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到______端(选填“a”或“b”)。b将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。②实验中记录的阻值R01_______R02(选填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT＝_______________。大于R01－R02解析：(1)选择倍率适当的欧姆挡，将两表笔短接；欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。(2)①闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；②因两次电压表和电流表的示数相同，所以R01＝R02＋RT即 RT＝R01－R02，可知R01大于R02。2．(2020·全国卷Ⅲ，23)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示。图甲1.8(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图甲求得，此时室温为___________℃(保留3位有效数字)。(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图乙所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_________kΩ(保留2位有效数字)。图乙25.5R11.2解析：(1)滑动变阻器用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接，连线如图所示。(4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻。由图线可知，温度为50 ℃时，R1＝0.8 kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入数据解得R2＝1.2 kΩ。3. (2022·北京高考)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是( )A．U1＜U2B．R2为压力传感器C．若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高C4．(2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图甲所示，实验设定恒定电流为50.0 μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。 (1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA，须调节______________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻_________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。可变电阻R1 远大于(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图乙所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃乙的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是___________kΩ·℃－1 (保留2位有效数字)。－1.25．(2021·河北高考)某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡(6.3 V,0.15 A)，直流电源(9 V)，滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。 (1)根据图1，完成图2中的实物连线；(2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是_____(单项选择，填正确答案标号)；A．电流表短路B．滑动变阻器的滑片接触不良C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端C(3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为___________(保留三位有效数字)。27.0解析：(1)电流表负极与滑动变阻器的右端的b位置连接，如图(2)开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；滑动变阻器的滑片开始时置于b端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确。故选C。6．(多选)(2023·浙江卷)下列说法正确的是( )A．利用电容传感器可制成麦克风B．物体受合外力越大，则动量变化越快C．利用红外传感器可制成商场的自动门D．牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用ABC