粤教版高中物理选择性必修第二册第五章传感器章末小结与素养评价课件

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第四、五章　电磁振荡与电磁波　传感器一、主干知识成体系二、迁移交汇辨析清一、电磁场与电磁波1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。3．电磁波：电磁场由近及远地向周围传播形成电磁波。4．电磁振荡：如图中，先给电容器充电，再使电容器、电流 表和电感线圈连接在一个回路中，在以后的过程中，电容 器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器两极板间的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能在振荡电路中周期性地转化。5．电磁波的发射 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个条件：(1)要有足够高的振荡频率。(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。6．雷达的工作原理及应用(1)雷达的原理： 利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。(2)雷达的构造及特点： 一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 ①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端； ②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段； ③雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间为1 μs，两次发射的时间间隔约为0.1 ms； ④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。(3)雷达的应用： 探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。[典例1] 雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备，它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲，遇到障碍物会发生反射，雷达在发射和接收电磁波时，荧光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt＝5×10－4 s，它跟踪一个匀速移动的目标的过程中，某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图甲所示，30 s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为10－4 s，电磁波在空气中的传播速度为3×108 m/s，则被监视目标的移动速度最接近 (　　)A．1 200 m/s　 B．900 m/s C．500 m/s D．300 m/s[针对训练]1．(多选)下列关于电场、磁场及电磁波的说法中正确的是 (　　)A．在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，来回抖动梳子能产生电磁波B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波C．一个电子向一个固定不动的质子运动的过程中，向外发射电磁波D．只要空间某个区域有振荡变化的电场或磁场，就能产生电磁波解析：在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，梳子会带电，梳子附近会产生电场，当抖动梳子时，产生变化的电场，而变化的电场周围产生磁场，故产生电磁波，故A正确；均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场在其周围空间不会产生电(磁)场，故B错误；振荡变化的电(磁)场会产生同频率振荡变化的磁(电)场，这样在空间即可形成电磁波，电子向质子运动的过程中，加速度在不断增大，说明在电子运动的空间会产生非均匀变化的电场，故C、D正确。答案：ACD　2. 著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示在一块绝缘 圆板中央的上部固定一个线圈，与圆板不接触，并接有电 源，板的四周固定有许多带负电荷的小球，整个装置支撑 起来忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，从上往下看圆盘，下列关于圆盘的说法中正确的是 (　　)A．圆盘将逆时针转动　　　 B．圆盘将顺时针转动C．圆盘不会转动 D．无法确定圆盘是否会动解析：线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动。接通电源瞬间圆板受到电场力作用而转动，由于金属小球带负电荷，再根据电磁场理论可知，变化的磁场会产生电场，因此向上磁场变大，则产生顺时针方向的电场，带负电有小球受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的电场力，故圆盘将沿逆时针方向转动，故A正确。答案：A　3．常见传感器的工作原理及其应用4．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外界信息；(2)“传”是指通过电路等途径将敏感元件获取的信息传递给执行机构；(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。[典例2]　节能环保路灯采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能，用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强时(如白天)电阻几乎为0；照射光较弱时(如夜晚)电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开，电磁开关的内部结构如图所示：1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于等于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。(2)①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω。②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通，为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。答：________________________________________________________________________________________________________________________________________。③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。答：__________________________________________________________________。[针对训练]3. 如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。 以下关于自动售货机投币系统工作原理说法不正确 的是 (　　)A．当硬币被投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以 便让机器测出电阻，如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支 持物A下降，硬币沿斜面滚下B．当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导 致速度减小C．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受D．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度过快，开关B就打开，硬币被接受解析：选项A、B、C即为自动售货机投币系统工作原理，故A、B、C正确，D错误。答案：D　4．(多选)在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智 能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自 然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示，R为一 光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理，下列描述正确的是 (　　) A．光照越强时，光敏电阻的阻值越大，衔铁被吸引下来B．光线不足时，光敏电阻的阻值变大，所在电路电流变小，衔铁被弹簧拉上 去，日光灯接通C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接解析：由光敏电阻的特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻增大，电流减小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通，因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项B、C正确。答案：BC　三、创新应用提素养1．如共享单车是一种新的交通工具，用户可通过扫码开锁，循环共享。共享单车的车锁内集成了嵌入式芯片、定位模块和SIM卡等，能实时显示位置、可行驶的里程便于监控电单车。用户仅需用手机上的客户端软件(App)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机App上能实时了解共享单车的位置；骑行结束关锁后App就显示计时、计价、里程等信息。此外，共享单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息，下列说法正确的是） (　　)A．共享单车和手机之间是利用声波传递信息的B．共享单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的C．定位系统中的电池是直接插电实现充电的D．手机App上显示的里程，是由雷达测出的 解析：共享单车和手机之间是利用电磁波传递信息的，故A错误；共享单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的，故B正确；共享单车在运动过程通过电磁感应将机械能转化为电能为定位系统充电，故C错误；手机App上显示的里程是由通信卫星GPS定位确定的，故D错误。答案：B　2.(多选)振弦式频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永 磁铁两部分组成，钢弦上端固定，下端与一膜片相连接， 弦上的张力越大，弦的固有频率越大。这种装置可以从 线圈输出电压的频率确定膜片处的压力的变化，下列说 法正确的是 (　　)A．当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高B．当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高C．膜片上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率较高D．膜片上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率较高解析：当软铁块靠近磁铁时，软铁块被磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律及右手螺旋定则可知，b端电势比a端电势高，选项A错误，B正确；膜片上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，所以选项C正确，D错误。答案：BC　3．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照。则红灯亮时 (　　)A．车轮停在感应线上后，电阻R上有恒定电流B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，不会被电子眼拍照解析：车轮停在感应线上后，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线时电流先增大后减小，然后再反向增大再减小，说明电容器先充电后放电，故B正确，C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D错误。答案：B　4. 有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示。E是内阻 不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流 电阻。G是由理想电流计改装成的指针式测力显示器。R 是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计，试分析：(1)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R＝________Ω。(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为______________N。(3)如果把电流计中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度________(选填“均匀”或“不均匀”)。