2023年新教材高中物理本章小结5第5章传感器课件新人教版选择性必修第二册

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第五章　传感器本章小结构建知识网络传感器传感器传感器归纳专题小结专题1　传感器及常见敏感元件1．传感器：传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件．原理如下所示：2．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．3．热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．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．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．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．例1　如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．(1)为了通过测量得到如图甲所示I－U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是________________；简要说明理由： _______________________.(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)(2)在图丙所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω(保留一位小数)．(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．解析：(1)由于I－U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)．(3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等．答案：(1)(a)　电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大　(2)5.3　108.8(108.6～109.0均可)　(3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等规律总结：应明确变阻器满足以下条件时，变阻器应采用分压式接法：①实验要求电流或电压从零开始调节或实验要求电流调节范围足够大；②当变阻器的全电阻远小于待测电阻时．专题2　传感器在实际问题中的应用以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：例2　材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小．若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值．为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF.请按要求完成下列实验．(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102 N～0.8×102 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝6 000 ΩB．滑动变阻器R，最大阻值为200 ΩC．电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 ΩD．电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩE．直流电源E，电动势3 V，内阻很小F．开关S，导线若干(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为________V.(3)此时压敏电阻的阻值为________Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝________N．(计算结果均保留两位有效数字)分析： (1)分析给出的滑动变阻器以及待测电阻的阻值关系，即可明确滑动变阻器以及电流表的接法；(2)根据电压表量程以及最小分度可求得电压表的读数；(3)根据欧姆定律可求得电阻，再根据图甲数据可求得压力大小．解析：(1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示．(2)根据电压表读数规则，电压表读数为2.00 V.答案：(1)见解析图　(2)2.00　(3)1.5×103　60规律总结：本题要注意明确选用分压接法的几种情况：(1)题目中要求多测几组数据的； (2)滑动变阻器起不到保护作用的； (3)要求电压从零开始调节的．典练素养提升1．[科学思维](多选)图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示．开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V，电流表的量程为0～0.6 A，电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计．则电子秤 (　　)A．最大称量值为1 500 NB．压力传感器的电阻最小为0C．空载时，电流表的读数为20 mAD．称重为900 N时，电阻R为120 Ω【答案】CD　2．[物理观念] 关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是 (　　)A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量【答案】C　【解析】传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量．故C正确．3．[科学探究]如图所示是观察电阻R的阻值随温度变化情况的原理图，现在将杯中的冷水加热，关于欧姆表的读数变化情况正确的是 (　　)A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显【答案】C　【解析】如果R为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B错误；如果R为热敏电阻，读数变化非常明显，故C正确，D错误．4．[科学思维]在如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与D间距不变，下列说法正确的是 (　　)A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变【答案】A　【解析】当P向左移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，通过二极管的电流增大，发光变强，光敏电阻阻值减小，灯泡中电流增大，L消耗的功率增大；同理可知P向右移动时，L消耗的功率减小．5．[科学探究]如图所示为自动水位报警器的示意图，在水位低于B时，电磁铁所在的控制电路断路，电磁铁没有_______，上面的触点______，_____灯亮；当水位升高到B时，电磁铁所在的控制电路接通，电磁铁有_____，吸引衔铁，上面的触点断开，下面的触点_____，_____灯亮．【答案】磁性　闭合　绿　磁性　闭合　红【解析】当电磁铁所在的控制电路断开时，电磁铁内无电流，所以没有磁性，此时右侧电路的绿灯连入电路；当水位升高后左侧电路接通，电磁铁内有电流，右侧电路的红灯连入电路．6．[科学探究]为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U－I图线，如图乙所示．(1)根据U－I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为____Ω，强光照射时电阻为___ Ω.(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中___________________(填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大．若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用________(填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确．【答案】 (1)3 000　200　(2)强光照射时　外接(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表内阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确．