2018-2019學(xué)度高中創(chuàng)新設(shè)計物理教科版3-2學(xué)案：第三章2溫度傳感器和光傳感器

1、2018-2019學(xué)度高中創(chuàng)新設(shè)計物理教科版3-2學(xué)案：第三章2溫度傳感器和光傳感器一、溫度傳感器1 .作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.2.常見的溫度傳感器（1）熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時，雙金屬片變形，可生 制電路的通斷.應(yīng)用：日光燈啟動器，電機(jī)、電冰箱保護(hù)等 （2）熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當(dāng)外界溫度t發(fā)生變化時，其電阻值按R= Ro（1+。）的規(guī)律變化（。為溫度系數(shù)，R0為t=0C時導(dǎo)體的電阻）.應(yīng)用：測溫度、測流量等.（3）熱敏電阻傳感器原理：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化,其熱敏特性在上節(jié)已有探

2、究應(yīng)用：測量、溫度控制或過熱保護(hù)等.分類：正溫度系數(shù)的熱敏電阻 （PTC）,它的電阻隨溫度升高而增大 .負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（NTC）,它的電阻隨溫度的升高而減小 .熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而減?。俊纠?】傳感器在日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，溫度傳感器（實質(zhì)是自動開關(guān)）是其中的一種.某一食品消毒柜就是利用溫度傳感器來自動控制電路的.常溫下，該溫度傳感器是閉合的；當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時，傳感器自動斷開，從而切斷整個電路.下列關(guān)于該消毒柜的 幾種電路圖中（圖中S為電源開關(guān)），連接正確的是（）解析 A電路中，當(dāng)溫度升高到某一設(shè)定值時，電路會斷開； B

3、、C、D電路中，溫度升高到某一設(shè)定值時，傳感器會斷開，但整個電路不會斷開. 電源開關(guān)S閉合后，消毒柜開始工作，當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時，傳感器自動斷開，整個電路也斷開，所以 A選項正確.二、光傳感器1 .光電傳感器是指將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器，一般以光敏電阻為主要元件，因為 光敏電阻電阻值隨光照增強(qiáng)而減光敏電阻連接到電路中時，光照改變就會引起電路中 其他電學(xué)量的改變，從而將光信號轉(zhuǎn)換為電信號 2 .應(yīng)用：光電式煙塵濃度計、光電式轉(zhuǎn)速表例3 如圖 1 所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理.圖1解析 光源 1 發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強(qiáng)度相等的光線.一路光線直接到達(dá)光電

4、轉(zhuǎn)換電路7 上， 產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號.另一路光線經(jīng)反射鏡4 穿過被測煙塵5 到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6 上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6 的光就越弱.兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、 U 2，如果U1= U2,說明被測的光路上沒有煙塵，相反，如果 Ui、U2相差較大，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度.4 如圖2所示，Ri、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（）圖2A. 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解析 當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，R3 阻值減小

5、，外電路總電阻隨R3 的減小而減小，R1 兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A 項正確， D 項錯誤；由路端電壓減小，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 項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故 C 項正確 .解決含有熱敏電阻、光敏電阻的直流電路動態(tài)分析問題：（1）明確熱敏電阻、光敏電阻的電阻特性；增大增大減小增大I 分 的變化（2）解題思路：R局 -R總 I總 fU端 ？減小減小增大減小 U分的變化1.（溫度傳感器的應(yīng)用）（多選）如圖3所示為電阻R隨溫度t變化的圖線，下列說法中

6、正確的是 ()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、測溫范圍大、靈敏度高D.圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高2 .（溫度傳感器的應(yīng)用）圖4是一火警報警器的部分電路示意圖.其中R2為用負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器.當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓 U的變化情況是（）圖4A. I 變大，U 變大B. I 變大，U 變小C.I 變小，U 變大D. I 變小，U 變小解析 R2處出現(xiàn)火情，溫度升高，R2減小，導(dǎo)致

7、R2兩端電壓減小，通過 R3的電流減小，路端電壓 U 減小 .3 .（光傳感器的應(yīng)用）街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，它們是利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制，這是利用半導(dǎo)體的（）B. 光敏性A. 壓敏性C. 熱敏性D. 三種特性都利用解析 街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷.4 .（光傳感器的應(yīng)用）如圖5 所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖： 罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 、 光電三極管和不透明的擋板.平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時，下列

8、說法正確的是（）圖5A. 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B. 發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C. 發(fā)生火災(zāi)時，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小， 發(fā)出警報D.以上說法均不正確解析 由報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，故C 對 .題組一溫度傳感器1 (多選)關(guān)于電飯鍋的說法正確的是()A .電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵B 鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時失去鐵磁性C.用電

9、飯鍋燒水，水開時能自動斷電D 用電飯鍋煮飯時，若溫控開關(guān)自動斷電后，它不能自動復(fù)位解析 電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A 錯， B 選項正確；因水開時溫度約為 100 ，達(dá)不到居里溫度，故不能自動斷電，則選項C 錯；溫控開關(guān)只能手動閉合，故D正確2 .在防治“非典”期間，在機(jī)場、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播.關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是()A. 選擇紅外線進(jìn)行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應(yīng)B. 紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測的C. 紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D.一切物

10、體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同解析 紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D 正確 .3 .(多選)在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件， PTC 元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率 p隨溫度t的變化關(guān)系如圖1所示，由于這種特性，使 PTC 元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.以下判斷正確的是()圖1A. 通電后，其電功率先增大后減小B. 通電后，其電功率先減小后增大t1 不變t1 和t2 之間的某一值不變C. 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在D.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在解析 當(dāng)電熱

11、滅蚊器溫度由 0升到tl的過程中，電阻器的電阻率 P隨溫度的升高而減小，其電阻 R 隨之減小，由于加在電熱滅蚊器上的電壓U 保持不變，電熱滅蚊器的電功率P 隨之增大，當(dāng)t=ti時，P = P1達(dá)到最大.當(dāng)溫度由tl升高到t2的過程中，P增大，R增大，P減?。?而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大， 高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率 P 也就越大；因此在這之間的某一溫度 t3會有P=P3=P,即電功率 P減小到等于散熱功率 時，即達(dá)到保溫；當(dāng) tP,使溫度自動升高到 t3；當(dāng)tt3, P 0D.不能確定解析 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，表針的 偏轉(zhuǎn)

12、角度變小7 .如圖 5 所示，電源兩端的電壓恒定，L 為小燈泡，R 為光敏電阻，LED 為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)），且 R 與 LED 間距不變，閉合開關(guān)S 后，下列說法中正確的是（）圖5A. 當(dāng)滑動觸頭P 向左移動時，L 消耗的功率增大B. 當(dāng)滑動觸頭P 向左移動時，L 消耗的功率減小C. 當(dāng)滑動觸頭P 向右移動時，L 消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P,L 消耗的功率都不變解析 當(dāng)滑動觸頭P 向左移動時，使其電阻減小，則流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R 的阻值減小，通過燈泡L 的電流增大，則L 消耗的功率增大，A 正確，B、 D錯誤；當(dāng)滑動觸頭P 向右

13、移動時，可分析出L 消耗的功率變小，C 錯誤 .8 .（多選）如圖6 所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1 為光敏電阻，R2 為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是（）圖6A. 當(dāng)有光照射R1 時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B. 當(dāng)有光照射R1 時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C. 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次解析 光電計數(shù)器工作原理：當(dāng)有物體擋住射到光敏電阻R1 的光照時，R1 電阻增大，電路中R2 兩端電壓降低，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，從而達(dá)到自動計數(shù)的目的.9.如圖7所示，R3是光敏電阻（光照時電阻變?。?，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時， a、b兩點等電勢.當(dāng)用光照射電阻 R3時，則（）A.a 點電勢高于b點電勢B.a 點電勢低