新課標(biāo)2012屆高考物理總復(fù)習(xí)配套實驗11傳感器的簡單應(yīng)用課件

實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用知識點一傳感器的工作原理——知識回顧——1．傳感器的定義：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并且能夠把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為

、

等電學(xué)量．電壓電流2．傳感器的原理：傳感器感受到的通常是

量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度等，而它輸出的通常是

量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號非常微弱，通常經(jīng)過放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作．傳感器的原理也可以用下圖表示：非電學(xué)電學(xué)4．傳感器的元件：制作傳感器時經(jīng)常使用的元件有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等．——基礎(chǔ)自測——關(guān)于傳感器的下列說法正確的是()A．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號D．以上說法均不正確解析：半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以A錯，B正確；傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，所以C錯．答案：B——要點深化——1．角度的電容式傳感器：原理是當(dāng)旋轉(zhuǎn)動片時，電容器兩個彼此絕緣的金屬板的正對面積發(fā)生變化，從而引起電容發(fā)生變化．如圖1甲所示．圖12．液體的電容式傳感器：原理是導(dǎo)電液體相當(dāng)于電容器的一個極板，當(dāng)液體的濃度發(fā)生變化時，相當(dāng)于兩個極板的正對面積發(fā)生變化，從而電容發(fā)生變化．如圖乙所示．3．位移的電容式傳感器：原理是當(dāng)電解質(zhì)板插入兩金屬極板間不同的距離時，隨著電解質(zhì)板位移的變化，電容隨之變化．如圖丙所示．4．壓力的電容式傳感器：原理是當(dāng)作用在一個電極上的壓力改變時，金屬片的形狀發(fā)生變化，兩金屬板的距離發(fā)生變化，電容隨之改變．如圖丁所示．——基礎(chǔ)自測——如圖2所示，是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極．把這兩極接入外電路，當(dāng)外電路中的電流變化使電容值增大時，則導(dǎo)電液體的深度h變化為()A．h增大B．h減小C．h不變D．無法確定圖2知識點三傳感器的應(yīng)用實驗——知識回顧——1．實驗?zāi)康模?1)體會傳感器在實際中的應(yīng)用(2)了解斯密特觸發(fā)器的工作特點，能夠分析光控電路和溫控電路的工作原理．2．實驗原理：(一)光控開關(guān)(如圖3所示)：白天，光強度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值(1.6V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的．R1的阻值調(diào)高，路燈會在更暗時亮．圖4圖33．實驗器材：斯密特觸發(fā)器、光敏電阻、發(fā)光二極管(LED)、可變電阻、定值電阻、熱敏電阻、蜂鳴器、集成電路實驗板．4．實驗步驟實驗(一)：光控開關(guān)(1)先把光敏電阻、發(fā)光二極管等電路元件按電路圖接好(見原理圖5)；(2)調(diào)節(jié)可變電阻，使發(fā)光二極管(LED)不發(fā)光，然后減小照射到光敏電阻的光量，觀察發(fā)光二極管發(fā)光的情況；(3)調(diào)節(jié)可變電阻R1，探究使LED發(fā)光的規(guī)律．實驗(二)：溫度報警器(1)先把熱敏電阻、蜂鳴器等電路元件按電路圖接好(參照圖5中光控開關(guān)的原理圖)；圖5題型一力傳感器的應(yīng)用[例1]壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖6(a)所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球．小車向右做直線運動的過程中，電流表示數(shù)如圖6(b)所示，下列判斷正確的是()A．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動圖6D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動[解析]

從I－t圖象可知，在t1到t2時間內(nèi)，電流逐漸增加，說明電阻逐漸減小，小球?qū)好綦娮璧淖饔昧χ饾u變大，小車做加速度增大的加速運動，A、B不正確．在t2到t3時間內(nèi)，電流較大且恒定，說明電阻較小，且是一確定的值，小球?qū)好綦娮璧淖饔昧愣?，小車做勻加速直線運動，D正確．[答案]

D變式1—1如圖7所示，實線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一鉤碼在豎直方向運動時，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況．從圖中可知道該鉤碼的重力約為__________N，A、B、C、D四段圖線中鉤碼處于超重狀態(tài)的為__________，處于失重狀態(tài)的為__________．圖7解析：拉力大小不變時，力傳感器懸掛的鉤碼在豎直方向上做勻速運動，拉力大小等于重力，約10N；力傳感器的讀數(shù)大于重力時，鉤碼處于超重狀態(tài)，即A、D狀態(tài)；當(dāng)力傳感器的讀數(shù)小于重力時，鉤碼處于失重狀態(tài)，即B、C狀態(tài)．答案：10NA、D

B、C題型二溫度傳感器[例2]現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．如圖8所示，試設(shè)計一個溫控電路．要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程．圖8(2)工作過程：閉合S，當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱，當(dāng)溫度達到設(shè)計值時，熱敏電阻阻值減小到某值，通過電磁繼電器的電流達到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱．當(dāng)溫度低于設(shè)計值，又重復(fù)前述過程．題后反思溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的．變式2—1

電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同．如圖10為某種電熱式電器的簡化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動開關(guān)S.(1)當(dāng)自動開關(guān)S閉合和斷開時，用電器分別處于什么狀態(tài)？(2)用電器由照明電路供電(U＝220V)，設(shè)加熱時用電器的電功率為400W，保溫時用電器的電功率為40W，則R1和R2分別為多大？圖10答案：(1)S閉合時為加熱狀態(tài)，S斷開為保溫狀態(tài)(2)R1＝121ΩR2＝1089Ω題型三光傳感器[例3]如圖11所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強)，且R與D距離不變，下列說法中正確的是()圖11A．當(dāng)滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動觸頭向左移動時，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動觸頭向右移動時，L消耗的功率可能不變D．無論怎樣移動滑動觸頭，L消耗的功率不變[解析]

電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動觸頭向左移動時，發(fā)光二極管發(fā)光變強，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功率變大．[答案]

A題后反思常見的光傳感器有：光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等．光敏電阻在光照射時電阻發(fā)生變化，其原因是做光敏電阻的材料硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，隨著光能的增強，載流子也增多，導(dǎo)電性變好．變式3—1如圖12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12A．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記數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次答案：AC1．當(dāng)光照射到光敏電阻上時，光敏電阻的阻值________(填“變大”“不變”或“變小”)．半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨________變化而改變的特性制成的解析：光敏電阻阻值在光照射下會突然減小，同樣，半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻率隨溫度的變化而改變．答案：變小溫度2．2007年度諾貝爾物理學(xué)獎授予了法國和德國的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”．基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用．在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說法中，錯誤的是()A．熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測控裝置中B．光敏電阻是一種光電傳感器C．電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D．電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用解析：溫度測控裝置是應(yīng)用熱敏電阻的阻值隨溫度的改變而改變的特性，光電傳感器是利用光敏電阻的阻值隨光照強度的改變而改變的特性．電熱設(shè)備是利用電阻絲通電時發(fā)熱的特性，所以A、B、C說法都是正確的．而電阻在電路中既能通過直流也能通過交流，所以D項的說法是錯誤的．答案：D圖13A．①和③B．①和④C．②和③ D．②和④答案：C4．如圖14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，下列說法正確的是()圖14A．進入罩內(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)時煙霧進入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，C對．答案：C5．(2009·山東高考)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點．答：______________________________________________.②如圖15所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)．請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖．(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響)圖15提供的器材如下：光敏電阻Rp(符號，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在下圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干．答案：①光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖16所示．特點：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小．圖16②圖176．(2009·寧夏、遼寧高考)青島奧運會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能．用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制．圖18光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(如白天)時電阻幾乎為0；照射光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大．利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開．電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖18所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接．當(dāng)勵磁線圈中電流大于50mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50mA時，3、4接通．勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA.(1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖．光敏電阻R1，符號燈泡L，額定功率40W，額定電壓36V，符號保護電阻R2，符號電磁開關(guān)，符號蓄電池E，電壓36V，內(nèi)阻很?。婚_關(guān)S，導(dǎo)線若干．(2)回答下列問題：①如果勵磁線圈的電阻為200Ω，勵磁線圈允許加的最大電壓為__________V，保護電阻R2