2019-2020年高中物理 第三章 第一、二節(jié) 認(rèn)識傳感器 探究傳感器的原理學(xué)案 粵教版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 第三章 第一、二節(jié) 認(rèn)識傳感器 探究傳感器的原理學(xué)案 粵教版選修3-2 1.知道什么是傳感器. 2.知道傳感器的分類. 1.傳感器是把能夠完成兩種量(光、熱、電、力學(xué)量和機(jī)械量等)之間的變換或轉(zhuǎn)換關(guān)系的元件. 2.傳感器目前一般可按如下方式進(jìn)行分類:按被測量進(jìn)行劃分,按傳感器的工作原理進(jìn)行劃分,按能量傳遞方式進(jìn)行劃分. 3.常見的傳感器有:溫度傳感器(隨溫度的變化而變化),光電傳感器(隨光照強(qiáng)度的變化而變化)等. 日本一家大型化學(xué)公司開發(fā)出一種利用發(fā)光二極管種植蔬菜的新技術(shù).試驗證實:用發(fā)光二極管種出的蔬菜比露天種出的蔬菜營養(yǎng)更豐富,口味也更好. 據(jù)介紹,發(fā)光二極管的外殼以塑料制成,長約1厘米,直徑為0.6厘米~0.7厘米,外形如同中藥膠囊,由于里面裝有以半導(dǎo)體化合物為原料的發(fā)光體,故通電后即會像燈泡一樣發(fā)光.以往的“蔬菜工廠”是為陽光不足地區(qū)也能種菜設(shè)立的,一般用日光燈代替太陽.而發(fā)光二極管顯然比日光燈甚至陽光更具優(yōu)勢,因為可發(fā)出紅、藍(lán)、綠、白等不同顏色的光,種植者只要對不同的色光作適當(dāng)調(diào)整以便更高效地生產(chǎn)蔬菜.如,紅光可使作物光合作用更為活躍,藍(lán)光可使蘿卜等作物根部變大.利用對不同色光照射時間的調(diào)整,不僅可縮短作物的生長期,而且可使作物個頭更大,從而大大提高了產(chǎn)量.此外,蔬菜中糖分和維生素的含量也會根據(jù)光線顏色的不同和照射時間的長短出現(xiàn)變化.如:生菜只要多照紅光,光合作用就會活躍起來,所含糖分隨之增加,味道也會變得較甜;而大多數(shù)蔬菜照射較長時間紅光,所含維生素都會增加.掌握了這一規(guī)律,種植者便不難對所種蔬菜的營養(yǎng)成分和口味作調(diào)整. 目前,發(fā)光二極管價格雖仍偏高,但耗電量很低,壽命也長(約在5萬小時以上),故汽車剎車燈、紅綠交通燈等也紛紛開始改用發(fā)光二極管.專家們預(yù)測,隨著發(fā)光二極管制作成本的逐步降低,它必將在更多領(lǐng)域發(fā)揮積極作用. 一、單項選擇題 1.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(D) A.選擇紅外線進(jìn)行檢測,主要是因為紅外線光子能量小,可以節(jié)約能量 B.紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測 C.紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用 D.一切物體都能發(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,故選項D正確. 2.如下圖所示,R1為定值電阻,R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻),L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(C) A.R1兩端的電壓增大 B.電流表的示數(shù)增大 C.小燈泡的亮度變強(qiáng) D.小燈泡的亮度變?nèi)? 解析:溫度降低時R2的阻值增大,干路電流減小,R1兩端電壓、電流表示數(shù)都減小,燈泡兩端電壓變大、亮度變強(qiáng).只有C項正確. 3.“嫦娥一號”衛(wèi)星上裝有8種24件探測儀器,其中可能有(D) A.味覺傳感器 B.氣體傳感器 C.聽覺傳感器 D.視覺傳感器 解析:“嫦娥一號”月球衛(wèi)星是為探測月球而發(fā)射的在軌衛(wèi)星,而月球上無氣體,所以不需要氣體傳感器和聽覺傳感器,當(dāng)然也用不到味覺傳感器,真正需要的是為月球“畫像”的視覺傳感器——立體相機(jī). 4.氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測.它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化,在如右圖所示的電路中,不同的一氧化碳濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對應(yīng)關(guān)系,觀察儀表指針就能判斷一氧化碳是否超標(biāo).有一種氧化錫傳感器,其電阻的倒數(shù)與一氧化碳的濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與一氧化碳濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是(C) A.U越大,表示c越大,c與U成正比 B.U越大,表示c越小,c與U成反比 C.U越大,表示c越大,但是c與U不成正比 D.U越大,表示c越小,但是c與U不成反比 解析:由電路圖可知,U越大,表明通過電阻R0的電流越大,則氧化錫傳感器的電阻減小,由于題目中指出其“電阻的倒數(shù)與一氧化碳的濃度成正比”,則表示一氧化碳的濃度c變大.根據(jù)電路圖可知,c與U不成正比. 二、多項選擇題 5.電飯鍋工作時有兩種狀態(tài):一種是鍋內(nèi)水燒干前的加熱狀態(tài),另一種是鍋內(nèi)水燒干后的保溫狀態(tài).如下圖所示是電飯鍋的電路原理示意圖,S是用感溫材料制造的開關(guān),下列說法中正確的是(BD) A.其中R1是供加熱用的電阻絲 B.當(dāng)開關(guān)S接通時電飯鍋為加熱狀態(tài),S斷開時為保溫狀態(tài) C.要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時功率的一半,= D.要使R2在保溫狀態(tài)時的功率為加熱狀態(tài)時功率的一半,= 解析:由電路圖可知,不管S斷開還是閉合,加在電阻上的電壓都是220 V,所以根據(jù)P=得接在電路的電阻越小,功率越大,所以S閉合的時候,R2處于加熱狀態(tài),B正確;根據(jù)=2得=,所以D 也正確. 6.在如右圖所示的電路中,電池的電動勢為E,內(nèi)阻為r,R1為金屬電阻、R2為光敏電阻、R3為熱敏電阻.設(shè)電流表A的讀數(shù)為I,電壓表V1的讀數(shù)為U1,電壓表V2的讀數(shù)為U2,三個電阻中僅有一個的阻值發(fā)生變化,則下面的分析正確的是(AB) A.給R1升溫,I變小,U1變大 B.用光照R2,I變小,U2變大 C.給R3降溫,I變大,U1變大 D.給R1降溫,I變小,U1變小 解析:R1為金屬電阻:溫度越高,電阻值越大;R2為光敏電阻:光照越強(qiáng),電阻值越?。籖3為熱敏電阻:溫度越高,電阻值越小.則根據(jù)“串反并同”得,A選項給R1升溫,R1電阻值變大了,I減小,U1變大,A正確;B選項用光照R2,R2電阻值減小,則I變小,U2變大,B正確. 7.傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電量等)的一種元件.如下圖所示中的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器,下列說法正確的是(BD) A.圖甲中兩極間的電量不變,若電壓減少,可判斷出h變小 B.圖乙中兩極間的電量不變,若電壓增加,可判斷出θ變大 C.圖丙中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器的負(fù)極,則x變大 D.圖丁中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器的正極,則F變大 8.唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?,其中一種是動圈式的,下圖是該傳感器的構(gòu)造原理圖.它的工作原理是,在彈性膜的后面粘接一個輕小的金屬線圈,線圈處于永久磁體的磁場之中,當(dāng)聲波使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺铝姓f法正確的是(BC) A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C.膜片振動時,穿過金屬線圈的磁通量不斷改變 D.膜片振動時,金屬線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢保持不變 解析:根據(jù)圖可知,當(dāng)聲波使膜片前后振動時,傳感器的線圈的磁通量不斷變化,產(chǎn)生不斷改變的感應(yīng)電流,就把聲音轉(zhuǎn)化成了電信號.所以B、C正確. 9.某半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系曲線,則(CD) A.圖線1反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化 B.圖線2反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化 C.圖線1反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化 D.圖線2反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化 三、非選擇題(按題目要求作答.解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.) 10.傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件,在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用.有一種測量人的體重的電子秤,其測量部分的原理圖如圖中的虛線框所示,它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)、顯示體重大小的儀表A(實質(zhì)是理想的電流表)組成.壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1107 Pa,且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如下表所示.設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V,取g=10 m/s2.請回答: 壓力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 … 電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 … (1)該秤零起點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤________A處. (2)如果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數(shù)為20 mA,則這個人的體重是________kg. 解析:(1)由圖表知,踏板空載時,壓力傳感器電阻R=300 Ω,此時A中電流I== A=1.610-2 A. (2)當(dāng)電流I=20 mA=2010-3 A時,壓力傳感器的電阻R== Ω=240 Ω, 對應(yīng)表格中,這個人的質(zhì)量為50 kg. 答案:(1)1.610-2 (2)50 11.如圖所示為檢測某傳感器的電路圖.傳感器上標(biāo)有“3 V 0.9 W”的字樣(傳感器可看作一個純電阻),滑動變阻器R0上標(biāo)有“10 Ω 1 A”的字樣,電流表的量程為0.6 A,電壓表的量程為3 V.求: (1)傳感器的電阻和額定電流. (2)為了確保電路各部分的安全,在a、b之間所加的電源電壓最大值是多少? (3)如果傳感器的電阻變化超過標(biāo)準(zhǔn)值1 Ω,則該傳感器就失去作用.實際檢測時,將一個恒壓電源加在圖中a、b之間,閉合開關(guān)S,通過調(diào)節(jié)R0來改變電路中的電流和R0兩端的電壓.檢測記錄如下 電壓表示數(shù)U/V 電流表示數(shù)I/A 第一次 1.48 0.16 第二次 0.91 0.22 若不計檢測電路對傳感器電阻的影響,你認(rèn)為這個傳感器是否仍可使用?此時a、b間所加的電壓是多少? 解析:(1)R傳== Ω=10 Ω I傳==A=0.3 A. (2)最大電流I=I傳=0.3 A 電源電壓最大值Um=U傳+U0 U傳為傳感器的額定電壓,U0為R0m=10 Ω時R0兩端的電壓,即U0=I傳R0m=0.310 V=3 V Um=U傳+U0=3 V+3 V=6 V. (3)設(shè)實際檢測時加在a、b間的電壓為U,傳感器的實際電阻為R傳′,根據(jù)第一次實驗記錄數(shù)據(jù)有:U=I1R傳′+U1 根據(jù)第二次實驗記錄數(shù)據(jù)有U=I2R傳′+ U2 代入數(shù)據(jù),解得:R傳′=9.5 Ω,U=3 V 傳感器的電阻變化為ΔR=R傳-R傳′=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω<1 Ω,所以此傳感器仍可使用. 答案:見解析- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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