2019_2020版高中物理第三章传感器1_2传感器温度传感器和光传感器讲义精练（含解析）教科版.docx

2温度传感器和光传感器学科素养与目标要求物理观念：1.知道什么是传感器，知道其将非电信息转换成电信息的意义.2.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理科学思维：通过对含温度传感器、光传感器的电路分析，体会传感器在电路中的作用科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流展示，感受传感器技术在信息时代的作用与意义一、传感器1定义：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置2组成：一般由敏感元件和处理电路组成(1)敏感元件：将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量，形成电信号(2)处理电路：将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量3敏感元件的原理(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应；(2)化学类：基于化学反应的原理；(3)生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能二、温度传感器1分类(1)热双金属片温度传感器(2)热电阻传感器(3)热敏电阻传感器：NTC型：电阻值随温度升高而减小PTC型：电阻值随温度升高而增大2作用将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量三、光传感器1原理：某些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化2作用：感知光线的变化或场景的变换，使机器作出反应1判断下列说法的正误(1)传感器可以把非电学量转化为电学量()(2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大()(3)干簧管可以感知磁场，接入电路，相当于开关的作用()(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小()2如图1所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数_(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度_(填“变亮”或“变暗”)图1答案变小变亮一、传感器当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？答案人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门1传感器的原理：2在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的例1(2018扬州市邗江区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是()A所有传感器都是由半导体材料制成的B金属材料也可以制成传感器C传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D水银温度计是一种传感器答案B解析传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以A错误；金属材料也可以制成传感器，所以B正确；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误例2如图2是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数可以了解油量情况若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？图2答案见解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小二、温度传感器如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？答案由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏1温度传感器的作用：将温度的变化转换为电学量的变化2常见的温度传感器(1)热双金属片温度传感器原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属片变形，可控制电路的通断应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等(2)热电阻传感器原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度t发生变化时，其电阻值按RR0(1t)的规律变化(为温度系数，R0为t0 时导体的电阻)应用：测温度、测流量等(3)热敏电阻传感器原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化应用：测温、温度控制或过热保护等分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而增大负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而减小例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器当环境温度降低时()图3A电容器C的带电荷量增大B电压表的读数增大C电容器C两极板间的电场强度减小DR1消耗的功率增大答案AB解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I知I变小，又UEIr，电压表的读数U增大，B正确；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两极板间的电压U2UU1，U1IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E，QCU2可知，Q、E都增大，故A正确，C错误三、光传感器如图所示为光电式烟尘浓度计的原理图，请阅读教材，然后简述其工作原理答案光源1发出的光线经半透半反镜3，分成两束强度相等的光线一路光线直接到达光电转换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号另一路光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上，其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路6的光就越弱两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1U2，说明被测的光路上没有烟尘；相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度例4(多选)如图4所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图4A电压表的示数增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确学科素养通过例3、例4的分析，进一步熟悉传感器在电路中的作用，了解各种传感器的工作原理，掌握含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤：(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小(2)分析整个回路的电阻、电流的增减(3)分析部分电路的电压、电流如何变化通过这样的提炼和升华，很好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养1(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A该传感器能够测量的物理量是位移和温度B该传感器能够测量的物理量是位移和光强C该传感器能够测量的物理量是光强和声音D该传感器能够测量的物理量是压力和位移答案C解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确2(光敏电阻的特性)如图5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，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是()图5A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解析滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大3(热敏电阻的特性)(2018如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图6所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15 27 的环境中工作当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备下列说法中正确的是()图6A环境温度降低，RM的阻值减小B环境温度升高，Uab变大C滑片P向下移动时，Uab变大D调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度答案D解析环境温度降低时，RM的阻值变大，A错误；环境温度升高，RM的阻值减小，Uab变小，B错误；滑片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C错误；调节滑片位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度，D正确.考点一传感器的理解1(多选)关于干簧管，下列说法正确的是 ()A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置有磁场时，两个簧片被磁化而接通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开，故C、D正确，A、B错误2在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是()A光传感器 B温度传感器C声传感器 D磁传感器答案A3(多选)(2018绵阳市高二下学期期末)传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感知到的非电信息(如温度、光、声等)转换成对应的电信息下列元件可用作感温的敏感元件有()A干簧管 B金属热电阻C热敏电阻 D光敏电阻答案BC4(2017溧水中学高二期末)街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭、夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的()A光敏性 B压敏性C热敏性 D三个特性同时应用答案A解析要求灯夜晚亮，白天熄，可知光的强弱导致电路电流变化，所以电路中利用光传感器使电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性，A正确，B、C、D错误5.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ()图1A距离变化 B正对面积变化C电介质变化 D电压变化答案A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确6(多选)电容式传感器是将非电信号转变为电信号的装置由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图2A甲图的传感器可以用来测量角度B乙图的传感器可以用来测量液面的高度C丙图的传感器可以用来测量压力D丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC考点二光敏电阻、热敏电阻的认识及应用7如图3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏转角为；现用手掌挡住部分光线，表针的偏转角为，则可判断()图3ABCD不能确定答案B8.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图4所示装置向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()图4A应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡答案D解析多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确9(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息光敏电阻自动计数器的示意图如图5所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图5A当有光照射R1时，处理系统获得高电压B当有光照射R1时，处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AD解析当有光照射R1时，R1的电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次10.如图6所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势当用光照射电阻R3时，则(电源内阻不计)()图6Aa点电势高于b点电势Ba点电势低于b点电势Ca点电势等于b点电势Da点电势和b点电势的大小无法比较答案A解析R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确11(2017扬州市邗江中学高二下期中)如图7所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表若发现电压表示数增大，可能的原因是()图7热敏电阻温度降低，其他条件不变热敏电阻温度升高，其他条件不变光照减弱，其他条件不变光照增强，其他条件不变A B C D答案A解析热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故正确同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故错误光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，故正确光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，故错误故A选项正确12(多选)(2018湖北省重点高中联考协作体期中)如图8所示，理想变压器的原线圈与定值电阻r串联，副线圈接热敏电阻RT(温度升高，阻值减小)，在正弦交流电源的电压U0不变的情况下，下列说法正确的是()图8A当RT的温度升高时，原线圈两端的电压一定减小B当RT的温度升高时，原线圈中的电流一定减小C当RT的温度降低时，r消耗的功率一定减小D当RT的温度降低时，r消耗的功率一定增大答案AC解析设变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，当RT的温度升高时，其阻值减小，副线圈的电流I2增大，根据，可知原线圈的电流I1增大，根据U0I1rU1，可知原线圈两端的电压U1减小，故A正确，B错误；同理，当RT的温度降低时，其阻值增大，副线圈的电流I2减小