沪科版选修32 第5章 传感器与现代社会 章末复习课 学案.doc

巩固层知识整合体系构建 核心速填1传感器的定义及组成(1)定义：通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转换成电学量的装置(2)组成：传感器一般由敏感元件和转换装置组成2传感器的分类及应用(1)按检测量的不同，传感器可分为物理型传感器、化学型传感器和生物型传感器(2)常见的传感器有温度传感器、力传感器、磁传感器等提升层能力强化传感器的工作原理及应用1.传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如图41所示图412传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作如图42所示，一热敏电阻rt放在控温容器m内；为毫安表，量程为6 ma，内阻为数十欧姆；e为直流电源，电动势约为3 v，内阻很小；r为电阻箱，最大电阻为999.9 ；s为开关已知rt在95 c时的阻值为150 ，在20 c时的阻值约为550 .现要求在降温过程中测量在95 c到20 c 之间的多个温度下rt的阻值图42(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图(2)完成下列实验步骤中的填空：依照实验原理电路图连线调节控温容器m内的温度，使得rt的温度为95 c.将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数i0，并记录_将rt的温度降为t1(20 ct195 c)；调节电阻箱，使得电流表的读数_，记录_温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1_.逐步降低t1的数值，直至20 c为止；在每一温度下重复步骤.【思路点拨】利用热敏电阻rt的阻值在95 20 间是已知量及电学知识求解【解析】(1)由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示而且热敏电阻rt在95 和20 时的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95 ，则电流表示数不变时，热敏电阻和电阻箱的阻值应保持150 和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ，则电流表示数不变时，热敏电阻和电阻箱的阻值应保持550 和电阻箱的初值之和不变因此可以测量任意温度下的电阻(2)依照实验原理电路图连线调节控温容器m内的温度，使得rt温度为95 .将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数i0，并记录电阻箱的读数r0.将rt的温度降为t1(20 t195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为i0，记录电阻箱的读数r1.温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1r0r1150 .逐步降低t1的数值，直至20 为止；在每一温度下重复步骤.【答案】(1)实验原理电路图见解析(2)电阻箱的读数r0仍为i0电阻箱的读数r1r0r1150 一语通关常见的敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大.(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大.(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数等.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.(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、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.(5)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，uhrh.针对训练1热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中图43为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值r随温度t变化的示意图由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力_(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更_(选填“敏感”或“不敏感”). 【导学号：53932109】图43【解析】图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小，所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感【答案】增强敏感传感器在生产、生活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，如下表传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器压敏电阻等力学、运动学与直流电路电容传感器电容力、运动与含电容电路如图44所示是某种电子秤的原理示意图，ab为一均匀的线性电阻，阻值为r，长度为l，两边分别有p1、p2两个滑头，p1可在竖直绝缘光滑的固定杆mn上保持水平状态而上下自由滑动弹簧处于原长时，p1刚好指着a端，p1与托盘固定相连若p1、p2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为e，内阻不计，当地的重力加速度为g，求：图44(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，p1离a的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，p1离a的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先较准零点，其方法是：调节p2，使p2离a的距离也为x1，从而使p1、p2间的电压为零校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与p1、p2间的电压u之间的函数关系式【思路点拨】由平衡条件求p1离a的距离；由欧姆定律及平衡条件求解m与u的函数表达式【解析】托盘的移动带动p1移动，使p1、p2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于r为均匀的滑线电阻，则其电阻与长度成正比(1)由力的平衡知识可得：m0gkx1，解得：x1.(2)放上重物重新平衡后，m0gmgkx2，解得：x2.(3)由闭合电路欧姆定律可知eir，由部分电路欧姆定律可得：uir串，由于，其中x为p1、p2间的距离，则xx2x1，联立以上各式解得：mu.【答案】(1)x1(2)x2(3)mu一语通关(1)p1、p2的高度相同时，电压为零，显示屏的示数也为零.(2)p1沿竖直方向上、下移动并不影响电路的连接方式.针对训练2如图45所示为一实验小车中利用光脉冲测量车速和行程的装置的示意图，a为光源，b为光电接收器，a、b均固定在车身上，c为小车的车轮，d为与c同轴相连的齿轮车轮转动时，a发出的光束通过旋转齿轮上齿之间的间隙变成脉冲光信号，被b接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为n，设小车速度为v，行程为x，试完成下列问题的解答： 【导学号：53932110】图45(1)要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是哪些？(2)推导小车速度的表达式；(3)推导小车行程的表达式【解析】小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积设车轮的半径为r，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v2rk.若齿轮的齿数为p，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为p.已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为.