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3系列第二章及第六章教材分析和教学建议 一 新 旧教材章节结构对比 新 第二章恒定电流1电源和电流2电动势3欧姆定律4串联电路和并联电路5焦耳定律6电阻定律7闭合电路欧姆定律8多用电表9实验 测定电池电动势和内阻10简单的逻辑电路 原 第十四章恒定电流一 欧姆定律二 电阻定律电阻率三 半导体及其应用四 超导及其应用五 电功和电功率六 闭合电路欧姆定律七 电压表和电流表伏安法测电阻 新 第六章传感器1传感器及其工作原理2传感器的应用 一 3传感器的应用 二 4传感器的应用实例 原 第二册 必加选 阅读 电容式传感器 阅读 动圈式话筒原理 实验 传感器的简单应用 总的感觉 一 结构方面 大体继承了原教材的基本结构和线索 对此 不会造成教学不适应的问题 二 内容方面 新增加的知识内容不多 传感器 门电路 而且在编写这些新内容时 注重基础性 连贯性和可读性 新教科书在知识上不会有大的困难 课文中有的地方提出了一些新概念 如恒定电场 旨在增强对原有知识的理解 而不是有意增添新的知识点 为什么要引入 稳恒电场 的概念 问题 电路中 电子在导体中做定向移动的原因 解释 导体中有电场 自由电荷就发生定向运动 疑问 导体中的电场不是为零吗 怎么又有了电场 导体中电场为零 是有条件的 即静电平衡 不过学生的印象并不深刻 因为我们从来没有处理过静电不平衡的情况 如果稀里糊涂地过去 对于学习恒定电流这个知识点没有多大妨碍 但却有悖于 物理要说理 这个价值观教育的原则 A 假设在电源正 负极之间连一根导线 意图 建立第一 第二两章的联系 消除困惑 M N E0 假设在电源正 负极之间连一根导线 A 导线内很快形成沿导线方向恒定电场 经历一次由不平衡到动态平衡的变化分析过程 为串 并联电路的电流关系提供理论分析基础 因此 教科书在这里往前走了一小步 有恒定电流存在时 导体内的不同位置有电荷的堆积 所以导体内的电场不是零 导体内电荷的分布是不随时间变化的 因而电场也不随时间变化 这个电场 恒定电场 的规律与静电场相同 关于恒定电场 学生知道这些就足够了 不必分析导体内电荷分布的具体情况 也不必分析电荷分布达到平衡的过程 对于接受能力强的学生可多介绍 为什么要从功和能的角度学习电动势的概念 在过去的教学中 我们说 电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的 为了表征电源的这种特性 物理学中引入了电动势的概念 就这样把电动势的概念直接交给了学生 从学知识的角度看 这样做是 简明轻快 的 由于此套教材多处对 通过做功研究能量 的思想都有阐述和铺垫 故此处再次运用这种功能关系的观点来学习电动势 这样使学生对电源电动势理解深刻 同时也可培养学生理性思维的习惯 但编者的课程理念足落实物理课程的三维目标 这样做就有所欠缺 经历科学过程 的形式是多种多样的 学生可以通过讨论或实验认识新的规律 可以通过阅读来了解前人的工作过程 跟着教师的思路一环套一环地接受新的概念 也是经历科学过程的一种形式 教科书为电动势的学习搭出台阶 1 电源能维持电荷的流动是因为它具有把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极的能力2 正负极堆积着正负电荷 所以电源内部存在着由正极指向负极的静电场3 要把电荷从负极搬运到正极就要克服静电场对电荷的作用力4 一定存在着 非静电力 它像个 搬运工 5 即使是把相同的电荷量从负极移到正极 非静电力在不同的电源中做的功也不一样 就像把相同的重物从一楼搬上二楼 人力做的功不一样 层高不同 6 看来非静电力对电荷做的功与电荷的比值有特殊意义 相当于楼房的层高 定义为电动势 正极 负极 电源 E 以这样的方法引入电动势 的确要比直接给出一个名词费些时间 但这是值得的 因为这里体现的是物理学的基本思想通过做功研究能量的思想 必修的思想 突出做功与能量的关系 用比值定义物理量的思想 二 教材分析和教学建议 一 重视对知识线索的进一步规划和设计 1 串联和并联电路 关于串 并联电路的主要知识线索 串 并联电路的电压关系 串 并联电路的电阻关系 根据电势差的概念理论分析 串 并联电路的电流关系 A B C D 根据 电荷分布稳定 分析得出 导线上堆积电荷分布稳定 导线内恒定电场的形成过程 电流表和电压表 及量程改变 建立电流表和电压表的电路模型 第三节串联电路和并联电路电压表和电流表 一个电压可读的大电阻 一个电流可读的小电阻 为什么不从实验引入串联电路和并联电路的电流 电压的关系 初中物理教科书也涉及串联电路和并联电路的电流 电压的关系 那是通过实验总结出来的 这套高中物理教科书以此为基础上了一个台阶 根据电荷守恒的思想 分别得出串联电路和并联电路中各点的电流的关系 又根据各点电势的关系 分别得出两种电路中的电压关系 教科书这样处理的目的 一方面是从理论分析的角度使学生对串 并联电路的电流 电压间的关系有更深刻的理解 让学生体会初中与高中的区别 提高理论分析能力 教科书这样处理的另一个目的 是使学生体会到 许多概念 规律都逻辑关系联系着 编者还考虑到 在初中物理及其他科学课程的学习中 关于科学认识的过程 学生往往形成一个图景 那就是 实验 科学规律 实验 科学规律 而实际的图景比这复杂得多 人们以事实为基础 总是力图找出尽量少的几个基本原理 再从这几个基本原理通过逻辑关系解释已知的事实 包括已知的科学定律 和预言未知的事实 不仅科学研究是这样 日常生活中也是这样 所找到的基本原理是否正确 所建立的逻辑网是否合适 则靠其后的事实来检验 为什么不从实验引入焦耳定律 原因 多数学校不做这个实验 纠正初中物理及其他科学课程的学习中 关于科学认识的过程 学生往往形成一个图景 那就是 实验 科学规律 实验 科学规律 让学生知道实际的图景比这复杂得多 除此之外 这里还想再一次突出功能关系的思想 电表的改装应该要求到什么程度 教科书将电表的改装问题通过习题方式呈现 目的并不是新知识点的传授 而是通过电表的改装来复习欧姆定律 教学时也应有这样的考虑 可以把它做为欧姆定律的应用来处理 与习题课有些相似 避免出现所谓的 二级规律 三级规律 我们只要求改装单量程的电压表或者电流表 书P53第2题 图2 4 9画出用电压表 电流表测量导体电阻的两种电路图 图中电压表的内阻为103 电流表的内阻为0 1 被测导体R的真实电阻为87 4 测量时 把电压表读数和电流表读数的比值为电阻的测量值 如果不考虑实验操作中的偶然误差 按甲 乙两种电路进行实验 得到的电阻测量值将各是多少 你能从中得出什么结论 图2 4 9 在第4节的练习题2涉及测电阻时电压表的内接和外接的问题 是否要求太高 如果把电压表的内接 外接也作为一个知识点让学生记忆 那么该记的东西就太多了 教科书在这里是把它作为欧姆定律在新情境下的一个应用来处理的 教学的着眼点应该在于基本规律的练习 绝对不要让学生记忆 情况下应该内接 情况下应该外接 对于学生基础好的学生 要求可适当高一点 但电学实验的基础是伏安法测电阻 对伏安法测电阻的测量原理及误差的分析仍适当介绍 对这个内容 也可安排一个学生实验 教师事先并不告诉内接法和外接法 学生没有内 外接法的概念 会出现有的学生用内接法 有的用外接法 测量值不同 出乎学生的意料 引起学生的兴趣 然后引导学生去探究 分析 1 串联电路和并联电路 2 闭合电路欧姆定律 用实验的方法得出闭合电路欧姆定律有优点也有缺陷 优点 增强了实践意识 提高了探究能力 缺陷 学生对内电压的测量难以理解 实验可以得到 内 外电压之和等于一个常数 的结论 但如何跟电动势发生联系 难从本质上说明 二 重视对知识线索的进一步规划和设计 为什么要通过能量关系来引入闭合电路的欧姆定律 在过去的教学中 闭合电路的欧姆定律是通过儿童滑梯的比喻引入的 从学习这个知识点的角度讲 这样引入比较简单 学生容易接受 但闭合电路的欧姆定律是一个很好的素材 教科书用理论分析的方法推导出闭合电路欧姆定律 它能够充分体现功和能的概念在物理学中的重要性 既然学生已经从做功的角度认识了电动势的概念 这里仍旧通过功能关系的分析来建立闭合电路的欧姆定律 就是顺理成章的事了 讨论1 合上开关 在时间内 电路中有电流的同时伴随能量的转化 整个电路中电能转化为什么能 各是什么 2 电路中的电能又是什么能转化来的 在电源内部是如何实现 如何表达各能 内电路 外电路 3 以上各能量之间有什么关系 化学能 电能 内能 非静力作功 电流作功 W Eq EIt E外 I2Rt E内 I2rt 根据能量守恒定律 非静电力做的功应该等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和 W E外 E内 即 EIt I2Rt I2rt 闭合电路欧姆定律 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比 跟内 外电路的电阻之和成反比 适用条件 对纯电阻电路 a b 5 两个特例 2 外电路短路时 1 外电路断路时 二 重视对知识线索的进一步规划和设计 1 串联电路和并联电路 2 闭合电路欧姆定律 课程标准 要求 理解闭合电路欧姆定律 教科书用理论分析的方法推导出闭合电路欧姆定律 以利于对该定律的理解 推导的核心过程是分析闭合电路以下三处的能量转化外电路 E外 I2Rt 内电路 E内 I2rt 电池化学反应层 W EIt 这需要一个清晰 合理 不断深化的教学线索 电池化学反应层EIt 内电路I2rt 外电路I2Rt 第2节课文 非静电力移送电荷做的功等于其电势能的增加量 电动势与非静电力做功的关系E W q 练习题 根据电动势计算非静电力做功 根据 电场力做功 电势能减小 非静电力做功 电势能增 分析闭合电路各点的电势高低关系 一个沿电流方向电势高低变化的直观图 在图中分清哪是内电路 哪是外电路 在内 外电路电势降落处应用焦耳定律 根据能量守恒推导出闭合电路欧姆定律 通过路端电压跟负载的关系理解欧姆定律 用断路和短路两种极端情况深化对定律的理解 链4 链6 本节课的结构和线索 三 把理论探讨和实验探究结合起来 关于决定金属导体电阻大小的因素的探究 a和b 长度不同 探究方案一 a和c 横截面积不同 a和d 材料不同 1 电阻R与长度l的关系 一个导体 可以把它看成是由n段相同长度 横截面积的同样导体串联而成的 l1 R1 理论探究 2 电阻R与横截面积s的关系 理论探究 一个导体 可以把它看成是由n股相同长度 横截面积的同样导体并联而成的 同种材料下 理论探究 实验电路图 实验探究 取不同长度 横截面积 不同材料的导体进行实验 探究不同材料比例常数 结果分析 比例系数k取决于导体材料 与导体的长短 粗细无关 实验探究 结论 同种材料的导体 其电阻R与它的长度l成正比 与它的横截面积S成反比 导体电阻与构成它的材料有关 电阻定律 三 把理论探讨和实验探究结合起来 关于决定金属导体电阻大小的因素的探究 1 理论分析导体电阻跟长度的关系 探究方案二 一个导体 可以把它看成是由n段相同长度 横截面积的同样导体串联而成的 2 理论分析导体电阻跟横截面积的关系 一个导体 可以把它看成是由n股相同长度 横截面积的同样导体并联而成的 3 实验探究导体电阻跟材料的关系 可以取不同长度 横截面积 不同材料的导体进行实验 探究不同材料比例常数 5mA R 1 5 I 150 四 把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来 如果电流表10mA刻度标为 0 把5mA刻度标为150 把0mA刻度标为 把其它电流刻度都按R 1 5 I 150转换成电阻刻度 它岂不成了一个能直接测量电阻的仪器 142 欧姆表 关于欧姆表的教学 2 调至满偏后保持R1的值不变 在A B间接入一个150 的定值电阻R2 电流表指针指着何处 3 如果A B间接另一电阻R R的值和电流表读数I有什么关系 G 5mA R 1 5 I 150 教学中还可以进一步配合真实的演示实验 呈现习题的答案和刻度改装的过程 把习题教学 实验 刻度改装和新课教学融合在一个真实的 视听同步的过程中 四 把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来 142 图中电源的电动势1 5V 内阻0 5 电流表满偏电流10mA 电流表电阻7 5 A B为接线柱 1 用导线使A B短路 此时 应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表达到满偏电流 一个例题 关于欧姆表的教学 教科书只有单向传递信息的功能 它只能通过文字和图形把信息提供给读者 教科书无法收集读者的信息 更不可能对读者的信息在教学现场中进行反馈 因此 有呼有应的教学设计需要教师在教科书的基础上进一步创造 本章 多用电表 一节 教科书为教师设计双边活动的教学过程提供了一个初步的框架 五 让学生在解决问题的探究过程中学习新知识 上图中 甲 乙 丙分别是电流表 欧姆表和电压表的示意图 下图是一个单刀多掷开关 通过操作开关 接线柱B可以接通1 也可以接通2或3 现在要使B接通1时 能像图甲那样成为电流表 接通2时像乙那样成为电阻表 接通3时像丙那样成为电压表 这就成了一个简单的多用电表 讨论一下 这个多用电表的电路图是怎样的 请对照两个图 把它在下图基础上画出来 做一做 A 甲 乙 丙 R1 R2 A A A A 1 2 3 1 2 3 A A 甲 乙 丙 R1 R2 A A 6 B 1 A G 2 3 4 5 A S 下面是一个多量程多用电表的电路示意图 电流 电压 电阻各有两个量程 请谈一谈 开关S调到哪两个位置上多用电表测量的是电流 调到哪两个位置上测量的是电压 调到哪两位置上测量的是电阻 两个位置中哪个位置测量的量程大 在识别电阻档和电压档电路时 可以把虚线框内的电路当成一个电流表 说一说 E1 E2 为什么欧姆表原理的讨论比过去更深入 对于欧姆表的原理 新教科书的篇幅比原来的教科书多一些 但并不要求学生能够回答 中值电阻是怎么回事 表盘刻度为什么不均匀 等等这类问题 这样做的目的 仍是以一个实际问题为蓝本 让学生练习欧姆定律的应用 也就是说 教师教的是欧姆表 心里想的却是欧姆定律 如果学生记住了欧姆表的结论 只能用来解决欧姆表的问题 而掌握了欧姆定律 能解的问题却广泛得多 通过真实的问题来学习基本的规律 这是新教科书的一贯思想 2005年全国高考 理综 考试大纲变化的启示 2004年的 用电流表和电压表测电池的电动势和内阻 2005年改为 测定电源的电动势和内阻 统一 基本的实验要求和灵活 多样的实验方法相结合 这是人教版高中物理课程标准教科书对待物理实验 学生实验 的基本原则 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 基本要求 六 实验 基本要求和多种方法相结合 实验原理 根据闭合电路欧姆定律 测出电路中除电动势 内阻以外有关物理量 利用图象或计算 求出电动势和内阻 数据处理 用图象分析时 什么表示电动势 什么表示内阻 怎样减小实验的偶然误差 方法 多种 通过外电路U I R关系的变换 闭合电路欧姆定律可以写成多种方式 因此 通过测量U和I 或者U和R 或者I和R都可以求得电动势和内阻 实验方法的多样性可以拓展学生的思路 可以避免死记实验步骤 有利于灵活把握实验原理 也有利于因地制宜选择实验器材 实验 测定电池的电动势和内阻 教学建议 用水果电池作为被测电源 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 用水果电池作为被测电源的优点 内阻大 有几百到几千 有利于测量 材料容易获得 土豆 铜片 丝 铁片 丝 安全 环保 无污染 激发兴趣 消除对电池的神秘感 教学建议 用水果电池作为被测电源 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 测量方法 土豆电池电动势约0 8V 短路电流约不到1mA 因此可选用J0415型电流表 量程200 A 配合电阻箱进行测量 教学建议 用水果电池作为被测电源 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 测量方法 土豆电池电动势约0 8V 短路电流约不到1mA 因此可选用J0415型电流表 量程200 A 配合电阻箱进行测量 教学建议 用水果电池作为被测电源 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 实验数据 根据实测数据计算路端电压U 作出U I图象如右 教学建议 用水果电池作为被测电源 实验 测定电池的电动势和内阻 六 实验 基本要求和多种方法相结合 注意事项 影响内阻的主要因素是电极和溶液的接触面积 电极间的距离改变对内阻影响较小 建议极板的宽度为2 3cm 插入深度2 3cm 极板间距1 4cm 也可以采用家庭装修多股铜质电源线代替铜片 通电后的短时间内 水果电池内阻不稳定 建议通电几分钟后再进行实验测量 简单的逻辑电路 要求到什么程度 这是一节新加的内容 通过本节课的学习 使学生了解 与 逻辑 或 逻辑和 非 逻辑的意义 理解条件与结果之间的关系 以及这些逻辑关系真值表 关于如何实现这些逻辑关系 则不需要掌握 建议教学中应鼓励学生从生活实例中去寻找 与 逻辑 或 逻辑和 非 逻辑关系 加深对逻辑电路的理解 从生活实例出发去分析这些逻辑关系的条件与结果之间的系 掌握真值表 科学漫步 集成电路 可拓展学生视野 关注我国集成电路以及原器件研究的发展情况 初步了解集成电路的作用 教师要引导学生阅读 或让学生搜集这方面的资料 七 简单的逻辑电路 内容介绍 本节的主要内容 与门或门非门 逻辑关系 实验现象 符号 真值表 实例 条件 结果 这就是 与 逻辑 具有 与 逻辑功能的电路 称为 与 门 只有A 与 B都为闭合 灯Z才能亮 与门电路 条件 结果 这就是 或 逻辑 具有 或 逻辑功能的电路 称为 或 门 至少要有一个开关闭合 或A或B都行 总之闭合开关数目要 1 灯Z就能亮 A 或门电路 非门电路 条件 结果 反之 条件 结果 总之 条件与结果是的 这就是 非 逻辑 具有 非 逻辑功能的电路 称为 非 门 灯Z亮 A 不 闭合 A闭合 灯 不 亮 相反 对上述事件进行编码 用1表示开关的闭合 0表示开关的断开 用1表示灯亮 0表示灯不亮 则得到以上三个门电路的逻辑真值表 求真值 的要领 1 与运算 条件全为真 结果才为真 2 或运算 条件有一个或一个以上为真 结果就为真 3 非运算 条件结果相反 实验现象 逻辑关系 逻辑关系 八 传感器 内容介绍 高中物理课程标准 选修3 2模块的内容标准 三 传感器 1 知道非电学量转化为电学量的技术意义 2 通过实验 知道常见传感器的工作原理 3 列举传感器在生活和生产中的应用 选修3 2教科书 第六章传感器第1节传感器及其工作原理第2节传感器的应用 一 第3节传感器的应用 二 第4节传感器的应用实例 课题引入 生活现象 洗手间后冲水 课题引入 生活现象 冰箱的自动温控 洗衣机的自动运转 驻极体话筒 电子秤 红外线感应器 声光控开关 常见感应器 应用 电子握力计 演示实验 小盒子A的侧面露出一个小灯泡 盒外没有开关 但是把磁铁B放到盒子上面灯泡就发光 把磁铁移走 灯泡熄灭 盒子里有什么装置 第1节传感器及其工作原理 传感器是指这样一类元件 它能感受例如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并能把它们转换成电压 电流等电学量 或转换为电路的通断 从而能方便地进行测量 传输 处理和控制 传感器是指这样一类元件 它能感受例如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并能把它们转换成电压 电流等电学量 或转换为电路的通断 从而能方便地进行测量 传输 处理和控制 如右图 被测物体在左右方向发生位移时 电介质板随之在电容器两极板之间移动 物体位移的变化 就转换成了电容量的变化 第1节传感器及其工作原理 硫化镉的电阻率跟光照的强度有关 把硫化镉涂敷在绝缘板上 另涂敷两个栅状电极 不同强度的光照射 两电极间的电阻不同 光敏电阻 热敏电阻 金属热电阻 第1节传感器及其工作原理 在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上 制作4个电极 就成了一个霍尔元件 它可以把磁学量 磁感应强度 转换为电学量 电压 霍尔元件 第1节传感器及其工作原理 传感器应用的一般模式 应用举例 第2节传感器的应用 一 电子秤 应变片发生形变时其电阻随之发生变化 在恒定电流下 应变片是把形变 几何量 转换为电压 电学量 的元件 力传感器的应用 第2节传感器的应用 一 话筒 动圈式话筒 膜片在声波下振动 使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流 声传感器的应用 电容式话筒 金属膜片M和固定电极N形成一个电容器 M在声波作用下振动 电容器的电容作周期性变化 电阻R两端的电压也做相应的周期性变化 第2节传感器的应用 一 电烫斗 双金属片温度传感器 常温下两触点分离 温度升高 两种金属膨胀性能不同 双金属片形状发生变化 使触点接触 温度传感器的应用 电烫斗的构造思考与讨论 常温下两触点是接触还是分离 如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度 第2节传感器的应用 一 电饭锅 感温铁氧体的 居里点 感温铁氧体在常温下具有铁磁性 但温度升高到103 时便失去了铁磁性 这个温度称为这种材料的 居里温度 或 居里点 温度传感器的应用 电饭锅的构造思考与讨论 开始做饭时为什么要压下开关按钮 若用电饭锅烧水 水在沸腾以后是否会自动断电 第3节传感器的应用 二 用温度传感器可以把温度转换为电信号 测温元件可以是热敏电阻 金属热电阻 热电偶 红外线敏感元件等 电信号可以远距离输送 因而温度传感器可以远距离读取温度 第3节传感器的应用 二 测温仪 温度传感器的应用 第3节传感器的应用 二 将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接 可以实现数据采集 处理 画图的智能化功能 鼠标器 光传感器的应用 第3节传感器的应用 二 鼠标中的红外接收管就是光传感器 鼠标移动时 滚球带动x y方向两个码盘转动 红外管接收到一个个红外线脉冲 计算机分别统计x y两个方向上的脉冲信号 就能确定鼠标的位置 火灾报警器 光传感器的应用 第3节传感器的应用 二 光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器 平时 发光二极管发出的光被不透明挡板挡住 当有烟雾时 烟雾对光有散射作用 光电三极管接收到散射光 电阻变小 使报警电路工作 实验1 光控开关 第4节传感器的应用实例 路灯自控开关 自然光 模拟路灯 实验2 温度报警器 第4节传感器的应用实例 温度升高到一定程度就会发出报警声 蜂鸣器 5V 热敏电阻 A Y RT R1 1 to 实验操作举例 路灯自控开关 自然光 模拟路灯 例1 某学生为了测量一个物体的质量 找到一个力电转换器 该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力 比例系数为k 如图所示 测量时先调节输入端的电压 使转换器空载时的输出电压为0 而后在其受压面上放上物体 即可测得与物体的质量成正比的输出电压U 现有下列器材 力电转换器 质量为m0的砝码 电压表 滑动变阻器 干电池一个 电键及导线若干 待测物体 可置于力电转换器的受压面上 请完成对该物体的测量m 1 设计一个电路 要求力转换器的输入电压可调 并且使电压的调节范围尽可能大 在方框中画出完整的测量电路图 2 简要说明测量步骤 求出比例系数k 并测出待测物体的质量m 3 请设想实验中可能会出现的一个问题 有关传感器的高考题与习题 1 设计电路如图 2 测量步骤与结果 调节滑动变阻器 使转换器的输出电压为零 将砝码放在转换器上 记下输出电压U0 将待测物放在转换器上 记下输出电压U由U0 km0g 得k U0 m0gU kmg 所以m m0U U0 例题2 风力测定仪 如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图 图中P为金属球 悬挂在一细长裸金属丝下面 O是悬挂点 R0是保护电阻 CD是水平放置的光滑电阻丝 与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触 无风时细金属丝与电阻丝在C点接触 此时电路中的电流为I 有风时细金属丝将偏转一角度 与风力大小有关 细金属丝与电阻丝在C 点接触 已知风力方向水平向左 OC h CD L 球的质量为M 电阻丝单位长度的电阻为k 电源内电阻和细金属丝电阻均不计 金属丝偏转 角时 电流表的示数为I 此时风力大小为F 试写出 风力大小F与 的关系式 风力大小F与电流表示数I 的关系式 此装置所测定的最大风力是多少 例3 1 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中 这个系统的重要元件是加速度计 加速度计的构造和原理的示意图如图示 沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块 滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连 两弹簧的另一端与固定壁相连 滑块原来静止 弹簧处于自然长度 滑块上有指针 可通过标尺测出滑块的位移 然后通过控制系统进行制导 设某段时间内导弹沿水平方向运动 指针向左偏离O点的距离为S 则这段时间内导弹的加速度 A 方向向左 大小为kS mB 方向向右 大小为kS mC 方向向左 大小为2kS mD 方向向右 大小为2kS m D 2 若电位器 可变电阻 总长度为L 其电阻均匀 两端接在稳压电源U0上 当导弹以加速度a沿水平方向运动时 与滑块连接的滑动片P产生位移 此时可输出一个电信号U 作为导弹惯性制导系统的信息源 为控制导弹运动状态输入信息 试写出U与a的函数关系式 解 a 2kS m S ma 2kU U0Rx R U0S L maU0 2kL mU0a 2kL a 例题4 加速度计是测定物体加速度的仪器 它已成为导弹 飞机 潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源 如图为应变式加速度计示意图 当系统加速时 加速度计中的敏感元件也处于加速状态 敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上 支架与待测系统固定在一起 敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动 当系统加速运动时 敏感元件发生位移 并转化为电信号输出 已知 敏感元件的质量为m 两弹簧的劲度系数为k 电源的电动势为E 内电阻不计 滑动变阻器的总电阻为R 有效长度为L 静态时输出电压为U0 试求加速度a与输出电压U的关系式 滑动触头左右移动过程中 电路中电流如何变化 若车的加速度大小为a 则两弹簧的形变量是多少 求加速度a与输出电压U的关系式 例题5 2003上海考题 演示位移传感器的工作原理如右图示 物体M在导轨上平移时 带动滑动变阻器的金属滑杆p 通过电压表显示的数据 来反映物体位移的大小x 假设电压表是理想的 则下列说法正确的是 A物体M运动时 电源内的电流会发生变化B物体M运动时 电压表的示数会发生变化C物体M不动时 电路中没有电流D物体M不动时 电压表没有示数 B 例6 可测量飞机 航天器 潜艇的转动角速度 其结构如图所示 当系统绕轴OO 转动时 元件A发生位移并输出相应的电压信号 成为飞机 卫星等的制导系统的信息源 已知A的质量为m 弹簧的劲度系数为k 自然长度为l 电源的电动势为E 内阻不计 滑动变阻器总长也为l 电阻分布均匀 系统静止时P在B点 当系统以角速度 转动时 试写出输出电压U与 的函数式 解 设弹簧伸长x 则 x m 2l k m 2 设滑动变阻器单位长度的电阻为r1U IRx Exr1 lr1 Ex l U Em 2 k m 2 例7 将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中 如图所示 在箱的上顶板和下底板装有压力传感器 箱可以沿竖直轨道运动 当箱以a 2 0m s2的加速度竖直向上做匀减速运动时 上顶板的传感器显示的压力为6 0N 下底板的传感器显示的压力为10 0N 取g 10m s2 1 若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半 试判断箱的运动情况 2 要使上顶板传感器的示数为零 箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的 向上做匀减速运动a向下a 2m s2mg F1 F mam 0 5kg 上顶板示数是下底板示数的1 2弹簧长度不变F 10NF2 5Nmg F2 F ma2a2 0静止或匀速运动 上顶板示数为零 则弹簧变短F 10NF3 0F mg ma3a3 10m s2向上加速或向下减速 加速度a 10m s2 热电传感器 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的 如各种家用电器 空调 冰箱 热水器 饮水机 电饭煲等 的温度控制 火警报警器 恒温箱等 例题1 2003上海试题 唱卡拉OK用的话筒 内有传感器 其中有一种是动圈式的 它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈 线圈处于永磁体的磁场中 当声波使膜片前后振动时 就将声音信号转变为电信号 下列说法正确的是 A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时 穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时 金属线圈中不会产生感应电动势 B 例2 日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置 它的热敏功能器是双金属片 你能说出启动器的工作原理吗 解析 日光灯启动器结构如图所示 内有一双金属片 热膨胀系数不同 开关闭合后 启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光 辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延伸 碰到静触片接触 电路接通 温度降低时 U动触片向里收缩 离开触点 切断电路 例3 电熨斗 利用双金属片温度传感器控制电路的通断 例4 电饭锅 利用感温磁体的特点 例题5 如图是一火警报警的一部分电路示意图 其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器 电流表为值班室的显示器 a b之间接报警器 当传感器R2所在处出现火情时 显示器的电流I 报警器两端的电压U的变化情况是 I变大 U变大I变小 U变小C I变小 U变大D I变大 U变小 D 例6 如图所示是一种热敏电阻 PTC元件 的电阻R随温度t变化的关系图线 这种元件具有发热 控温双重功能 常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度 如果将该元件接到220V恒定电压下 则 A 通电后 其电功率先增大后减小B 通电后 其电功率先减小后增大C 当其发热功率等于散热功率时 温度保持在t1不变D 当其发热功率等于散热功率时 温度保持在t1到t2之间的某一值不变 AD 例7 右图是一个温度传感器的原理示意图 Rt是一个热敏电阻器 试说明传感器是如何把温度值转变为电信号的 思考方向 1 两电阻采取什么连接方式 2 转变的电信号应该是哪个电学量 3 电压表测的是哪个电阻的电压 Rt R 温度升高或降低导致Rt阻值发生变化 使电路中电流也发生变化 导致R上的电压也发生改变 因此电压表读数将会发生变化 从而就将温度的化转变为电信号 例8 在家用电热灭蚊器中 电热部分主要元件是PTC元件 PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器 其电阻率随温度t的变化关系如图所示 由于这种特性 PTC元件具有发热 保温双重功能 对此 以下判断正确的是 通电后 其电功率先增大 后减小 通电后 其电功率先减小 后增大 当其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在t1不变 当其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在t1和t2之间的某一值不变A B C D D 例9 如图6 3 2是电饭煲的电路图 S1是一个控温开关 手动闭合后 当此开关温度达到居里点 103 时 会自动断开 S2是一个自动控控温开关 当温度低于70 时 会自动闭合 温度高于80 时会自动断开 红灯是加热时的指示灯 黄灯是保温时的指示灯 分流电阻R1 R2 500 加热电阻丝R3 50 两灯电阻不计 1 分析电饭煲的工作原理 2 计算加热和保温两种状态下 电饭煲消耗的电功率之比 3 简要回答 如果不闭合开关S1 能将饭煮熟吗 1 电饭煲盛上食物后 接上电源 S2自动闭合 同时手动闭合S1 这时黄灯短路 红灯亮 电饭煲处于加热状态 加热到80 S2自动断开 S1仍闭合 水烧开后 温度升高到103 时 开关S1自动断开 这时饭已经煮熟 黄灯亮 电饭煲处于保温状态 由于散热 待温度将至70 时 S2自动闭合 电饭煲重新加热 温度达到80 时 S2又自动断开 再次处于保温状态 2 加热时电饭煲消耗的电功率P1 U2 R并 保温时电饭煲消耗的功率P2 两式中从而有 1 3 如果不闭合开关S1 开始S2总是闭合的 R1被短路 功率为P1 当温度上升到80 时 S2自动断开 功率降为P2 温度降到70 S2自动闭合 温度只能在70 80 之间变化 不能把水烧开 不能煮熟饭 例10 图3 2 4a是某同学研究热敏电阻阻值随温度的变化规律时设计的电路图 1 根据电路图 在图3 2 4b的实物上连线 2 通过实验 他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图3 2 5a所示 由图可知 热敏电阻的阻值随温度的升高而 3 他将这个热敏电阻接入图3 2 5b所示的电路中 已知电源电压为9V R1 300 毫安表读数为60mA 则R2的阻值为 例11 图1为某一热敏电阻R 电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的I U关系曲线图 为了通过测量得到图1所示I U关系的完整曲线 在图2和图3两个电路中应选择的是图 简要说明理由 电源电动势为9V 内阻不计 滑线变阻器的阻值为0 100 在图4电路中 电源电压恒为9V 电流表读数为70mA 定值电阻R1 250 由热敏电阻的I U关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 V 电阻R2的阻值为 举出一个可以应用热敏电阻的例子 2 电压可从0V调到所需电压 调节范围较大 5 2 111 6 112 0 热敏温度计 例12 如图所示甲为在温度为10 左右的环境中工作的自动恒温箱简图 箱内电阻R1 20k R2 10k R3 40k R1为热敏电阻 它的电阻随温度变化的图线如图乙所示 当a b端电压Uab 0时 电压鉴别器会令开关S接通 恒温箱内的电热丝发热 使箱内温度提高 当Uab 0时 电压鉴别器使S断开 停止加热 恒温箱内的温度恒定在 解析 设电路路端电压为U 当Uab 0时 有UR1 R1 R2 UR3 R3 Rt 解得Rt 20k 由图乙可知 当Rt 20k 时 t 35 35 例13 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器 要求是 正常情况绿灯亮 有险情时电铃报警 可供选择的器材如下 热敏电阻 绿灯泡 小电铃 学生用电源 继电器 滑动变阻器 开关 导线 光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管 如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的 如自动冲水机 路灯的控制 光电计数器 烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理 例1 如图示 将一光敏电阻连入多用电表两表笔上 将多用电表的选择开关置于 档 用光照射光敏电阻时表针的偏角为 现用手掌挡住部分光线 表针的偏角变为 则可判断 A B D 不能确定 和 的关系 B 例2 如图是天花板上装的火灾报警器 平时 发光二极管LED发出的光被挡板挡住 光电三极管收不到光 呈现高电阻状态 当有烟雾进入罩内后 对光线向各个方向散射 使部分光线照射到光电三极管上 其阻值变小 与传感器连接的电路检测到这种变化 就会发出警报 例3 新教材2003天津理综 如图 当电键K断开时 用光子能量为2 5eV的一束光照射阴极P 发现电流表读数不为零 合上电键 调节滑线变阻器 发现当电压表读数小于0 60V时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60V时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 A1 9eVB0 6eVC2 5eVD3 1eV例4 用遥控器调换电视机频道的过程 实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程 下列属于这类传感器的是 A 红外报警装置B 走廊照明灯的声控开关C 自动洗衣机中的压力传感装置D 电饭煲中控制加热和保温的温控器 A A 例5 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图 其中A是发光仪器 B是传送带上物品 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 A 当有光照射R1时 信号处理系统获得高电压 B 当有光照射R1时 信号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记数一次 D 信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 AD 例6 如图6 3 3所示为实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图 A为光源 B为光电接收器 A B均固定在小车上 C为小车的车轮 车轮转动时 A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号 被B接收并转换成电信号 由电路记录和显示 若实验显示单位时间的脉冲数n 累积脉冲数为N 则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据车轮的半径R和齿轮的齿数P 小车速度的表达式为V 行程的表达式为s 2 Rn P 2 RN P 例7 一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动 在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝 将激光器与传感器上下对准 使二者间连线与转轴平行 分别置于圆盘的上下两侧 且可以同步的沿圆盘半径方向匀速移动 激光器连续向下发射激光束 在圆盘转动过程中 当狭缝经过激光器与传感器之间时 传感器接收到一个激光信号 并将其输入计算机 经处理后画出相应的图线 图 a 为该装置示意图 图 b 为所接收的光信号随时间变化的图线 横坐标表示时间 纵坐标表示接收到的激光信号强度 图中 1 利用图 b 中的数据求1s时圆盘转动的角速度 2 说明激光器和传感器沿半径移动的方向 3 求图 b 中第三个激光信号的宽度 t3 例8 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路 要求是 光暗时灯亮 光亮时灯灭 可供选择的器材如下 光敏电阻 小灯泡 学生用电源 继电器 滑动变阻器 开关 导线 解 光敏电阻受到光照射时电阻变小 将光敏电阻 小灯泡 学生