高中物理 第5章 传感器及其应用整合 鲁科版选修3-2

1、本章整合,专题一,专题二,专题一传感器的工作原理、常见敏感元件及其应用 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,再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下面框图所示。 非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量,专题一,专题二,2.常见敏感元件及特性 (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)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种。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

2、热敏电阻的阻值随温度升高而减小。 (3)压力传感器:压力传感器在压力变化时电阻发生变化,压力增大电阻变小,压力减小电阻增大。 (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,专题一,专题二,3.传感器的应用 (1)搞清传感器的原理及应用过程是求解该类问题的关键。 (2)与电路的结合问题:涉及电路的动态变化问题时要抓住题目的关键信息及敏感元件的特性,如光强度的变化与光敏电阻的变化,温度的变化与热敏电阻的变化,分析的顺序同直流电路动态问题分析一样,先从部分到整体,

3、再到部分。涉及电路的计算问题时,由于敏感元件变化的特性,所以找准对应时刻、位置等,把握图象的信息非常重要,专题一,专题二,例题1图甲为某一热敏电阻(电阻伴随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图,1)为了通过测量得到如图所示I-U关系的完整曲线,在图乙和图丙两个电路中应选择的是图;简要说明理由:。 (电源电动势为9 V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0100,专题一,专题二,2)在图丁电路中,电源电压恒为9 V,理想电流表读数为70 mA,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 。 (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子,专

4、题一,专题二,解析:(1)因为I-U曲线电压是从0开始变化的,所以电路应选乙。 (2)因为E=9 V,通过R1的电流 =0.036 A=36 mA 由I1+I2=I知I2=I-I1=34 mA。 根据I-U图线知,当I2=34 mA时,热敏电阻两端的电压为5.2 V,再根据 知 (3)热敏电阻可以用于制作热敏温度计。 答案:(1)乙电压可从0开始变化,调节范围大(2)5.2112.0(111.6112.0均可)(3)热敏温度计,专题一,专题二,专题二传感器在实际问题中的应用 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

5、传感器及与其相联系的物理知识,如下表,专题一,专题二,例题2氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测。它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化,在如图甲所示的电路中,不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系,观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标,有一种氧化锡传感器,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)浓度曲线如图乙,请判断图丙中,电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系正确的是(,专题一,专题二,解析:当一氧化碳浓度增大时,传感器的电导增大,电阻R传减小,由闭合电路欧姆 定律知,电路中的电流 增大,电压表的示数U0=IR0= 增大,故选项C、D错误;由题图知,传感器的电导与浓度成正比,传感器的电阻R传与