2019物理高考二轮学案第10章传感器的简单使用

1、2019 物理高考二轮学案第10 章传感器的简单使用注意事项 ：认真阅读理解，结合历年的真题，总结经验，查找不足！重在审题，多思考，多理解！无论是单选、多选还是论述题，最重要的就是看清题意。在论述题中， 问题大多具有委婉性， 尤其是历年真题部分，在给考生较大发挥空间的同时也大大增加了考试难度。考生要认真阅读题目中提供的有限材料，明确考察要点， 最大限度的挖掘材料中的有效信息，建议考生答题时用笔将重点勾画出来，方便反复细读。 只有经过仔细推敲，揣摩命题老师的意图，积极联想知识点，分析答题角度，才能够将考点锁定，明确题意。【一】概念规律题组1、关于传感器的以下说法正确的选项是()A、所有传感器的材

2、料都是由半导体材料做成的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、以上说法都不正确2、以下说法中正确的选项是()A、话筒是一种常用的声音传感器，其作用是将电信号转换为声信号B、电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断C、电子秤所使用的测力装置是力传感器D、半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大3、在如图1 所示的电路中，图 1电源两端的电压恒定，L 为小灯泡， R为光敏电阻， LED为发光二极管 ( 电流越大，发出的光越强 ) ，且 R 与 LED相距不远，以下说法正确的选项是()A、当滑

3、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、无论怎样移动触头P，L 消耗的功率都不变4、如图 2 所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，那么说明()图 2A、热敏电阻在温度越高时，电阻越大B、热敏电阻在温度越高时，电阻越小C、半导体材料温度升高时，导电性能变差D、半导体材料温度升高时，导电性能变好【二】思想方法题组5、 ( 广东单科高考 ) 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性，现有器材：直流恒流电源 ( 在正常工作状态下输出的电流恒定 ) 、电压表、待测热敏电

4、阻、保温容器、温度计、开关和导线等、(1) 假设用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图3(a) 的实物图上连线、(a)(b)图 3(2) 实验的主要步骤：正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源， 调节并记录电源输出的电流值；在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，_，_，断开开关；重复第步操作假设干次，测得多组数据、(3) 实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图(b) 的 R t 关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R t 关系式：R _t( )( 保留 3 位有效数字) 、6、如图 4 所示，图甲为热敏电阻的 R t 图象，图乙为用此热敏电

5、阻 R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为 100 . 当线圈的电流大于或等于 20 mA时，继电器的衔铁被吸合、为继电器线圈供电的电池的电动势 E 9.0 V ，内阻可以不计、图中的“电源”是恒温箱加热器的电源、问：图 4(1) 应该把恒温箱内的加热器接在 _( 填“ A、 B 端”或“ C、 D 端” ) 、(2) 如果要使恒温箱内的温度保持50，可变电阻 R的阻值应调节为 _ .【一】传感器的工作原理1、概念：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫传感器、2、组成：一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成、3、原理：通过对某一物理量敏感的

6、元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量、 例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号； 热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号、4、流程：5、类别：最简单的传感器由一个敏感元件( 兼转换器 ) 组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶、有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过假设干次转换、6、传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：(1) 按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传

7、感器、加速度传感器、(2) 按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等、7、传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等、例 1如图 5 甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体， 在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电荷量 Q将随待测物体的上下运动b而变化、假设 Q随时间 t 的变化关系为Q t a(a 、b 为大于零的常数 ) ，其图象如图乙所示，那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E 和物体速率 v 随 t 变化的图线可能是 ()A、和图 5B

8、、和C、和D、和 规范思维 针对训练1如图 6 所示是电饭锅的结构，试回答以下问题：图 6(1) 开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2) 煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3) 饭熟后，水分被大米吸收、锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4) 如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？为什么？【二】传感器的应用1、力传感器的应用电子秤(1) 作用：称量物体重量(2) 敏感元件：应变片、应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量、2、声传感器的应用话筒(1) 话筒的作用：把声信号转换为电信号、(2)

9、 话筒分类：电容式话筒；驻极体话筒；动圈式话筒、3、温度传感器：(1) 敏感元件：热敏电阻和金属热电阻；(2) 应用：电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器、4、光传感器：(1) 敏感元件：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等；(2) 应用：鼠标、火灾报警器、光控开关、【例 2】 (2017 全国理综23)图 7如图 7，一热敏电阻RT放在控温容器M内； A 为毫安表，量程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，最大阻值为999.9 ； S 为开关、RT 在 95时的阻值为150 ，在 20时的阻值约为550 . 现要求在降温过程中测量在95 2

10、0之间的多个温度下RT的阻值、(1) 在图中画出连线，完成实验原理电路图、(2) 完成以下实验步骤中的填空：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 .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I 0，并记录 _ 、将 RT的温度降 T1(20 T1 95) ； 阻箱，使得 流表的 数_ ，记录 _、温度 T1 敏 阻的 阻 RT1 _.逐步降低T1 的数 ，直至20 止；在每一温度下重复步 . 范思 针对训练2如 8 甲所示 某工厂成品包装 的光 感 器，光敏 阻R1能接收到 光元件A 出的光， 每当工件 住A 出的光， 光

11、感器B 就 出一个 信号，并 信号 理器 理后在屏幕 示出 信号与 的关系，如 乙所示、 假 送 保持匀加速运 ，每个工件均相 送 静止，且相 工件 距依次 5、10、15、20、 ( 位： cm)、那么以下 法正确的 是( 不 工件 住光的 )()图 8A、工件的加速度 0.1 m/s B、工件的加速度 0.2 m/s22C、当无光照射R1 ，光 感器就 出一次高 D、当无光照射R1 ，光 感器就 出一次低 范思 【基 演 】1、 (2017 江 6) 美国科学家Willard S. Boyle与 George E. Smith因 荷耦合器件 (CCD)的重要 明荣 2017 年度 物理学

12、、 CCD是将光学量 成 学量的 感器、以下器件可作 感器的有 ()A、 光二极管B、 敏 阻C、霍 元件D、干 池2、 感器担 着信息的采集任 ，在自 控制中 着重要作用， 感器能 将感受到的物理量 ( 如温度、 光、声等 ) 成便于 量的量 ( 通常是 学量 ) ，例如 敏 感器， 主要是 用了半 体材料制成的 敏 阻将 学量 学量、 敏 阻随温度 化的 象如 9 甲所示， 乙是由 敏 阻Rt 作 感器制作的 自 警器 路 、 ：图 9(1) 为了使温度过高时报警器铃响， c 应接在 _( 填“ a”或“ b”)(2) 假设使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P 点向 _移动 ( 填

13、“左”或“右” ) 、(3) 如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P 都不能使报警器工作， 且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，那么造成工作电路实际不能工作的原因可能是_ 、3、用如图 10 所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、 b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出、现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后、汽车静止时，传感器a、

14、b 的示数均为10 N 、(g 取10 m/s2)图 10(1) 假设传感器 a 的示数为 14 N， b 的示数为 6.0 N ，求此时汽车的加速度大小和方向、(2) 当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零、4、电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象、按图11 甲连接电路，提供 8 V 直流电源，先使开关 S 与 1 相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关 S 掷向 2，电容器放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的 I t 曲线，如图乙所

15、示、图 11(1) 图中画出的竖直狭长矩形 ( 图乙最左端 ) ，它的面积表示的物理意义是_ ；(2) 估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是_C；(3) 根据以上数据估算，电容器的电容是_F.【能力提升】5、这是一个研究圆周运动向心力的实验设计：在一个透明玻璃做成的圆台面上均匀贴了数条反光度很高的狭窄铝箔纸条，在圆盘上方某处安装了一个光传感器，它具有发射红外光线、 同时可接收反射光的功能、台面上有一条光滑的凹槽，凹槽的尽头， 靠近台壁处安装了一个力传感器( 可以感知力的大小) ，力传感器前放置一个小球、圆盘转动时， 光传感器发出的光线在铝箔处反射被光传感器接收，在没有铝箔处将透射过去、小球

16、压迫力传感器，获得传感器给球的弹力， 这个力充当小球做圆周运动的向心力，力的大小可以通过传感器测量、当光传感器和力传感器通过数据采集系统与电脑连接后，电脑显示屏可显示出光接收波形图( 见图 12) 和力的测量数值F0.现光传感器在圆台面上的投影与转轴相距r ，小球的质量为m，球心与转轴相距R，铝箔宽度d，电脑显示出铝箔条反射光的最短时间为t 1.图 12(1) 用上述条件可以求出小球做圆周运动所需要的向心力F _，并与F0 比较，从而验证向心力公式、(2) 这一设计对转台做非匀速圆周运动的情况是否适用，简要说明理由、6、(2017 山东理综 23(2) 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关

17、控制照明系统、光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件( 照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx) 、某光敏电阻Rp 在不同照度下的阻值如下表：照度 (lx)0.20.40.60.81.01.2电阻 (k )754028232018(1) 根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点、图 13(2) 如图 13 所示，当1、 2 两端所加电压上升至2 V 时，控制开关自动启动照明系统、请利用以下器材设计一个简单电路，给 1、2 两端提供电压， 要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内

18、完成电路原理图、( 不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻 Rp( 符号，阻值见上表) ；直流电源 E( 电动势 3 V ，内阻不计 ) ；定值电阻： R1 10 k ， R220 k ， R3 40 k ( 限选其中之一并在图中标出)开关 S 及导线假设干、学案 50 传感器的简单使用【课前双基回扣】1、 B2.BC3.A4、BD 电流表的示数增大，说明电路中的电流增大，电阻减小，所以这个热敏电阻的电阻率是随温度的升高而降低的；电阻率减小， 电阻值在其他条件不变时减小，导电性能变好，应选项B、 D 正确、 5、 (1) 连线如图(2) 记录温度计的示数记录电压表的示数(3

19、)1000.400解析(1) 实物连接要注意导线不能交叉，电压表并联在电阻两端、(2) 根据实验目的，需测出热敏电阻的阻值和水温，水温由温度计读出，电阻用伏安法测量，已记录电流值，因此还需记录电压表示数、(3) 由图象知电阻与温度呈线性关系，设 R R0kt ，由图得当当 t 50 时， R120 ，代入上式可得R0 100 ， k0.400.6、 (1)A 、 B 端(2)260t 10时， R 104 ；解析 恒温箱内的加热器应接在 A、 B 端、当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高、随着恒温箱内温度升高， 热敏电阻 R 的阻值变小， 那么

20、线圈中的电流变大， 当线圈的电流大于或等于 20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，那么恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低、随着恒温箱内温度降低， 热敏电阻 R 的阻值变大， 那么线圈中的电流变小， 当线圈的电流小于 20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，那么恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度、要使恒温箱内的温度保持 50，即 50时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律EI r RR ，r 为继电器的电阻、 由图甲可知， 50时热敏电阻的阻值为90 ，所以 RE I R r 260 .思维提升1、所谓传感器，就是能够把不易测量的力、运动

21、、热、光等物理量转换为易于测量的电学物理量的元件或装置、2、不同的传感器特性不同，制作它们的材料亦不同、熟练掌握不同传感器的不同特性是解决传感器问题的关键、3、传感器需借助转换器件和转换电路完成非电学量向电学量的转换，分清传感器所在电路和熟知串并联电路的规律是解决传感器问题的基础、【核心考点突破】例 1 C 平行板电容器间电压恒定，板间场强UQQE d Cd S4 kQ S ，故E Q，4 kddb即 E t a，故可能正确、 SUS板间电荷量 QUC U4 kD 4 kd，与 Q随时间的变化关系对比可知d (t a) ，即待测物体的运动为匀速运动，故可能正确、差的关系、 平行板电容器知识和用

22、图象表示物理量之间的关系等，此题难度较大、 求解b此题，要注意利用“ Q随时间 t的变化关系 Qt a及其图象乙”这一信息，然后结合电场相关知识导出图丙、图丁涉及的两物理量间的数学关系式，进而判断给定图象的正误、【例 2】 (1)(2) 电阻箱的读数 R0仍为 I 0 电阻箱的读数 R1R0 R1 150解析 (1) 电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应为与热敏电阻串联、(2) 要求出在不同温度下RT的阻值， 在闭合电路中读出电流表的示数，然后记录电阻箱的读数 R0，由闭合电路欧姆定律E I 0(RTR0 r) I 0(150 R0r) 改变 RT的温度为 T1，调节电阻

23、箱，使得电流表的读数仍为I 0，记录电阻箱的读数R1，那么 E I 0(RT1R1 r) 解得RT1 R0 R1 150 . 规范思维(1)热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；(2) 此题实际上是含有传感器的电学实验的设计，明确实验原理是解题的关键、 针对训练 1、见解析解析 (1) 开始煮饭时压下手动开关，使永磁体和感温磁体吸合，以保持触点接触，接通电热电路； 手松开后这个按钮不会恢复到图示状态，因为永磁体与感温磁体相互吸引，弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态、(2) 水沸腾后， 锅内的温度应大致保持在 100， 因为水的沸点是 100，此时水分未被米吸收完，锅内水分较充足，所以能保持一段时间、

24、(3) 饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度会由100升到 103， 达到居里点，此时开关按钮会自动弹起，断开加热电路，进入保温状态、因为锅底温度达到103时，感温磁体失去磁性，永磁体再不能与它吸合，在弹簧的作用下，开关按钮恢复初始状态、(4) 如果用电饭锅烧水，水沸腾后不能自动断电，因为水沸腾的温度是100，而不能达到 103( 居里点 ) ，水将一直沸腾直到烧干、2、 BD 规范思维 光照越强，光敏电阻的阻值越小、思想方法总结传感器问题具有涉及知识点多、 综合性强、 能力要求高等特点， 而传感器的形式又多种多样， 有的原理甚至较难理解、 但不管怎样， 搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键

25、、因此， 求解时必须结合题目提供的所有信息， 认真分析传感器所在的电路结构，并注意以下两个方面的问题：1、确定传感器所感受到的物理量传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等、2、转换电路把输出转换成电学量信号通过电学元件把敏感元件输出的物理量转换成电学量信号，最后借助转换电路把电学量信息转换为便于显示、记录、控制的量、【课时效果检测】1、 BC发光二极管有单向导电性，A 错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、 C对；干电池是电源，D错、 2、 (1)a(2)左 (3) 电源提供的电流太小，导致电磁铁的磁性太弱或弹簧的劲度系数太大等原因解析 (1) 温度过高时，热敏电阻阻值很小，左边电路

26、电流很大，螺线管产生的强磁场使竖直金属片与a 接触，此时报警器工作，那么c 应接触 a 才能使电路接通、(2) 使启动报警的温度提高些，即要求温度更高时竖直金属片与a 接触，而温度更高时热敏电阻更小， 要使电流不至于过早变大而报警，那么应增大滑动变阻器的电阻，故滑动变阻器滑片P 点向左移动、(3) 在最低报警温度时不能报警，说明此时电路中产生的电流不能让竖直片与a 接触、这可能有多种原因造成， 如电源提供的电流太小， 导致电磁铁的磁性太弱； 弹簧的劲度系数太大，电磁铁的吸引力小于弹力等、3、 (1)4m/s 2 向右 (2)10m/s 2 向左解析传感器上所显示出力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小、(1) 如右图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1 14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2 6.0N.滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1 F2 ma1F1F214 6.0得 a1 m 2.0 m/s 2 4m/s2a1 与 F1 同方向，即向前 ( 向右 ) 、(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹