高三物理复习第十一章传感器人教实验版知识精讲

1、高三物理复习第十一章传感器人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容:复习第十一章传感器二. 重点、难点解析(一传感器1. 定义:对应于被测量,能给出易于处理的输出信号的变换器。2. 组成:传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。3. 功能:将被测的非电学量转换成为各种易于测量的电符号。(二传感器的分类1. 按被测量进行划分,可分为加速传感器、速度传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、图传感器等。2. 按传感器工作原理分:可分为电阻应变式、压电式、电容式、涡流式、动圈式、磁电式、差动式传感器等。3. 按能量传递方式分,可分为:有源、无源传感器。(三传感器原理1. 温度传感器是一

2、种将温度变化转换为电学量变化的装置。它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。2. 光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器。(四传感器的应用1. 温度传感器的应用,如电饭煲、空调机、电热水器、微波炉等。2. 光传感器的应用,如光能电阻、光电池和光敏晶体管等。3. 气体传感器的应用,如家用气体报警器。三、典型问题分析(一传感器的原理对传感器原理要从传感器的分类上分析认识。1. 话筒是一种常用的声传感器,其作用是把声信号转换成电信号。常见的话筒是由电容制作的,其工作时振动膜上的金属层与金属板的距离发生变化,从而将声音的变化转化为电容的变化,即将声信号转换成电信号。2.

3、 温度传感器如电饭锅(1电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体,它的特点是:常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是上升到约103时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了,这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。(2感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉混合烧结而成的。3. 温度传感器测温仪(1温度传感器可以把温度转换成电信号,由指针式仪表或数字式仪表显示出来。(2测温仪中的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻热电偶等,还可以是红外线敏感元件等。4. 光传感器光敏电阻,光敏电阻无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性变好。光敏电阻能够把光照强弱光学量转换为

4、电阻这个电学量,它就像人的眼睛,可以看到光线的强弱。例1. 动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象,图甲所示是话筒原理图,图乙所示是录音机的录音、放音原理图,由图可知: 话筒工作时磁铁不动,线圈振动而产生感应电流 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场其中正确的是( A. B. C. D. 解析:话筒的工作原理是,声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流。正确,录音时,话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场,正确,磁带在放音时通过变化

5、的磁场使放音磁头产生感应电流,经放大电路后再送到扬声器中,正确。答案:C(二各种传感器的应用1. 力传感器电子秤和加速度计(1电子秤里有电阻应变片、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器等器件。电阻应变片受到力的作用时,它的电阻会发生变化,把应变片放在合适的电路中,它能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量,是将力的变化量转化为电压的变化量。(2加速度计也是力传感器。当系统加速时,加速度计中的敏感元件也处于加速状态,敏感元件发生位移并转化为电信号输出。2. 霍尔元件能够把磁感应强度磁学量转换为电压这个电学量。当有电流通过金属板时,自由电子受洛伦兹力作用,上表面A 积聚了负电荷,上下表

6、面间产生了电势差。当自由电子受的洛伦兹力f 与两侧面间由于有电势差,使其受的电场力相等时即e dU Bev 时,达到稳定平衡。3. 光传感器鼠标器、火灾报警器。(1机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管及红外接收管,两个红外接收管就是两个光传感器。(2有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的,其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上。其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。4. 在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是控制电路的通断,

7、当温度发生变化时,双金属片的膨胀系数不同,从而能控制电路的通断。例2. 如图所示为利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是_,B是_仪器,B中的主要元件是光电传感器采用_。当传送带上没有物品挡住由A射向B 的光信号时,光敏电阻的阻值变_,供给信息处理系统的电压变_;当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变_,供给信息处理系统的电压变_。解析:在该计数装置中,A是发光的光源,B是光接收器,B中的主要元件光电传感器采用光敏电阻,当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变低;当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,供

8、给信号处理系统的电压变高。答案:见解析 例3. 如图所示 (1图(1是_的电容式传感器,原理是_。(2图(2是_的电容式传感器,原理是_。(3图(3是_的电容式传感器,原理是_。(4图(4是_的电容式传感器,原理是_。解析:(1图(1是角度的电容式传感器,其原理是当动金属片旋进的角度不同时,电容的正对面积不同,电容值不同。(2图(2是液体的电容式传感器,其原理是导电液体相当于电容器的一个极板,当液体深度发生改变时,相当于两极板的正对面积发生改变,电容值也随之改变。(3图(3是压力的电容式传感器,其原理是当作用在一个电极的压力改变时,金属片的形变也发生改变,两极板的距离发生改变。电容值也发生改变

9、。(4图(4是位移的电容式传感器,其原理是和物体固定在一起的电介质板,当物体发生一小段位移时,插入两极板间的电介质发生变化,导致电容值发生变化。答案:见解析例4. 如图所示宽度为d ,厚度为h 的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中,当有电流I 通过金属板时,在金属板上侧面A 和下侧面A'间产生电势差,这种现象叫霍尔效应,若金属板内自由电子密度为n ,则产生的电势差U=_。 解析:e d U Bev =,neSv I ,Bvd U =又 neh BI U =。 答案:nehBI例5. 如图是一个火警报警装置的逻辑电路图。R t 是一个热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值

10、很小,R 是一个阻值较小的分压电阻。 (1要做到低温时电铃不响,火警时产生高温,电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件?(2为什么温度高时电铃会被接通?(3为了提高该电路的灵敏度,即报警温度调得稍低些,R 的值应大一些还是小一些? 解析:(1温度较低时R t 的阻值很大,R 比R t 小得多,因此P 、X 之间电压较大。要求此时电铃不发声,表明输出给电铃的电压应该较小,输入与输出相反,可见虚线处元件应是“非”门。(2当高温时R t 阻值减小,P 、X 之间电压降低,输入低电压时,从“非”门输出是高电压,电铃响起。(3由前面分析可知,若R 较大,由于它的分压作用,R t 两端的电压不太高,则外界

11、温度不太高时,就能使P 、X 之间电压降到低电压输入,电铃就能发声。因此R 较大,反应较灵敏。答案:见解析【模拟试题】1. 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2. 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,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(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计数一次D. 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 3. 如图所示,R3是光敏电阻,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(A. R3的电阻变小,a点电势高于b点电势B. R3的电阻变