高三一轮学案物理（人教版）第十三章第73课时电磁振荡电磁波传感器实验十六利用传感器制作简单的自动控制装置

第73课时电磁振荡电磁波传感器实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置目标要求1.了解振荡电路中电磁振荡过程的能量转化情况，掌握电磁振荡的周期公式。2.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接收。3.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。4.能利用传感器制作简单的自动控制装置。考点一电磁振荡1.振荡电路：产生大小和方向都做迅速变化的电流(即)的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为振荡电路。

2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地和，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的、电容器内的电场强度E、线圈内的发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡。

3.电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的能逐渐转化为线圈的能。

(2)充电过程中线圈中的能逐渐转化为电容器的能。

(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生的转化。

4.电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝。(2)频率f＝12πLC5.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小。()2.LC振荡电路中，回路中的电流最大时回路中的磁场能最大。()3.电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。()例1(2024·山东威海市检测)如图为理想LC振荡电路工作中的某时刻，电容器两极板间的电场强度E的方向与线圈内的磁感应强度的方向如图所示，M是电路中的一点。下列说法中正确的是()A.电路中的磁场能在增大B.流过M点的电流方向向右C.电路中电流正在减小D.电容器所带电荷量正在减小LC振荡电路充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电例2某LC电路的振荡频率为520kHz，为能提高到1040kHz，以下说法正确的是()A.调节可变电容，使电容增大为原来的4倍B.调节可变电容，使电容减小为原来的1C.调节电感线圈，使线圈电感增加到原来的4倍D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的1考点二电磁波的特点及应用1.麦克斯韦电磁场理论2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成。

(2)电磁波的传播(填“需要”或“不需要”)介质。在真空中不同频率的电磁波传播速度相同，都等于。在同一介质中不同频率的电磁波传播速度是的，频率越高，波速。

(3)v＝，f是电磁波的频率。

3.无线电波的发射(1)发射条件：电路和信号，所以要对传输信号进行调制。

(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的随信号的强弱而改变。

②调频：使高频电磁波的随信号的强弱而改变。

4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟收到的无线电波的频率时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作电路。

(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是的逆过程，也叫作。

5.(1)电磁波谱：按照电磁波的大小或高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、、紫外线、X射线、。(2)电磁波谱分类及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波<3×1011>10－3波动性强，易发生衍射无线电技术波长越长，越容易产生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越高，折射率越大，速度越小红外线1011~101510－7~10－3热效应红外遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015~101610－8~10－7化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线1016~101910－11~10－8穿透本领强检查、医用透视γ射线>1019<10－11穿透本领最强工业探伤、医用治疗1.振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。()2.要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。()3.振荡电路的电场和磁场必须集中到尽可能小的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。()4.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。()5.解调是调制的逆过程。()例3以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是()A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场B.电磁波是机械波，传播需要介质C.电磁波的传播速度是3×108m/sD.电磁波可在真空中传播例4(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机考点三传感器1.传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等量，或转换为电路的。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、、处理和。

传感器应用的一般模式如图所示：2.常见敏感元件(1)光敏电阻①特点：一般情况下，光照越强，电阻越小。②原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能；随着光照的，载流子增多，导电性。

③作用：把这个光学量转换为这个电学量。

(2)热敏电阻和金属热电阻①热敏电阻热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线。

②金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。

③作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。(3)电阻应变片①作用：电阻应变片能够把物体这个力学量转换为这个电学量。

②电子秤的组成及敏感元件：由和电阻组成，敏感元件是。

③电子秤的工作原理金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化例5电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数。下列说法正确的是()A.温度升高时，双金属片会向上弯曲B.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度降低C.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度升高D.适当增加输入电压，可以使设定温度升高例6(2024·浙江1月选考·16Ⅲ)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：温度/℃4.19.014.320.028.038.245.560.4电阻/(×102Ω)2201601006045302515某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3kΩ、5kΩ、12kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20℃，现要求将室内温度控制在20~28℃范围，且1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是，定值电阻R的阻值应选kΩ，1、2两端的电压小于V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。

例7(2024·河北卷·12)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0~20V)、数字电流表(0~20mA)、滑动变阻器R(最大阻值50Ω，1.5A)、白炽灯、可调电阻R10~50kΩ、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10k”电阻挡测量二极管的电阻。如图甲所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙)，由此判断M端为二极管的(填“正极”或“负极”)。

(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性：①采用图丙中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的、、接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。

②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而(填“增大”或“减小”)。

(3)组装光强报警器电路并测试其功能，图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。

答案精析考点一1.周期性振荡电流LC2.充电放电电流i磁感应强度B3.(1)电场磁场(2)磁场电场(3)周期性4.(1)2πLC判断正误1.×2.√3.×例1C[根据电容器极板间的电场方向可知上极板为正极板，由安培定则可知电路中电流方向为逆时针，所以该时刻电容器正在充电。电路中的电场能在增大，流过M点的电流方向向左，电路中电流正在减小，电容器所带电荷量正在增大。故A、B、D错误，C正确。]例2B[由振荡频率公式f＝12πLC可知，要使频率提高到原来的2倍，则可以减小电容使之变为原来的14，或减小电感使之变为原来的14，故B正确，A、C考点二2.(1)电磁波(2)不需要光速3×108m/s不同越小(3)λf3.(1)开放高频振荡(2)①振幅②频率4.(1)相同(2)电谐振调谐(3)调制解调5.(1)波长频率可见光γ射线判断正误1.√2.√3.×4.×5.√例3D[变化的电场与变化的磁场相互联系，它们统称为电磁场，选项A错误；电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s，选项C错误；电磁波可在真空中传播，选项D正确。]例4AB考点三1.电学通断传输控制2.(1)②差增强变好③光照强弱电阻(2)①减小②增大(3)①形变电阻②金属梁应变片应变片例5B[当温度升高时，双金属片向热膨胀系数小的金属发生弯曲，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数，所以温度升高时，双金属片会向下弯曲，触点断开，故A错误；调节“调温旋钮”，使螺丝上移并推动弹性铜片上移，使双金属片只要稍向下弯曲，就能使触点断开，调节前后对比，双金属片向下弯曲程度要小一些，温度要更低一些，故B正确，C错误；电压不影响设定温度，故D错误。]例6C31.8解析电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；电路B，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分到的电压越小，无法实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故B错误；电路C，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分到的电压越大，可以实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故C正确；由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20℃的阻值为60×100Ω＝6kΩ，由题意可知U12＝RtRt＋RE＝6kΩ6kΩ＋R×3V＝2V，解得R＝3kΩ；28℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5kΩ，此时1、2两端的电压U12