高中物理 第三章 傳感器 章末復(fù)習(xí)課 粵教版選修3-2

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章末復(fù)習(xí)課 【知識體系】 答案填寫]?、僮儞Q或轉(zhuǎn)換?、诿舾性、坜D(zhuǎn)換元件?、軣崦綦娮琛、莨饷綦娮? 主題1　常見敏感元件的特點 1．光敏電阻． 光敏電阻由金屬硫化物等半導(dǎo)體材料制成，其電阻率對光非常敏感．光敏電阻的阻值與所受光照的強(qiáng)度有關(guān)，光照增強(qiáng)阻值減小，光照減弱阻值增大． 2．金屬熱電阻． 金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而增大． 3．熱敏電阻． 熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率對溫度非常敏感．熱敏電阻有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種．正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。? 4．電容器． 平行板電容器的電容與極板面積，極板間距及電介質(zhì)材料有關(guān)，電容器可以感知引起電容變化的任一外界信息，并將其轉(zhuǎn)化為電容變化．例如，當(dāng)極板受力時會改變極板間距，從而引起電容變化． 5．霍爾元件． 能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量． 【典例1】　如圖所示是一火警報警器的部分電路示意圖．其中R2為用半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I，報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) A．I變大，U變大　　 B．I變大，U變小 C．I變小，U變大 D．I變小，U變小 解析：R2所在處出現(xiàn)火情時，溫度升高，則R2的阻值減?。甊2↓→R總↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故顯示器的電流I變小，由U＝E－I干r，I干變大，知U變小，故選項D正確． 答案：D 針對訓(xùn)練 1.如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置．則(　　) ①當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高 ②當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低 ③當(dāng)僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓 ④當(dāng)僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 解析：R1是光敏電阻，有光照射時，阻值變小，當(dāng)有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故①錯誤，②正確；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當(dāng)僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故③正確；當(dāng)僅減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故④錯誤． 答案：C 主題2　傳感器在實際問題中的應(yīng)用 1．傳感器是以一定的精度和規(guī)律，將所感受到的物理量(如力、熱、磁、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件． 2．傳感器的應(yīng)用過程包括三個環(huán)節(jié)：感、傳、用． (1)“感”是指傳感器的敏感元件感受信息； (2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲取的信息傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)． (3)“用”是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用傳感器傳來的信息進(jìn)行某種顯示或某種動作． 3．傳感器電路問題的處理思路． 處理與傳感器有關(guān)的電路設(shè)計問題時，可將整個電路分解為： (1)傳感器所在的信息采集部分； (2)轉(zhuǎn)化傳輸部分(這部分電路往往與直流電路的動態(tài)分析有關(guān))； (3)執(zhí)行電路部分． 【典例2】　如圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器做成的溫控電路，設(shè)繼電器的線圈電阻為Rx＝50 Ω，當(dāng)繼電器線圈中的電流大于或等于Ic(Ic＝20 mA)時，繼電器的銜鐵被吸合．左側(cè)電源電動勢為6 V，內(nèi)阻可不計，試問溫度滿足什么條件時，電路右側(cè)的小燈泡會發(fā)光？ 圖甲　　　　　圖乙 解析：由題意可知，小燈泡發(fā)光，需銜鐵被吸合，即繼電器線圈中的電流大于或等于Ic，而左側(cè)的溫控電路，通過繼電器線圈的電流等于通過熱敏電阻的電流，即It＝20 mA，根據(jù)歐姆定律I＝可得，R＝ Ω－50Ω＝250Ω，由甲圖可知，此時對應(yīng)的溫度為 50 ℃. 答案：溫度高于或等于50 ℃ 針對訓(xùn)練 2．在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計了一種報警裝置，電路如圖所示．M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發(fā)生變化，導(dǎo)致S兩端電壓U增大，裝置發(fā)出警報，此時(　　) A．RM變大，且R越大，U增大越明顯 B．RM變大，且R越小，U增大越明顯 C．RM變小，且R越大，U增大越明顯 D．RM變小，且R越小，U增大越明顯 解析：根據(jù)“S兩端電壓U增大，裝置發(fā)出警報”這一結(jié)果進(jìn)行反推：說明電路里的電流在增大，再由閉合電路歐姆定律I＝可知R總在減小，由此可推知傳感器的電阻在變小，再由S與R、M的分壓關(guān)系可討論出R的大小對U的影響．報警器兩端的電壓增大，則說明流過報警器的電流在增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝可知整個電路的總電阻R總在減小，則可得RM在變小，排除A、B答案；極限法：假設(shè)R很小，甚至為零，則傳感器部分的電路被短路，故傳感器RM的大小變化對S的電壓就無影響，則R越大，U增大越明顯，排除D項，C項正確． 答案：C 統(tǒng)攬考情 傳感器在生產(chǎn)和科技中的應(yīng)用越來越廣泛，這使傳感器的原理及應(yīng)用在高考中出現(xiàn)的可能性有所增加．主要以選擇題為主，分值為6分左右． 真題例析 (2014江蘇卷)(多選)如圖所示，導(dǎo)電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間，線圈中電流為I，線圈間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B與I成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面，此時通過霍爾元件的電流為IH，與其前后表面相連的電壓表測出的霍爾電壓UH滿足：UH＝k，式中k為霍爾系數(shù)，d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離．電阻R遠(yuǎn)大于RL，霍爾元件的電阻可以忽略，則(　　) A．霍爾元件前表面的電勢低于后表面 B．若電源的正負(fù)極對調(diào)，電壓表將反偏 C．IH與I成正比 D．電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比 解析：根據(jù)左手定則可以判斷出霍爾元件中的導(dǎo)電物質(zhì)所受安培力指向后表面，即將向后表面?zhèn)纫?，又由于該?dǎo)電物質(zhì)為電子，帶負(fù)電，因此后表面的電勢將低于前表面的電勢，故選項A錯誤；若電源的正負(fù)極對調(diào)，磁場方向與圖示方向相反，同時由電路結(jié)構(gòu)可知，流經(jīng)霍爾元件上下面的電流也將反向，因此電子的受力方向不變，即前后表面電勢高低情況不變，故選項B錯誤；由電路結(jié)構(gòu)可知，RL與R并聯(lián)后與線圈串聯(lián)，因此有IHR＝(I－IH)RL得I＝IH，故選項C正確；RL消耗的電功率PL＝RL＝I，顯然PL與I成正比，又因為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B與I成正比，即B與IH成正比，電壓表的示數(shù)UH＝k，則UH與I成正比，所以UH與RL消耗的電功率PL成正比，故選項D正確． 答案：CD 針對訓(xùn)練 如圖，足夠長的直線ab靠近通電螺線管，與螺線管平行．用磁傳感器測量ab上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，在計算機(jī)屏幕上顯示的大致圖象是(　　) 解析：通電螺線管周圍磁場分布如圖．磁感線密集的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度B大，可見中點正上方磁感應(yīng)強(qiáng)度B小．而兩端無限遠(yuǎn)的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度趨于0，對照圖象，C對． 答案：C 1．如圖所示，質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后再下落，如此反復(fù)．通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出這一過程彈簧彈力F隨時間t變化的圖象如圖所示，則(　　) A．t1時刻小球速度最大 B．t1～t2這段時間內(nèi)，小球的速度先增大后減小 C．t2～t3這段時間內(nèi)，小球所受合外力一直減小 D．t1～t3全過程小球的加速度先減小后增大 解析：t1時刻小球剛與彈簧接觸，與彈簧接觸后，先做加速度不斷減小的加速運動，當(dāng)彈力增大到與重力平衡，即加速度減為零時，速度達(dá)到最大，故A錯誤；t2時刻，彈力最大，故彈簧的壓縮量最大，小球運動到最低點，速度等于零，故t1～t2這段時間內(nèi)，小球的加速度先減小后增加，小球的速度先增大后減小，故B正確；t2～t3這段時間內(nèi)，從最低點被彈起到彈簧恢復(fù)原長位置，此過程中小球所受合外力先減小到零，然后增加，選項C錯誤；t2～t3這段時間內(nèi)，小球處于上升過程，先做加速度不斷減小的加速運動，后做加速度不斷增大的減速運動，則在t1～t3全過程中，小球先向下做加速度減小的加速運動，后做加速度增加的減速運動；然后上升階段再做加速度減小的加速運動，后做加速度增加的減速運動，故選項D錯誤． 答案：B 2.(多選)如圖所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個簡單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接．則(　　) A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會被吸下 B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會被吸下 C．工作時，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端 D．工作時，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端 解析：當(dāng)溫度降低，熱敏電阻的阻值增大，電路中電流減小，繼電器磁性減弱，銜鐵P不動，反之，銜鐵P動，被吸下，A錯、B對；可以判斷，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端，這樣才能實現(xiàn)恒溫． 答案：BD 3.如圖所示為大型電子地磅電路圖，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計．不稱物體時，滑片P在A端，滑動變阻器接入電路的有效電阻最大，電流較??；稱物體時，在壓力作用下滑片P下滑，滑動變阻器有效電阻變小，電流變大，這樣把電流對應(yīng)的重量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重量值．若滑動變阻器上A、B間距離為L，最大阻值等于定值電阻的阻值R0，已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，則所稱物體的重量G與電流大小I的關(guān)系為(　　) A．G＝2kL－　　　 B．G＝kL＋ C．G＝＋kL D．G＝kL 解析：設(shè)放上物體后，滑片P向下滑動x，處于平衡． 由受力平衡得：G＝kx.① 由閉合電路歐姆定律得：I＝E，② 由①②得：G＝2kL－. 答案：A 4.一熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖象如圖所示．請應(yīng)用這一熱敏電阻自行設(shè)計一控制電路．當(dāng)溫度高于某一值時紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時綠色指示燈亮． 提供的器材有：如下圖所示的繼電器一只(a、b為常閉觸點．c、d為常開觸點)，熱敏電阻一只，滑動變阻器一只，紅綠色指示燈各一個，兩個獨立的電池組，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干等． 解析：由題圖甲可以看出熱敏電阻的阻值隨溫度升高而降低，是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)溫度低于某一值時，熱敏電阻的阻值較大，流過電磁鐵的電流較小，a、b為常閉觸點，連接上綠燈，綠色指示燈亮．當(dāng)溫度高于某一值時，熱敏電阻的阻值較小，流過電磁鐵的電流較大，c、d被閉合，連接上紅燈，紅色指示燈亮．滑動變阻器作限流式連接，通過調(diào)節(jié)滿足熱敏電阻對某一溫度的控制． 答案：設(shè)計的控制電路如圖所示 5.起跳摸高是學(xué)生常進(jìn)行的一項活動，豎直起跳的時間和平均蹬地力的大小能夠反映學(xué)生在起跳摸高中的素質(zhì)．為了測定豎直起跳的時間和平均蹬地力的大小，老師在地面上安裝了一個壓力傳感器，通過它可以在計算機(jī)上繪出平均壓力與時間的關(guān)系圖象．小亮同學(xué)身高1.72 m，站立時舉手達(dá)到2.14 m，他彎曲兩腿，做好起跳的準(zhǔn)備，再用力蹬地豎直跳起，測得他對傳感器的壓力F與時間t的關(guān)系圖象如圖所示．已知圖中網(wǎng)格間距相等，不計空氣阻力，取g＝10 m/s2.求小亮同學(xué)起跳摸高的最大高度約為多少？ 解析：從圖可知小亮質(zhì)量為 kg＝60 kg；蹬地作用力為1 050 N，加速離開地面時間為0.4 s. 設(shè)他蹬地的過程中的平均加速度大小為a，根據(jù)牛頓第二定律得：F－mg＝ma， a＝＝ m/s2＝7.5 m/s2. 小亮離開地面時獲得的速度約為： v＝at＝3.0 m/s， 離開地面后做豎直上拋運動上升的高度為： h′＝＝ m＝0.45 m. 摸高約為：H＝h＋h0＝2.59 m. 答案：2.59 m