2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 傳感器 2 溫度傳感器和光傳感器學(xué)案 教科版選修3-2.doc

2 溫度傳感器和光傳感器目標定位1.了解各種溫度傳感器的工作原理、特點和應(yīng)用.2.了解各種光傳感器的工作原理、特點和應(yīng)用.一、溫度傳感器1.作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.2.常見的溫度傳感器(1)熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時，雙金屬片變形，可控制電路的通斷.應(yīng)用：日光燈啟動器，電機、電冰箱保護等.(2)熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當外界溫度t發(fā)生變化時，其電阻值按RR0(1t)的規(guī)律變化(為溫度系數(shù)，R0為t0時導(dǎo)體的電阻).應(yīng)用：測溫度、測流量等.(3)熱敏電阻傳感器原理：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，其熱敏特性在上節(jié)已有探究.應(yīng)用：測量、溫度控制或過熱保護等.分類：正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC)，它的電阻隨溫度升高而增大.負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，它的電阻隨溫度的升高而減小.深度思考熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而減??？答案不是.正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)在溫度升高時電阻值增大，負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)在溫度升高時電阻值減小.例1傳感器在日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，溫度傳感器(實質(zhì)是自動開關(guān))是其中的一種某一食品消毒柜就是利用溫度傳感器來自動控制電路的常溫下，該溫度傳感器是閉合的；當溫度達到某一設(shè)定值時，傳感器自動斷開，從而切斷整個電路下列關(guān)于該消毒柜的幾種電路圖中(圖中S為電源開關(guān))，連接正確的是()解析A電路中，當溫度升高到某一設(shè)定值時，電路會斷開；B、C、D電路中，溫度升高到某一設(shè)定值時，傳感器會斷開，但整個電路不會斷開電源開關(guān)S閉合后，消毒柜開始工作，當溫度達到某一設(shè)定值時，傳感器自動斷開，整個電路也斷開，所以A選項正確答案A 二、光傳感器1.光電傳感器是指將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器，一般以光敏電阻為主要元件，因為光敏電阻電阻值隨光照增強而減小，將光敏電阻連接到電路中時，光照改變就會引起電路中其他電學(xué)量的改變，從而將光信號轉(zhuǎn)換為電信號.2.應(yīng)用：光電式煙塵濃度計、光電式轉(zhuǎn)速表.例2如圖1所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理.圖1解析光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強度相等的光線.一路光線直接到達光電轉(zhuǎn)換電路7上，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號.另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達光電轉(zhuǎn)換電路6上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱.兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、U2，如果U1U2，說明被測的光路上沒有煙塵，相反，如果U1、U2相差較大，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度.答案見解析例3如圖2所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時()圖2A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大解析當照射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小，R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故C項正確.答案ABC解決含有熱敏電阻、光敏電阻的直流電路動態(tài)分析問題：(1)明確熱敏電阻、光敏電阻的電阻特性；(2)解題思路：R局R總I總U端1.(溫度傳感器的應(yīng)用)(多選)如圖3所示為電阻R隨溫度t變化的圖線，下列說法中正確的是()圖3A.圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B.圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C.圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D.圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高答案BD2.(溫度傳感器的應(yīng)用)圖4是一火警報警器的部分電路示意圖.其中R2為用負溫度系數(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()圖4A.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變小答案D解析R2處出現(xiàn)火情，溫度升高，R2減小，導(dǎo)致R2兩端電壓減小，通過R3的電流減小，路端電壓U減小.3.(光傳感器的應(yīng)用)街旁的路燈、江海里的航標都要求在夜晚亮，白天熄，它們是利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制，這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用答案B解析街旁的路燈和江海里的航標，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷.4.(光傳感器的應(yīng)用)如圖5所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板.平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是()圖5A.進入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B.發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C.發(fā)生火災(zāi)時，進入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報D.以上說法均不正確答案C解析由報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，故C對.題組一溫度傳感器1(多選)關(guān)于電飯鍋的說法正確的是()A電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵B鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時失去鐵磁性C用電飯鍋燒水，水開時能自動斷電D用電飯鍋煮飯時，若溫控開關(guān)自動斷電后，它不能自動復(fù)位答案BD解析電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A錯，B選項正確；因水開時溫度約為100，達不到居里溫度，故不能自動斷電，則選項C錯；溫控開關(guān)只能手動閉合，故D正確2.在防治“非典”期間，在機場、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播.關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是()A.選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應(yīng)B.紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測的C.紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D.一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同答案D解析紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故D正確.3.(多選)在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖1所示，由于這種特性，使PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.以下判斷正確的是()圖1A.通電后，其電功率先增大后減小B.通電后，其電功率先減小后增大C.當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變D.當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變答案AD解析當電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中，電阻器的電阻率隨溫度的升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在電熱滅蚊器上的電壓U保持不變，電熱滅蚊器的電功率P隨之增大，當tt1時，PP1達到最大.當溫度由t1升高到t2的過程中，增大，R增大，P減??；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會有PP3P，即電功率P減小到等于散熱功率時，即達到保溫；當t<t3，P>P，使溫度自動升高到t3；當t>t3，P<P，使溫度自動降為t3，實現(xiàn)自動保溫.故選A、D.4.小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制.經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障.參照圖2，下列對故障判斷正確的是()圖2A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B.只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障C.熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障D.可能是加熱器出現(xiàn)故障答案C解析由恒溫箱原理可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯誤指令，故C正確，A、B錯誤.若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高，故D錯誤.題組二光傳感器的應(yīng)用5.(多選)如圖3所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是()圖3A.嚴重污染時，LDR是高電阻B.輕度污染時，LDR是高電阻C.無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定D.該儀器的使用會因為白天和晚上受到影響答案AD解析嚴重污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對，B錯；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會發(fā)生變化，C錯；白天和晚上自然光強弱不同，或多或少會影響LDR的電阻值，D對.6.如圖4所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時，表針的偏角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為，則可判斷()圖4A.B.C.D.不能確定答案B解析光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，表針的偏轉(zhuǎn)角度變小.7.如圖5所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與LED間距不變，閉合開關(guān)S后，下列說法中正確的是()圖5A.當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B.當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C.當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析當滑動觸頭P向左移動時，使其電阻減小，則流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強，使光敏電阻R的阻值減小，通過燈泡L的電流增大，則L消耗的功率增大，A正確，B、D錯誤；當滑動觸頭P向右移動時，可分析出L消耗的功率變小，C錯誤.8.(多選)如圖6所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是()圖6A.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次答案AC解析光電計數(shù)器工作原理：當有物體擋住射到光敏電阻R1的光照時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，從而達到自動計數(shù)的目的.9.如圖7所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，當開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢.當用光照射電阻R3時，則()圖7A.a點電勢高于b點電勢B.a點電勢低于b點電勢C.a點電勢等于b點電勢D.a點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢.10光電式感煙探測器(簡稱煙感器)由光源、光電元件和電子開關(guān)組成利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號該報警器利用的傳感器是()圖8A力傳感器 B聲傳感器C位移傳感器 D光傳感器答案D