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1、最新沪科版高中物理选修（3-2 ）第 4 章传感器与现代社会学案 学习目标定位 1.知道传感器的定义 ,理解其工作原理 .2.了解光敏电阻、热敏电阻等元件的特征 .3.会探究热敏电阻的温度特性曲线1用多用电表测电阻时 ,首先选择欧姆挡 ,然后进行欧姆调零 ,指针指在表盘的中值附近 ,测得的阻值较准确RS2电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量,电阻率越小 ,导电性能越好,定义式为 l . rS3平行板电容器的电容C.4 kd一、什么是传感器1传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息 ,并将被测量的非电学量转化成电学量的装置2传感器一般包括敏感元件与转换电路等二、传感器的类型根
2、据检测量的不同,传感器可分为物理型、化学型和生物型三、探究热敏电阻的温度特性曲线热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数的热敏材料、负温度系数的热敏材料、临界温度系数的热敏材料一、什么是传感器 问题设计 光声控延时开关的敏感元件有哪些？你能画出它的原理图吗？答案有光敏感元件和声敏感元件 要点提炼 1各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量2传感器的结构：1 / 7非电信息电信息非电学量 敏感元件 处理电路 电学量3敏感元件是传感器中的关键性元件,它承担着直接 “感知 ”和转换外界信息的任务二、研究光敏电阻的导电特性 问题设计 ,就可以准确得知生产产品的数量,如图 1 所示为光在工
3、厂生产车间的生产线上安装计数器后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什么？图 1答案当光被产品挡住时,R1 电阻增大 ,电路中电流减小,R2 两端电压减小,信号处理系统得到低电压 ,每通过一个产品就获得一次低电压,并计数一次 要点提炼 1光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉 )制成的特点：光照越强,电阻越小2光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量三、探究热敏电阻的温度特性 问题设计 如图 2 所示 ,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt 的两端相连 ,这时表针恰好指在刻度盘的正中
4、央若在Rt 上擦一些酒精,表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻,表针将如何摆动？图 2答案 由于酒精蒸发 ,热敏电阻 Rt 温度降低 ,电阻值增大 ,指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻 ,Rt 温度升高 ,电阻值减小 ,指针将向右偏 要点提炼 1金属导体的电阻率随温度升高而增大2热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成,也可用半导体材料制成3热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：(1) 正温度系数的热敏材料 (PTC) ：电阻随温度的上升而增加(2) 负温度系数的热敏材料 (NTC) ：电阻随温度的上升而下降(3) 临界温度系数的热敏材料 (CTC) ：电阻在很小的温度范围内急剧下降
5、一、对传感器的认识例 1如图 3 是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置其中电源电压保持不变,R 是滑动变阻器 ,它的金属滑片是金属杆的一端在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况将电压表分别接在b、 c 之间与 c、 d 之间 ,当油量变化时 ,电压表的示数变化有何不同？2 / 7图 3解析把电压表接在b、 c 之间 ,油量增加时 ,R 减小 ,电压表的示数减小；油量减少时,R 增大,电压表的示数增大把电压表接在c、 d 之间 ,油量增加时 ,R 减小 ,电路中电流增大,则 R两端的电压增大,电压表的示数增大 ,同理 ,油量减少时 ,电压表的示数减小答案
6、见解析二、对光敏电阻的认识及应用例 2如图4 所示 ,R1、 R2 为定值电阻 ,L 为小灯泡 ,R3 为光敏电阻 ,当入射光强度增大时()图 4A 电压表的示数增大B R2 中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大,R3 阻值减小 ,外电路电阻随 R3的减小而减小 ,R1 两端电压因干解析 当入射光强度增大时路电流增大而增大 ,从而电压表的示数增大 ,同时内电压增大,故电路的路端电压减小 ,A 项正确,D 项错误由路端电压减小,而 R1 两端电压增大知 ,R2 两端电压必减小 ,则 R2 中电流减小 ,故 B 项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大,故小灯泡的功率增大 ,C
7、项正确答案 ABC三、对热敏电阻的认识及应用例 3 如图 5 所示 ,RT 为负温度系数的热敏电阻,R 为定值电阻 ,若往 RT 上擦一些酒精 ,在环境温度不变的情况下 ,关于电压表示数的变化情况,下列说法中正确的是 ()图 5A 变大B变小C先变大后变小最后不变D先变小后变大最后不变答案D解析往 RT 上擦酒精后 ,酒精蒸发吸热,热敏电阻RT 温度降低 ,电阻值增大 ,根据串联电路的分压特点 ,电压表示数变小当酒精蒸发完毕后,RT 的温度逐渐升高到环境温度后不变,所以热敏电阻的阻值逐渐减小 ,最后不变 ,故电压表的示数将逐渐变大 ,最后不变所以选项 D 正确3 / 71 (对传感器的认识)关
8、于传感器 ,下列说法正确的是()A 所有传感器都是由半导体材料制成的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水银温度计是一种传感器答案B解析大多数传感器是由半导体材料制成的,某些金属也可以制成传感器,如金属热电阻 ,故A 错 ,B 对；传感器将非电学量转换为电学量,因此传感器感知的应该是“非电信号 ”,故 C 错；水银温度计能感受热学量 ,但不能把热学量转化为电学量,因此不是传感器 ,故 D 错2 (对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析) 如图 6所示电路中 ,电源电动势为 E,内阻为r,RT为负温度系数热敏电阻 ,RG为光敏电阻 ,闭合开关后 ,小灯泡 L正常
9、发光 ,由于环境改变(光照或温度 ),发现小灯泡亮度变暗,则引起小灯泡变暗的原因可能是()图 6A 温度不变 ,光照增强B温度升高 ,光照不变C温度降低 ,光照增强D温度升高 ,光照减弱答案AC3 (对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图 7 所示 ,Rt 为正温度系数热敏电阻,R1 为光敏电阻 ,R2 和 R3 均为定值电阻 ,电源电动势为E,内阻为r,V 为理想电压表 ,现发现电压表示数增大 ,可能的原因是()图 7A 热敏电阻温度升高,其他条件不变B热敏电阻温度降低,其他条件不变C光照减弱 ,其他条件不变D光照增强 ,其他条件不变4 / 7答案BC解析电压表示数变大,而 R3 为定值
10、电阻 ,说明流经R3 的电流增大 ,由电路结构可知,这可能是由于Rt 减小或R1 增大 ,由热敏电阻和光敏电阻特性知,可能是由于温度降低或光照减弱,故 B 、C 项正确 ,A 、D 项错误题组一对传感器的认识1传感器担负着信息采集的任务,它可以 ()A 将力学量 (如形变量 )转变成电学量B将热学量转变成电学量C将光学量转变成电学量D将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量( 如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量 (一般是电学量 ) 的一类元件故选项A 、 B、 C 对 ,选项 D 错2.如图 1 所示 ,是电容式话筒的示意图,它是利用电容制成的传感器,话
11、筒的振动膜前面有薄薄的金属层 ,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极在两极间加一电压U, 人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,从而使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()图 1A 距离变化B正对面积变化C电介质变化D电压变化答案A解析振动膜前后振动 ,使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化,从而将声音信号转化为电信号题组二对光敏电阻的认识及电路分析3如图 2 所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图,其中 A 是发光仪器 ,B 是光敏电阻 (光照增强时电阻变小),下列说法中正确的是 ()图 2A 当
12、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 ,电压表读数变小B当传送带上没有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时 ,光敏电阻的阻值变大 ,电压表读数变大C当传送带上有物品挡住由 A 射向 B 的光信号时 ,光敏电阻的阻值变小 ,电压表读数变小D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 ,电压表读数变大答案 AD解析光敏电阻的阻值与光照强度有关,光照强度越大 ,光敏电阻阻值越小当传送带上没有5 / 7物品挡住由 A 射向 B 的光信号时 ,光敏电阻阻值变小 ,电路中电流变大 ,电源内阻上的电压变大,路端电压变小 ,所以电压表读数变小 ,选
13、项 A 正确；相反 ,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 ,电路中电流变小 ,电源内阻上的电压变小 ,路端电压变大 , 所以电压表读数变大 ,选项 D 正确4.如图 3 所示 ,R3 是光敏电阻 (光照时电阻变小),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 ()图 3A a 点电势高于b 点电势B a 点电势低于b 点电势C a 点电势等于b 点电势D a 点电势和b 点电势的大小无法比较答案A解析R3 是光敏电阻 ,当有光照射时电阻变小,R3 两端电压减小,故 a 点电势升高 ,因其他电阻的阻值不变 ,所以 a 点
14、电势高于b 点电势5如图4 所示 ,电源两端的电压恒定,L 为小灯泡 ,R 为光敏电阻 ,D 为发光二极管 (电流越大 ,发光越强 ),且 R 与 D 距离较近且不变,下列说法中正确的是()图 4A 当滑片向左移动时,L 消耗的功率增大B当滑动向左移动时,L 消耗的功率减小C当滑片向右移动时,L 消耗的功率不变D无论怎样移动滑动触头 ,L 消耗的功率不变答案A解析电源电压恒定 ,也就是说 ,并联电路两端电压恒定 ,当滑片向左移动时,发光二极管发光变强 ,光敏电阻的电阻变小 ,所以电流变大 ,则 L 的功率变大 ,故选项 A 正确题组三对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析6对热敏电阻 ,正确的
15、叙述是 ()A 受热后 ,电阻随温度的升高而变化明显B受热后 ,电阻基本不变C热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度,反应快 ,而且精确度高D以上说法都不对答案AC7.如图5 所示是观察电阻 R 的阻值随温度变化情况的示意图,现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是()6 / 7图 5A 如果 R 为金属热电阻 ,读数变大 ,且变化非常明显B如果 R 为金属热电阻,读数变小 ,且变化不明显C如果 R 为热敏电阻 (用半导体材料制作),读数变化非常明显D如果 R 为热敏电阻 (用半导体材料制作),读数变化不明显答案C解析如果 R 为金属热电阻 ,则读数变大 ,但不会非常明显,故 A 、B 均错；如果R 为热敏电阻,读数变化非常明显,故 C 对,D 错8如图6 所示 ,R1 为定值电阻 ,R2 为负温度系数的热敏电阻,L 为小灯泡 ,当温度降低时 ()图 6A R1 两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱答案C解析 R2 与灯泡 L 并联后再与 R1 串联 ,与电源构成闭合电路 ,当温度降低时 ,热敏电阻 R2 的阻值增大 ,外电路电阻增大 ,电流表读数减小 ,灯泡 L 两端的电压增大 ,灯泡的亮度变强 ,R1 两端的电压减小 ,故只有 C 正确7 / 7