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面对高考高中物理中的传感器习题例析

面对高考高中物理中的传感器习题例析
面对高考高中物理中的传感器习题例析

高中物理中的传感器习题例析

教学改革要求注重对学生能力的培养,从近年高考命题来看,试题越来越贴近实际问题和物理知识的实际应用。传感器作为信息采集重要元件,在自动控制、信息处理等技术中发挥着重要的作用,而关于传感器的题型也越来越多。

传感器是指能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件,其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。传感器可以根据其利用的元件进行分类(如电容传感器、电阻传感器等),也可以按其转换的信号来分类(如光电、热电传感器等),本文收集了一些与高中物理知识贴近的常见传感器的相关习题,并以后者进行分类,供大家参考。

1.热电传感器:

热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器,一般有两类:一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化(如热胀冷缩)达到转换信号的目的;还有一类是随温度变化引起电阻的变化(如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小)达到转换信号的目的。 例1:日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置,它的热敏

功能器是双金属片,你能说出启动器的工作原理吗? 解析:日光灯启动器结构如图1所示,内有一双金属片,热膨胀系数不同。开关闭合后,启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉

光,辉光发出的热量使U 形动触片受热膨胀向外延伸,碰到静触片

接触,电路接通;温度降低时,U 动触片向里收缩,离开触点,切断

电路。

例2:给你如下器材:热敏电阻、电铃、电源继电器,滑动变阻

器,开关和导线若干。试从所给器材中选用一些器材制作一个高温自动报警器,要求是:不必要的器材尽量不用,画出电路图。

解析:选择热敏电阻、电铃、电源继电器及导线若干,连接电路如图2。 原理:当温度升高,热敏电阻电阻减小,螺线管中电流增大,

电磁铁磁性变强,衔铁被吸下,与触头接触,含电铃电路闭合,电铃鸣响报报警。

在热电传感器中要注意热敏电阻的电阻值是随温度升高而

减小,抓住这特性,再结合电学知识就能够分析出设计原理并用以解题。

2.光电传感器:

光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器,一般以光敏电阻为主要元件,因为光敏电阻电阻值随光照加强而减小,将光敏电阻连接到电路中时,光照改变就会引起电路中其它电学量的改变,从而将光信号转换为电信号。

例3:如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中A 是发光仪器,B 是传送带上物品,R 1为光敏电阻,R 2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( AD )

(A )当有光照射R 1时,信号处理系统获得高电压

(B )当有光照射R 1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记数一次

(D )信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 解析:光敏电阻自动计数器原理图如上,当传送带上没有物品挡住由A 射出的光信号时,光敏电阻阻值变小,

由分压规律知供给信号处理系统的电压变低;当传送带上

形动触片

信号处理系统

有物品挡住由A 射出的光信号时,光敏电阻的阻值变大,供给信号系统的电压变高并记数一次。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化为相应的数字,实现自动计数的功能。故上题应选A 、D 。

例4:给你光电管、电磁继电器、直流电源、开关、照明电路、路灯及导线,设计一个用于街道的路灯自动控制开关,达到日出路灯熄,日落路灯亮的效果,并说明设计原理。 解析:设计电路如图4,当光照加强时,光电管电阻变小,

通过线圈的电流变大,电磁铁磁性变强,把衔铁吸下,脱离触点,照明电路断开,灯熄灭;当光照减弱时,光电管电阻变大,电流减小,电磁铁磁性减弱,衔铁被弹簧弹回与触点接触,照

明电路接通,灯亮。因此就可做到日出灯熄,日落灯熄。

3.声电传感器:

声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器,常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。

例5:如图5是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,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,导致话筒所在电路中的其它量发生变化,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可能是容器两板间的( A )

(A )距离变化 (B )正对面积变化 (C )介质变化 (D )电压变化

解析:这个声电传感器又可归到电容传感器中。由题意对着话筒说话时,振动膜前后振动,则金属层和金属板间距离改变,即电容器两极板间距改变,故导致电容变化

的原因可能是容器两极间的距变变化,选A 。 例6:下面是动圈式话筒的原理图,请你根据图6说

出具体原理。

解析:动圈式话筒是利用电磁感应现象象制成的。当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫音圈)

随着一起振动。音圈在永磁铁的磁场中振动,其中就产生

感应电流,感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的

变化由声波决定,这就将声音信号转换成电信号,这个电信号经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发生放大的声音。

4.力电传感器:

力电传感器是将力信号转换为电信号的一类传感器,如下面两例:

例7:某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为k )如

图7所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放上物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U 。

现有下列器材:力电转换器、质量为m 0的砝码、电压表、滑

动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体的测量m 。

(1)设计一个电路,要求力转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在方框中画出完整的测量电路图。

··

声波

(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k ,并测出待测物体的质量m 。

(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。

解析:

(1)设计的电路图如图8所示,输入电压采用分压接法目的是让电压可调范围尽可能大。

(2)测量步骤:

①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零。 ②将质量为m 0的砝码放在转换器上,记下输出电压U 0。

③将待测物体放在转换器上,记下输出电压U 1,由U 0=km 0g 得k=U 0/m 0g ,测得U 1=kmg ,所以m=m 0U 1/U 0。

(3)可能出现的问题(注:本题属开放性问题答案不唯一):

①因电源电压不够而输出电压调不到零。

②待测物体质量超出转换器量程。

例8:如图9所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。薄金属片P 固定有4个电阻R 1、R 2、R 3、R 4(如图10所示),左边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图11所示,试回答下列问题:

(1)开始时金属片中央O 点未加任何压力,欲使电压表无示数,则4个电阻应满足怎样的关系?

(2)当O 点加一个压力F 后发生形变,这时4个电阻也随之发生形变,形变后各电阻大小如何变化?

(3)电阻变化后,电阻的A 、B 两点哪点电压高?它为什么能测量电压?

解析:

(1)本题是电路中A 、B 两点间电压与4个电阻的关系,由于电压表的电阻可看作无穷大,因此本电路是R 1、R 2的串联电路与R 3、R 4的串联电路并联,伏特表电路相当于一根电桥,要使伏特表无读数,即A 、B 两点电势相等则有:R 1/R 2= R 3/R 4或R 1R 4= R 2R 3。

(2)当O 点加垂直于金属片的压力后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的(由上图),因此R 1、R 4被拉长,R 2、R 3被拉宽,根据电阻定率,则R 1、R 4增大,R 2、R 3减小,显然,这时A 、B 两点电压不再相等。

(3)电阻增大,电压降增大,电阻减小,电压降减小,故在R 1、R 2的串联电路上R 1上的电压降增大,R 3、R 4串联电路上R 3电压降减小,所以A 点电压高于B 点电压。测量血压时,血压越高,压力F 越大,金属片形变越显著,电阻变化越大,因而电压表示数越大,于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了。当然在实际上由于金属片形变较小,所以电阻变化也较小,A 、B 两点间电压还要经过放大才能通过电表指示出来,有的还可以转换成数字显示出来。

5.其它传感器:

除以上这些传感器外,还有将除力、热、光、声外信号转换成电信号的传感器,如下面两例:

例9:如图12所示的是通过电容器的变化来检测容器内液面高低的仪器示意图,

容器

O

图11

中装有导电液体,是电容器的一个电极,中间的导体芯柱是电容

器的另一个电极,芯柱外面套有绝缘管作为电介质,电容器的这

两个电极分别用振荡电路产生电磁振荡,根据其振荡频率的高低(用与该电路相连的频率计显示)就可知容器中液面位置的高低。

(1)如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了,则液面是升高了还是降低了?

(2)容器内的导电液体与大地相连,若某一时刻线圈内磁场方向向右,且正在增强,则此时导体芯柱的电势是正在升高还是降低?

解析:由题意可知导电液体和导线芯为两极板绝缘管为电介质构成一个电容器,此电容器与线圈组成一个LC 振荡电路,当电容器电容变化时,便会引起振荡频率的变化,而此电容器电容的变化是由于液体和导线芯的正对面积的变化即液面的升降引起的,且随液面升高电容变大,故可以通过振荡频率的变化来探知液体深度的变化,即将液体深度的信号转换成了振荡频率信号。

(1)根据题意设电容器的电容为C ,线圈的自感系数为L ,则振荡频率LC f π21

=,

由题意知f 变大,则C 减小,可知液面位置降低。

(2)某一时刻线圈内磁场方向向右,根据右手定则,电流方向应如图所示,可知电容容器正处在放电过程,电容器两极板上电量减少,电压减小,又因导电液与大地相连电势始终为零,故导体芯线电势是正在降低。

例10.如图14所示,有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片,与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片,这两块金属片组成一个小电容器.该电容器的电容C 可用公式d

S e C =计算,式中常量e =9×10-12 F ·m -1 ,S 表示金属片的正对面积,d 表示两金属片间的距离.当键被按下时,

此小电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能检测出哪个键

被按下了,从而给出相应的信号.设每个金属片的正对面积为50 mm 2,

键未按下时两金属片的距离为0.6 mm .如果电容变化了0.25 pF ,电

子线路恰能检测出必要的信号,则键至少要被按下 0.15 mm 。

解析:计算机键盘是一个电容传感器,由题意知是改变两极板间距改变电容,得到相应的电信号。又因两极板间距减小,电容变大,设原间距为d 0,至少要按下距离为d ,电子线路恰能检测出必要的信号,则根据d S e C =,)11(0

d d eS C -=?,得m m eS d C eSd d 36123123

612001015.010

50109106.01025.0106.01050109--------?=???+????????=+??=,即d =0.15mm 。

以上所举的传感器例子虽然各不雷同且在传感器问题中也只能窥一斑,但分析思路却有共同点:因为传感器工作过程都是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号,故在分析过程中只要把握住该元件相对敏感信号的变化关系,再分析该元件的变化对其所处环境的影响,就能将传感器的原理分析出来并用以解题。 在实际生活中,传感器的应用非常广且越来越广,通过对传感器问题的练习,有助于提高学生的思考能力及将知识实际应用的能力,开阔学生的眼界,本文只是例举了常见的与高中知识比较贴近的一些传感器,希望能给大家带来帮助。In the modern time, mainly in small and medium-sized enterprises, Foshan steel industry is the speed development by leaps and

图13

bounds, and have made remarkable achievements in upstream, but also face factors of production such as energy, raw material cost, continuously high indirectly lead to cost pressures in iron and steel

高考物理传感器的使用

课时作业(四十六)[第46讲传感器的简单使用] 基础热身 1.传感器担负着信息采集的任务,它常常是() 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 2.下列技术涉及传感器的应用的是() A.宾馆的自动门 B.工厂、电站的静电除尘 C.家用电饭煲的跳闸和保温 D.声控开关 3.街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的() A.压敏性B.光敏性 C.热敏性D.三种特性都利用 4.电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容取决于极板正对面积、极板间距离以及极板间的电介质这几个因素,当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化,从而又可推出另一个物理量的值.如图K46-1所示是四种电容式传感器的示意图,关于这四个传感器的作用,下列说法不正确的是() 图K46-1 A.甲图的传感器可以用来测量角度 B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度 C.丙图的传感器可以用来测量压力 D.丁图的传感器可以用来测量速度 技能强化 5.2011·苏北模拟在探究超重和失重规律时,某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作.传感器和计算机相连,经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象如图K46-2所示,其中可能正确的是() A B C D 图K46-2 6.2011·甘肃模拟如图K46-3所示是一个火警报警器电路的示意图.其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器,这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大.值班室的显示器为电路中的电流表,电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是() 图K46-3

高中物理实验11传感器的简单使用学案1

实验十一传感器的简单使用 考纲解读1.知道什么是传感器,知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性.3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案. 基本实验要求Ⅰ 研究热敏电阻的特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察. 2.实验器材 半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水. 3.实验步骤 (1)按实验原理图甲连接好电路,将热敏电阻绝缘处理; (2)把多用电表置于欧姆挡,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数; (3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值; (4)将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录. 4.数据处理 在图1坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线. 图1 5.实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大. 6.注意事项 实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温. 基本实验要求Ⅱ

研究光敏电阻的光敏特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察. 2.实验器材 光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源. 3.实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”挡; (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据; (3)打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录. (4)用手掌(或黑纸)遮光时,观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录. 4.数据处理 根据记录数据分析光敏电阻的特性. 5.实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小. (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. 6.注意事项 (1)实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的; (2)欧姆表每次换挡后都要重新调零. 考点一温度传感器的应用 例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值,测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大.实验中的部分实验数据测量结果如表所示. 图2 温度t/℃30.040.050.060.070.080.090.0

高中物理实验12传感器的简单使用

高中物理实验十二、传感器的简单使用 江苏省特级教师 戴儒京 一、 实验 光敏电阻 (课程标准教科书人教版选修3-2第57页) 实验原理: 当光辐射到光敏电阻的表面,使载流子浓度增加,从而降低了材料的电阻。 两端的金属电极之间加上电压,其中便有电流通过,受到适当波长的光线照射时,电流就会随光强的增加而变大,从而实现光电转换。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可以加直流电压,也可以加交流电压。 图 1 将G R 的感光面朝上,然后按图1连接电路,分别用2个电压传感 器测量1R 和G R 两端的电压,假设两电压传感器测到的电压分别为1U ,2U ,那么11 2R U U R G ,只要预先知道1R 的大小就能计算出光敏电阻的阻值来。为了定量地观测光敏电阻的电阻值随光照强度的变化,实验

中还需要使用光强传感器同时测量光照的强度。 实验目的: 观察光敏电阻 实验装置: 计算机,数据采集器,光强传感器,两个电压传感器,电阻箱,光敏电阻,学生直流电源,导线若干。 实验步骤: 1.调节1R 电阻箱的阻值,选择合适的电阻(例如Ω=40001R ),将两 个电压传感器与数据采集器的1,2通道连接,把光强传感器连接到3或4通道,然后将数据采集器与计算机连接,进入“TriE iLab ”数字化信息系统; 2.把两个电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接,对电压传 感器进行校零,然后把连接1通道的电压传感器接到1R 两端,把 连接2通道的电压传感器接到G R 两端。 3.将光敏电阻的感应面朝上,将光强传感器与光敏电阻放置在一起, 打开实验模板“光敏电阻”,在采集间隔和采集时间窗口输入合适的数值,在“公式编辑”中建立物理量电流1 1R U I = ;光敏电阻1122R U U I U R ?==; 4.点击“开始”按钮,用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢 慢挡住,然后再慢慢把挡光物撤掉,观察实验数据曲线,最后结束实验。

2021届高考物理必考实验十二:传感器的简单使用【含答案】

2021届高考物理必考实验十二:传感器的简单使用 1.实验原理 (1)传感器的作用 传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。 (2)传感器的工作过程 通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于测量的信号。例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号。转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的。 传感器工作的原理可用下图表示: 2.实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。 3.实验步骤及数据处理 (1)研究热敏电阻的热敏特性 ①实验步骤 a.按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。 b.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。 c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值。 d.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 a.根据记录数据,把测量到的温度、电阻阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。

次数 123456 待测量 温度/℃ 电阻/Ω b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 c.根据实验数据和R-t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。 (2)研究光敏电阻的光敏特性 ①实验步骤 a.将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”的欧姆挡。 b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。 c.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。 d.观察用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度弱中强无光照射 阻值/Ω 结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。 4.注意事项

高中物理《传感器及其工作原理》学案11 新人教版选修3-2

第六章 传感器 第一节 传感器及其工作原理 【知能准备】 传感器: 传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_________量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等________量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 传感器一般由敏感元件和输出部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换_______信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。 常见的传感器有:__________、____________、_____________、___________、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。 常见传感器元件: (1)光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,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,导电性能变好,光敏电阻能够把__________这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛,可以看到光线的强弱。 (2)金属热电阻和热敏电阻:金属热电阻的电阻率随温度的升高而_________,用金属丝可以制作___________。它能把___________这个热学量转换为________这个电学量。 热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而_______或_________。与热敏电阻相比,金属热电阻的___________好,测温范围___________,但_____________较差。 (3)电容式位移传感器能够把物体的__________这个力学量转换为______这个电学量。 (4)霍尔元件能够把_______________这个磁学量转换为电压这个电学量 【同步导学】 一、疑难分析 1.光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,无光照射时,载流子极少,导电性能能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量。 2.热敏电阻:用半导体材料制成,其电阻随温度变化明显,温度升高电阻减小,如图-1为某一热敏电阻-温度特性曲线。热敏电阻的灵敏度较好。 3.金属热电阻:有些金属的电阻率随温度的升高而增大, 这样的电阻也可以制作温度传感器。金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大。 4.霍尔元件:如图-2所示,在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个 电极C 、D 、E 、F ,就制成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。 霍尔电压:d IB k U H = 其中k 为比例系数,称为霍尔系数,其大 小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d 、比例系数k 为定值,再保持I 恒定,则电压UH 的变化就与B 成正比,因此,霍尔元件又称磁敏元件。 二、方法点拨 霍尔效应的原理:外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力,在导体板的一侧聚集,在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷,从而形成横向的电场;横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力,当静电力与洛仑兹力达到平衡时,导体板两侧会形成稳定的电压. 设图中CD 方向长度为L2,则:qvB L U q H =2 图-2 图-1

(完整版)高中物理《传感器的应用实验》教案

高中物理《传感器的应用实验》教案转载 一、教材分析 本节继第三节介绍四种传感器的应用实例之后,再进一步拓展学生的视野,提高学生的认识和分析能力以及动手能力,并通过实验的方法,让学生在组装和调试中,更为深入地认识传感器的应用。 二、教学目标 1.知识目标: (1)、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。 (2)、知道晶体三极管的放大特性。 (3)、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。 2.能力目标: 通过实验的方法,让学生在组装和调试中,更为深入地认识传感器的应用。 3.情感、态度和价值观目标: 培养学生的学习兴趣,倡导以创新为主,实践为重的素质教育理念。 三、教学重点难点 重点:传感器的应用实例。 难点:由门电路控制的传感器的工作原理。 四、学情分析 我们的学生属于理解较差,动手能力不好,尽量让学生多动手,必要时需要教师指导并借助动画给予直观的认识。 五、教学方法 PPT课件,演示实验,讲授 六、课前准备 1.学生的学习准备:预习新课,初步把握实验原理及方法步骤。 2.教师的教学准备:多媒体课件制作,课前预习学案,课内探究学案,课后延伸拓展学案。3.教学环境的设计和布置:四人一组,课前准备好斯密特触发器或非门电路,二极管,三极管,蜂鸣器,滑线变阻器,热敏电阻,光敏电阻等材料用具。 七、课时安排:1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑,使教学具有了针对性。 (二)情景导入、展示目标。 上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器?

学生思考后回答:电饭锅,测温仪,鼠标器,火灾报警器 这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。(三)合作探究、精讲点拨。 探究一:(!)普通二极管和发光二极管 1、二极管具有单向导电性 2、发光二极管除了具有单向导电性外,导电时还能发光,普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成,直接将电能转化为光能,该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。 (2)晶体三极管 1、三极管具有电流放大作用。 2、晶体三极管能够将微弱的信号放大,晶体三极管的三个极分别是发射极e,基极b和集电极c。 3、传感器输出的电流和电压很小,用一个三极管可以放大几十倍或几百倍,三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。 (三)逻辑电路 逻辑门电路符号图包括与门,或门,非门, 1.与逻辑 对于与门电路,只要一个输入端输入为0,则输出端一定是0,只有当所有输入端输入都同为1时,输出才是1. 2.或逻辑 对于或门电路,只要一个输入端输入为1,则输出一定是1,反之,只有当所有输入端都为0时,输出端才是0. 3.非门电路 对于非门电路,当输入为0时,输出总是1,当输入为1时,输出反而是0,非门电路也称反相器。 4.斯密特电路: 斯密特触发器是特殊的非门电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时,输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V,而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V,Y会从低电平跳到高电平3.4V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。 探究点二:应用实例 1、光控开关 电路组成:斯密特触发器,光敏电阻,发光二极管LED模仿路灯,滑线变阻器,定值电阻,电路如图所示。

高中物理传感器总结整理

高中物理传感器总结整理 二、选择题 (每空?分,共?分) 2、美国科学家Willard S.Boyle与GeorgeE.Snith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖.CCD是将光学量转变成电学量的传感器.下列器件可作为传感器的有( ) A.发光二极管 B.热敏电阻 C.霍尔元件 D.干电池 3、当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中,正确的是( ) A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器 B.电子体温计中主要是采用了温度传感器 C.电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器 D.电子秤中主要是采用了力电传感器 4、关于电子秤中应变式力电传感器的说法正确的是 ( ) A.应变片是由导体材料制成 B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大;反之,变小 C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大,输出的电压差值也越大 5、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是 ( ) A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化,这只元件一定是定值电阻 C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是光敏 电阻 D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数相同,这只元件一定是定值电阻 6、用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程.下列属于这类传感器的是( ) A.红外报警装置 B.走廊照明灯的声控开关

高中物理中的传感器习题例析

高中物理中的传感器习题例析 浙江诸暨中学(311800) 王晓峰 教学改革要求注重对学生能力的培养,从近年高考命题来看,试题越来越贴近实际问题和物理知识的实际应用。传感器作为信息采集重要元件,在自动控制、信息处理等技术中发挥着重要的作用,而关于传感器的题型也越来越多。 传感器是指能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件,其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。传感器可以根据其利用的元件进行分类(如电容传感器、电阻传感器等),也可以按其转换的信号来分类(如光电、热电传感器等),本文收集了一些与高中物理知识贴近的常见传感器的相关习题,并以后者进行分类,供大家参考。 1.热电传感器: 热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器,一般有两类:一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化(如热胀冷缩)达到转换信号的目的;还有一类是随温度变化引起电 阻的变化(如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小)达到转换信号的目的。 例1:日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置,它的热敏功能器是双金属片,你能说出 启动器的工作原理吗? 解析:日光灯启动器结构如图1所示,内有一双金属片,热膨胀系数不同。开关闭合后,启动 器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光,辉光发出的热量使U 形动触片受热膨胀向外延伸,碰到静触片接触,电路接通;温度降低时,U 动触片向里收缩,离开触点,切断电路。 例2:给你如下器材:热敏电阻、电铃、电源继电器,滑动变阻器,开关和导线若干。试从所给器材中选用一些器材制作一个高温自动报警器,要求是:不必要的器材尽量不用,画出电路图。 解析:选择热敏电阻、电铃、电源继电器及导线若干,连接电路如图2。 原理:当温度升高,热敏电阻电阻减小,螺线管中电流增大,电磁铁磁性变强,衔铁被吸 下,与触头接触,含电铃电路闭合,电铃鸣响报报警。 在热电传感器中要注意热敏电阻的电阻值是随温度升高而减小,抓住这特性,再结合电学 知识就能够分析出设计原理并用以解题。 2.光电传感器: 光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器,一般以光敏电阻为主要元件,因为光敏电阻电阻值随光照加强而减小,将光敏电阻连接到电路中时,光照改变就会引起电路中其它电学量的改变,从而将光信号转换为电信号。 例3:如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中A 是发光仪器,B 是传送带上物品,R 1为光敏电阻,R 2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( AD ) (A )当有光照射R 1时,信号处理系统获得高电压 (B )当有光照射R 1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记数一次 (D )信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 解析:光敏电阻自动计数器原理图如上,当传送带上没有物品挡住由A 射出的光信号 时,光敏电阻阻值变小,由分压规律知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 射出的光信号时,光敏电阻的阻值变大,供给信号系统的电压变高并记数一次。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化为相应的数字,实现自动计数的功能。故上题应选A 、D 。 例4:给你光电管、电磁继电器、直流电源、开关、照明电路、路灯及导线,设计一个用于街道的路灯自动控制开关,达到日出路灯熄,日落路灯亮的效果,并说明设计原理。 解析:设计电路如图4,当光照加强时,光电管电阻变小,通过线圈的电流变大,电磁铁磁性变强, 把衔铁吸下,脱离触点,照明电路断开,灯熄灭;当光照减弱时,光电管电阻变大,电流减小,电磁 铁磁性减弱,衔铁被弹簧弹回与触点接触,照明电路接通,灯亮。因此就可做到日出灯熄,日落灯熄。 3.声电传感器: 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器,常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。 形动触片 图1 图2 信号处理 ·图4

高中物理传感器的简单使用实验检测题

高中物理传感器的简单使用实验检测题 1.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。 提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过I c时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,I c约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统: ①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为________Ω;滑动变阻器 的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 ________________________________________________________________________。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。 解析:(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时,对整个回路有U=I c(R滑+R热),代入数据可得R滑=1 150.0 Ω,因此滑动变 阻器应选择R2。 (3)①在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻 的阻值,即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a 时,闭合开关,则电路中的电流I=18 650.0 A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。

高中物理选修32第三章传感器

高中物理导学案高二备课组 课题传感器主备人唐琦 学习目标知道非电学量转换成电学量的意义,了解常见传感器的原理及应用 重难点知道几种常见传感器的应用 自主学习 一、传感器的概念和分类: 1.传感器是将被测的___________转换为便于测量的________的一类元件,其工作过程是按一定规律使某一元件对某一物理量敏感,将这一物理量转换成便于利用的信号,如光电传感器利用__________将光信号转化为电信号,电信号便于与其他仪器连接,进行监测或自动化控制.传感器一般由___________、___________、___________三部分组成。(非电学量,电信号,光敏电阻,敏感元件,转换元件,转换电路) 2、传感器的分类: (1)按被测量进行划分为:加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器 (2)按工作原理划分为:电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压式传感器 二、传感器的原理: 传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作.传感器原理如图: 合作探究 一、传感器中各元件的作用: 1、敏感元件是传感器的核心部分,它是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的. 2、转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件. 3、转换电路的作用是将此电信号转换成易于传输或测量的电学量输出. 二、传感器常用敏感元件及应用: 1、常用的敏感元件:热敏电阻——温度传感器;光敏电阻——光传感器 2、应用实例:洗衣机水位控制装置(压力传感器),自动门(红外线传感器),指纹识别器(电容式传感器),机器人(多种传感器) 精讲点评 一、热敏电阻特性的应用: 1、例题讲解:如图是一火警报警装置的一部分电路示意图,其中R2是半导体热敏传感器,它的电阻随温度升高而减小,a、b接报警器.当传感器R2所在处出现火情时,电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比() A.I变大,U变大 B.I变小,U变小 C.I变小,U变大 D.I变大,U变小 答案:D

高中物理专题-实验十一:传感器的简单应用

高中物理专题-实验十一:传感器的简单应用 一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。 2.了解传感器的简单应用。 二、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。 三、实验步骤 1.热敏特性实验 按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的. 2.光敏特性实验 按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生

怎样的变化. 3.光电计数的基本原理 下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是光电传感器——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高,这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能. 考点一热敏电阻的原理及应用 [典例1]用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将R T和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图实-11-1虚线框内所示的电路,以使电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值,测量电路器材如图实-11-2所示,图中的电压表内阻很大。R L的测量结果如表所示。 图实-11-1

高中物理《传感器的应用》教案1

高中物理课堂教学教案年月日

教学活动 (一)引入新课 传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领 域.例如,空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器,几乎都 要使用温度传感器.光传感器的应用也十分广泛,如电脑上的鼠标器、路灯的自动控 制及火灾报警器等. 这节课我们就来学习温度传感器和光传感器的应用实例。 (二)进行新课 1、温度传感器的应用——电饭锅 引导学生阅读教材有关内容。 (1)温度传感器的主要元件是什么?感温铁氧体。 (2)感温铁氧体的组成物质是什么?氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。 (3)感温铁氧体有何特点? 常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到约103℃,失去铁磁性. (4)什么是“居里点”?居里点,又称居里温度,即指103℃。 观察演示实验:感温铁氧体的特性。 现象:当感温铁氧体的温度升高到一定数值时,感温铁氧体与磁铁分离。说明温 度升高到一定数值时,感温铁氧体的磁性消失。 投影电饭锅的结构示意图。 引导学生思考并回答教材“思考与讨论”中的问题,了解电饭锅的工作原理。 (1)开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按 钮不再恢复到图示状态。 学生活动

电饭锅 测温仪 温度传感器 鼠标器 火灾报警器 光传感器 传感器 的应用 做实验,记录实验现象。 (三)课堂总结、点评 本节课主要学习了以下几个问题: 各种传感器广泛应用于人们日常生活、生产中,如空调、电冰箱、电饭堡、火灾报警器、路灯自动控制、电脑鼠标器等.传感器把所感受到的物理量,如力、热、磁、光、声等,转换成便于测量的电压、电流等,与电路相结合达到自动控制的目的. (四)实例探究 温度传感器的应用 【例1】如图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,R t为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示.当a、b端电压U ab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当U ab>0时,电压鉴别器使S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在_________℃.

高中物理之传感器及其工作原理知识点

高中物理之传感器及其工作原理知识点 传感器 能够感受诸如力,温度,光,声,化学成分等物理量,并能把他们按照一定的规律转化为便于传送和处理的里一个物理量(通常是电流,电压等电学量)或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量,就可以很方便的进行测量,传输,处理和控制了。 传感器原理 传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如图所示。 传感器应用的一般模式

常见传感器的应用 光敏传感器——火灾报警器 1、光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。 2、光敏传感器的电阻随光照的增强而减小 光敏电阻一般由半导体材料做成,当半导体材料受到光照或者温度升高时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明显增强。 温度传感器的应用——电熨斗 由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。(1)电熨斗的构造: (2)电熨斗的自动控温原理 其内部装有双金属片温度传感器,如上图所示 常温下,上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小.则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,

停止加热。温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用。 熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度。这是如何利用调温旋钮来实现的? 常温下,上、下触点应当接触,当温度过高时,双金属片的膨胀系数不同,上层金属的膨胀系数大于下层膨胀系数,上层金属向下弯曲的厉害,从而使上、下触点分离。通过调温旋钮来调节升降螺丝的升降来实现不同温度的设定。如需设定的温度较高,则应使升降螺丝下降;反之,升高。 测定压力的电容式传感器 当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,从而引起电容的变化,如果将电容器与灵敏电流计、电源串联,组成闭合电路,当F向上压膜片电极时,电容器的电容将增大。电流计有示数,则压力F发生了变化(如图所示) 相比而言,金属热电阻化学稳定性好,测温范围大,而热敏电阻的灵敏度较好。

高中物理实验传感器的简单应用

实验十三传感器的简单应用 【教学目的】 1、观察热敏电阻的阻值是如何随热信号而变化的。 2、观察光敏电阻的阻值是如何随光信号而变化的。 【教学重点】 热敏电阻的阻值随热信号而变化的情况。光敏电阻的阻值随光 信号而变化的情况。 【教学难点】 温度自动控制实验 【实验原理】 传感器是能将所感受到的物理量(如力、热,光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件,其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号,转换后的信号经过相应的仪器进行处理,就可以达到自动控制的目的。 【注意事项】 使用热敏电阻时,不要让其骤冷骤热,以免损坏。 【实验器材】 1、学生电源, 2、热敏电阻, 3、光敏电阻,3、计数器, 4、放大器, 5、烧杯2个, 6、温度计, 7、手电筒, 8、水瓶, 9、水桶,10电壶。 【实验步骤】

1、将热敏电阻两端与多用电表两表笔相连,接入有少量冷 水并插有温度计的烧杯中,将组装成如图所示的实验装置。 将多用电表的选择开关置于欧姆档并选择适当的倍率,观 察表盘所示热敏电阻的阻值。分若干次向烧杯中倒入开 水,,观察不同温度下热敏电阻阻值。 2、将光敏电阻和多用电表连接成如图所示的电路:将多用 电表选择开关置于电阻朱的适当倍率上,用手电筒的光照 射光敏电阻,观察电表指示的阻值。 3、观察光电计数的实验。 3、实验结论:热敏电阻的阻值随温度升高而变小,光敏电 阻的阻值有光照时阻值变小。 【实验小结】 该实验使用的电源只能用6V的稳压电源,若改用甲电池或干电池,都会因为电流太大,而损坏放大器。 【作业布置】 设计温度自动控制装置:要求温度升高自动报警。

高中物理-传感器的应用练习

高中物理-传感器的应用练习 当堂检测A组(反馈练) 1.关于传感器元件功能的描述,下列说法正确的是() A.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电阻这个电学量. B.应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量. C.干簧管能够将磁场这个非电学量转换成电路的通断. D.双金属片能将温度这个热学量转换成电路的通断. 答案:BCD 2.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,金属线圈中会产生感应电流 答案:BD 3.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了一个判断小车运动状态的装置,其工作原理如图(a)所 示.将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中 间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程 中,电流表示数如图(b)所示.下列判断正确的是 () A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动 B.从t1到t2时间内,小车做加速度大的直线运动 C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动 D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动 答案:BD 4.如图为电容式话筒结构示意图,右侧固定不动的金属板b与 能在声波驱动下沿水平方向振动的金属振动膜a构成一个电容

器,a、b分别通过导线与恒定电源两极相接。声源S做位移x=Asin(200πt)的振动,则下列判断准确的有() A.a振动过程中a、b板之间的电场强度不变 B.a振动过程中话筒会产生电磁波 C.导线ac的电流的频率为1000Hz D.a向右位移最大时a、b板形成的电流最大 答案:BD 5.神州五号飞船发射升空时,飞船内测试仪台上放有一个压力传感器,传感器 上面压一质量为m的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加 速度为a=1 2 g,压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的 17 16 . 已知地球的半径为R,g为地面附近的重力加速度。试求此时火箭离地面的高度________。 答案: 1 3 h R = 解析:设此时箭升空高度为h,此处的重力加速度为g′,则有F-mg=ma 由万有引力定律得(R+h)2 g′=R2g, 又F=17 16 mg, 联立解得 1 3 h R = B组(拓展练) 1.在蹦床比赛中,可以通过力传感器绘制出运动员与蹦床面间的弹力随时间变化规律的曲线。如图所示为一次比赛中测出的F-t图线,假设在比赛时运动员仅在竖直方向运动,重力加速度g已知。依据图象给出的信息,能求出运动员在蹦床运动中的物理量有() A.质量 B.最大加速度 C.运动稳定后,离开蹦床后上升的最大高度 D.运动稳定后,最低点到最高点的距离 答案:ABC 解析:在0~1.4 s时间内弹力不变,弹力和人的重力相等,由平衡条件F=mg,可求出运动员的质量,A正确;由图知向上的最大弹力,由牛顿第二定律F-mg=ma,

实验十三 传感器的简单应用—2021高中物理一轮复习学案

实验十三传感器的简单应用 ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU 知识梳理·自测巩固 一、实验目的 1.知道什么是传感器,知道光敏电阻和热敏电阻的作用。 2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特征。 3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案。 二、实验原理 传感器是将它所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。例如:热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号;光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号,转换后的信号经过相应的仪器进行处理,就可达到自动控制等各种目的。 三、实验器材 铁架台,温度计,多用电表,烧杯,开水(可装在热水瓶内),冷水,热敏电阻,光敏电阻,导线,纸带,光电计数器,钩码。 四、实验步骤 1.热敏电阻特性实验:如图所示。 ①在烧杯内倒入少量冷水,放在铁架台上,将悬挂在铁架台上的温度计放入水中。 ②将多用电表的选择开关置于“__欧姆__”挡,将两支表笔短接,调零后再将两支表笔分别与热敏电阻的两个输出端相连。 ③将热敏电阻放入烧杯内的水中,在欧姆挡上选择合适的倍率,再重新__调零__,把两支表笔接到热敏电阻两输出端,观察表盘指示的热敏电阻的阻值,填入表格内。 实验记录: 实验次数12345 6 温度/℃ 电阻/Ω ⑤通过比较这些测得的数据,看看热敏电阻的阻值是怎样随温度变化的。 ⑥将多用电表的选择开关置于__交流电压最高__挡或“__OFF__”挡,拆开装置,将器

材按原样整理好。 2.光敏电阻特性实验:如图所示。 ①将多用电表的选择开关置于欧姆挡,选择合适的倍率,将两支表笔短接后调零。 ②把多用电表的两支表笔接到光敏电阻的两个输出端,观察表盘指示的光敏电阻的阻值,记录下来。 ③将手张开放在光敏电阻的上方,挡住照到光敏电阻上的部分光线,观察表盘所示光敏电阻阻值的变化,记录下来。 ④上下移动手掌,观察光敏电阻阻值的变化。 ⑤将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡,拆开装置,将器材按原样整理好。 3.光电计数的基本原理 将钩码放在纸带上,如图所示。拖动纸带向前运动,观察光电计数器上的数字变化。 4.简单自动控制实验 请同学们自己设计一个由热敏电阻或光敏电阻作为传感器的简单自动控制实验。 五、注意事项 1.在做热敏实验时,加开水后要等一会再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.可用图象描出电阻随温度的变化图象来分析其规律。 3.光敏实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 4.光电计数器是比较精密的仪器,使用过程中注意轻拿轻放。 HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO 核心考点·重点突破 考点一热敏电阻的原理及应用 金属热电阻和热敏电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作温度传感器,称为热电阻。与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强,故可以用半导体材料制成热敏电

高中物理-传感器及其工作原理学案

高中物理-传感器及其工作原理学案 【学习目标】 1.知道什么是传感器,知道非电学量转化为电学量的技术意义; 2.了解传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。 3.理解霍尔电压公式d IB k U H 。 【重点难点】 1.重点:理解并掌握光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件及各种传感器的应用原理及结构 2.难点:分析并设计传感器的应用电路。 【课前预习】 一、传感器 1.什么是传感器 能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为为电压、电流等电学量,或转转换为电路的通断的这一类元件统称为传感器。传感器是将非电学量转化为电学量的元件,之后可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.传感器的工作原理 传感器主要由敏感元件和转换电路两部分组成。传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量 等, 这 些输出信号是非常微弱的,通常要经过电路放大后,再送给控制系统分析处理产生各种控制动作。传感流程如下图所示: 3.传感器的种类 传感器的种类繁多,按转换用途来分,常见的传感器有:光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等等。 二、常见的传感器元件 1. 干簧管 (1)材料结构:普通干簧管有两个簧片,是用有弹性的软磁性材料制成的,它们密封在玻璃管中,成为一组常开型触点。管中充入惰性气体来防止触点被氧化。

(2)工作原理:当有磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通;磁体离开干簧管时,两个簧片失去磁性后而断开。如图所示。 (3)功能:在电路中起到开关的作用,它是一种能够感知磁场的传感器。 2. 光敏电阻 (1)材料结构:由受光照敏感的半导体材料制成,如硫化镉。把半导 体材料硫化镉涂敷在绝缘板上,在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅 状电极,如图,这样就制成了一个光敏电阻。 (2)工作原理:光敏电阻在被光照射时电阻会发生变化。无光照时,导电性能不好,电阻较大;有光照时,随着光照的增强,导电性变好,电阻减小。 (3)功用: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。它就象人的眼睛,可以感知光线的强弱。光敏电阻对光照灵敏度高,结构稳定,不易损坏,主要应用于光控电路。 3.热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 ①材料结构:用半导体材料制成。有一种热敏电阻是用氧化锰 等金属氧化物烧结而成的,它的电阻随温度的变化非常明显。 ②特点:热敏电阻的灵敏度较高。在温度上升时,导电能力增强,其电阻随温度变化明显,温度升高,电阻减小。如右图,图线2是某一热敏电阻-温度特性曲线。 ③功能:把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。常作温控 元件。 (2)金属热电阻 ①材料结构:用单质金属材料制成。常用的一种热电阻是用铂制作的。 ②特点:单质金属的电阻率随温度的升高而增大,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度较差。 ③功用:同样可把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。用金属丝可以制作温度传感器(热电阻),比如:用铂制作金属温度计,其测温范围较大。 (3)热敏电阻与金属热电阻的差异 项目材料导电原理 电阻随温度变 化 优点

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