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实验十一传感器的简单应用一、研究热敏电阻的热敏特性[基本要求][数据处理]1.根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性.次数12345 6待测量温度(℃)电阻(Ω)2.在如图所示的坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.[实验结论]根据实验数据和Rt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.二、研究光敏电阻的光敏特性[基本要求][数据处理]把记录的数据填入下表中，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电阻(Ω)[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.[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进行欧姆调零.考向1 温度传感器的应用[典例1] (2016·新课标全国卷Ⅰ)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(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________________________________.②将开关向(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.[解题指导] 从提供的单刀双掷开关可以看出，当开关与c接通时，应形成一个完整的电路，以便对系统进行调节.当调节完成后，只要将开关与d接通，就可以用于报警.由报警电流推算回路中的总电阻值，便可大致确定滑动变阻器的最小阻值，从而确定选用哪一个变阻器.[解析] (1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示.(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10 mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝UI c ＝1810×10－3Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2 000 Ω的滑动变阻器R2.(3)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，这一阻值为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20 mA，报警器可能损坏.②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警.[答案] (1)连线如图所示(2)R2(3)①650.0 b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警考向2 光电传感器的应用[典例2] 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点.(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R P(符号，阻值见上表)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S 及导线若干.[解析] (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示.特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小.甲乙(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示.[答案] 见解析考向3 其他传感器的应用[典例3] 利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的UI关系图线.甲乙丙(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时，滑动变阻器选用的是(填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图.(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V.则此时小灯泡的电功率为W，电源的内阻为Ω.[答案] (1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.66～0.72均可) 2.33(2.00～2.67均可)[典例4] (2017·北京海滨模拟)某种角速度计，其结构如图所示.当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计.滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则( )A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的增大而减小C.弹簧的伸长量为x ＝m ωlk －m ω2D.输出电压U 与ω的函数式为U ＝Em ω2k －m ω2[解析] 系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC 的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中的电流保持不变，故A 、B 错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x ，则对元件A ，根据牛顿第二定律得kx ＝m ω2(l ＋x )，又输出电压U ＝R BP R BC E ＝x l E ，联立两式得x ＝m ω2l k －m ω2，U ＝Em ω2k －m ω2，故C 错误，D 正确.[答案] D。
* 第十章交变电流传感器第一节交变电流的产生和描述例 1 2008??宁夏如图（a）所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ 45°时，如图（b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正. 则下列四幅图中正确的是【点拨】1 确定t 0时刻感应电流方向. 2 利用t 0时刻的速度确定感应电动势大小. 3 判定t 0时刻后短时间内电流的变化趋势. 【解析】本题考查正弦式交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律.从图 b 可看出线圈与磁场夹角θ 45°，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，故瞬时电流的表达式为 i －Imcos（π/4+ωt），则为D图象所描述.注意对线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式的理解. 【答案】D 1.一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（） A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D.每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都最大【解析】t1和t3时刻电动势为零，线圈处于中性面位置，此位置磁通量最大，磁通量的变化率为零，电动势改变方向，故A、C错误，D正确；t2时刻电动势最大，磁通量为零，B错误. 【答案】D 例2 如图所示，一个边长L 10cm，匝数n 100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速运动，磁感应强度B 0.50 T，角速度ω 10π rad/s,外电路电阻R 4.0 Ω，线圈内阻r 1.0 Ω. 1 求线圈转动的周期和感应电动势的最大值. 2 写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时值表达式. 3 求交流电压表的示数. 【点拨】由磁场情况和线圈转动情况可确定瞬时值表达式，电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值. 【解析】 1 T 2π/ω 2π/10π s 0.2 s. Em nBSω 100×0.50×102×10-4×10π V 5πV. 2 题图所示位置为感应电动势最大值的位置，瞬时值表达式为e Emcosωt 5πcos10πt V . 3 电动势有效值E Em / ,I E/（R+r）. 交流电压表示数U IR 2 πV 2.83 V. 2. 2009??天津如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I .线框从中性面开始转过π/2的过程中，通过导线横截面的电荷量 q . 【解析】本题考查交流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交流电中有关电荷量的计算等问题.电动势的最大值Em BSω,电动势的有效值E Em/ ,电流的有效值I E/R BSω/2R;q IΔt E/RΔt ΔΦ/RΔtΔt ΔΦ/R BS/R. 【答案】 BSω/2R BS/R 例如图表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是A.3.5 A B.7/2 A C.5 A D.5 A 【错解】根据交流电有效值的公式I Im/ ，此交流电的峰值不同，故最大值取其平均值如图 , Im （4 +3 ）/2 A＝7 /2A，I Im/ 3.5A,选A. 【剖析】第一，有效值公式I Im/ 是有条件的，只有正弦式交流电的最大值和有效值才有这样的数量关系.本题所给的交流电的图象不是正弦式交流电的图形，故该公式不适用于此交流电.第二，交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平均值.交流电的有效值是根据其热效应而定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角度出发，使交流电与恒定电流等效.故求非正弦式交流电的有效值时，应从热效应角度求解.设交流电的有效值为I，令该交流电通过一个纯电阻用电器R，在一个周期内有I2RTI12RT/2+I22RT/2.所以该交流电的有效值为I 5A.所以应选D. 【答案】D 第2节变压器电能的输送例1 2009??江苏如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u 20 sin 100πt V,氖泡在两端电压达到100 V时开始发光，下列说法中正确的是（） A.开关接通后，氖泡的发光频率为50 Hz B.开关接通后，电压表的示数为100V C.开关断开后，电压表的示数变大 D.开关断开后，变压器的输出功率不变【点拨】 1 电压表的读数为交流电的有效值. 2 原、副线圈上交流电的周期与频率是相同的. 3 原、副线圈的电压、电流与原、副线圈匝数的比例关系. 4 原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定. 【解析】本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解.由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为U1 20 / 2 V 20 V，由n1/n2 U1/U2得副线圈两端的电压为U2 100 V，电压表的示数为交流电的有效值，B项正确；交变电压的频率为f 100π/2πHz 50 Hz，一个周期内电压两次大于100 V，即一个周期内氖泡能发光两次，所以其发光频率为100 Hz，A项错误；开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C项错误；断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误. 【答案】 B 1.如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流.下列说法错误的是 A.保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率增大 B.保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2 减小 C.保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1减小 D.保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小【解析】保持P的位置及U1不变，S由b切换到a的过程中，副线圈匝数增多，输出电压增大，则R上消耗的功率也增大，原线圈的输入功率也增大；U1不变，输入电流I1增大，所以选项A错误，.保持P的位置及U1不变，S由a切换到b的过程中，副线圈匝数减少，则输出电压减少，输出电流也减少.故选项B正确. C错误。
第十章交流电传感器及其应用新课标要求1．内容标准（1）知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流．例1 用示波器观察交变电流的波形，并测算其峰值和有效值．（2）通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用．例2 用灯泡或交流电流表观察电容器和电感器对交变电流的阻碍作用．（3）通过实验，探究变压器电压与匝数的关系．例3 观察生活中常见的变压器，了解其作用．（4）了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理．例4 查阅资料，了解直流输电的原理，比较交流输电和直流输电的特点．（5）知道非电学量转换成电学量的技术意义．（6）通过实验，知道常见传感器的工作原理．例4 通过实验认识温度传感器将温度信号转变为电信号的作用．（7）列举传感器在生活和生产中的应用．例5 了解光敏传感器及其在日常生活中的应用．2．活动建议（1）参观当地的小型电厂，了解发电过程．调查发电机的容量、居民用电和工业用电情况．撰写调查报告．（2）观察变电站和高压输电线路．（3）调查日常生活中传感器的应用，对其中一种的工作原理、技术意义、经济效益进行分析．（4）利用传感器制作简单的自动控制装置．图10-1-1二、正弦式交流电的产生和规律１．产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动获得．图10-1-24．说明：①上式中ωNBS E m =为最大值．②以上各式均为0=t 时，线圈在中性面位置．此时穿过线圈的磁A ．电流表示数增大 B ．电压表示数增大 图10-1-4图10-1-5的转速匀速旋转时，求：）若从线圈牌中性面开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值表达式．D ．t ωωL BL cos 212．一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动.线圈中的感生电动势e 随时间t 的变化如图10-1-7所示.下面说法中正确的是( )A ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零B ．t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C ．t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D ．每当e 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大3．图10-1-8所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（ ）A ．25 AB ．5 A C. 25.3 A D ．3.5 A4．如图10-1-9中的100匝矩形线圈，ab ＝cd ＝0.2 m ，ad ＝bc ＝0.1m ，磁感强度B ＝1T ，角速度ω＝5rad/s ，则线圈中产生的感应电动势最大值_ 为V ，从中性面开始转动的交流电动势瞬时值为5．10匝线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电动势e ＝102sin20πt V ，求①t=0时，线圈内磁通量的磁通量的变化率；②线圈从中性面开始转动180°过程中，感应电动势的平均值和最大值之比．6．如图10-1-10所示，把电阻R 、电感线圈L 、电容器C 接到某一交流电源上时，三只电流表的示数相同．若保持电源电压不变，而使交变电流的频率逐渐减少，则三个电流表的示数I 1、I 2、I 3的大小关系是（ ）A ．I 1＝I 2＝I 3B ．I 1＞I 2＞I 3C ．I 3＞I 1＞I 2D ．I 2＞I 1＞I 37．求如10-1-11图所示的交流电（此交流电的正向和反向部分都是正弦式电流的一部分）电流的有效值．8．一个矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T ．从中性面开始计时，当T t 121时感应电动势为2V ，则此交变电动势的有效值为（ ）A ．22VB ．2VC ．2VD ．22V 9．一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动．线圈匝数n =100．穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图10-1-12所示．发电机内阻r =5.0Ω，外电路电阻R=95Ω．已知感应电动势的最大值E m =nωΦm ，其中Φm 为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数．图10-1-10图10-1-11图10－1－9 图10-1-7流电动势的最大值和周期分别变为（）0.02 s B．200 V，0.02 srad1 s的量O′R 图10-1-14图10-1-13（3）发电机输出端电压为多少？12．如图10-1-16所示，在真空中速度710×4.6=v m/s的电子束，连续地射入两平行极板间，极板长度为2-10×0.8=L m，间距3-10×0.5=d m．两极板不带电时，电子束沿两极板之间的中线通过，在极板上加－50 Hz的交变电压tωUu sin=，如果所加电压的最大值U超过某一值cU时，将开始出现以下现象：电子束有时能通过两极板，有时间断不能通过．（1）求cU的大小；（2）求U为何值时才能使通过的时间通tΔ跟间断的时间断tΔ之比即通tΔ∶断tΔ= 2∶1．图10-2-13．输电网络中的基本关系：化，怎样确定其它有关物理量的变化．可依据以下10-2-3．决定输出电压U，这是因为输图10-2-2图10－2－3变＝)1L 4降压变压器输入功率为： P 3＝P总－P损＝P总－5%P总＝95%P总＝410×8.9×10095W ＝9.31×104W 所以降压变压器初级电压U 3＝3510×31.9=423I P V ＝2660 V 降压变压器的匝数比为4343U U n n =＝1122202660=为多大？负载上最大功率为多少？）负载上获得最大功率时，变压器的原、）变压器的变压比为多少？电源的效率为A ．电流表A 的示数不变 图10－2－6图10－2－8A ．若保持P 的位置及U 1不变，S 由a 合到b 处，则I 1将减小B ．若保持P 的位置及U 1不变，S 由b 合到a 处，则R 上消耗的功率增大C ．若保持U 1不变，S 在b 处，P 向上滑动，则I 1减小D ．若保持P 位置不变，S 在a 处，将U 1增大，则I 1减小7．电站发电机输出功率为5千瓦，输出电压为250伏特．输电线电阻3100欧姆，线路上允许的功率损耗为6%．在用户需要220伏特电压时，如图10-2-10所用升压变压器和降压变压器的初、次级匝数比各为多少？8．一小型水力发电站水坝落差h =5m ，流量q =1m 3/s ，发电机组总效率η=50％，机端输出电压350V ．为了向离电站较远处的用户供电，采用先升压再降压的办法．设输电线总电阻R 线=4Ω，允许输电线电热损失功率为电站输出功率的5％，用户需要电压220V ．试计算升压变压器、降压变压器的匝数比．(g =10m/s 2)A ．原线圈交流电的频率为50HzB ．副线圈输出电压为55V 2－A ．P 不动，将P 向上移图10－2－11图10－2－10发光．此时滑线变阻器的滑片P 于图示位置．现将滑片P 下移 ( 导线电阻不计)，则以下正确的是（ ）A ．灯仍能正常发光，变压器输入电流变大B ．灯仍能正常发光，变压器输入电流变小C ．灯变亮，变压器输入电流变大D ．灯变暗，变压器输入电流变小6．电流互感器是用来测量大电流的仪器，如图10－2－14示，图中是电流互感器使用原理，以下说法正确的是 ( )A ．均变大B ．U 变大，I 变小C ．均变小D ．U 变小，I 变大7．远距离输送交流电都 采用高压输电．我国正在研究用比330千伏高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是( )A ．可节省输电线的铜材料B ．可根据需要调节交流电的频率C ．可减少输电线上的能量损失D ．可加快输电的速度8．某发电厂原来用11KV 的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220KV 输电，输送的电功率都是P ，若输电线路的电阻为R ，则下列说法中正确的是（ ）A ．根据公式U P I /=,提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20B ．根据公式R U I /=，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C ．根据公式R I P 2=，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D ．根据公式R U P /=2，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍．9．在远距离送电时，如果输送电压为2000V ，输送功率为10kW ，输电线的电阻为20Ω，则输电线上损失功率为______，损失电压为______，用户得到电压为______，用户得到的功率为______． 10．如图10－2－15所示，一台有两个副线圈的变压器．原线圈匝数n 1=1100匝，接入电压U 1=220V 的电路中．（1）要求在两组副线圈上分别得到电压U 2=6V ，U 3=110V ，它们的匝数分别为多少？（2）若在两副线圈上分别接上“6V 、20W”、“110V 、60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？11．如图10－2－16所示，为了测定和描绘“220V 40W”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电，调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈L ，绕在闭合的环形铁芯上，输人端接在220V 交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头P ，移动它的位置，就可以使输出电压在“0～250V”之间连续变化，图甲中画出的是调压变压器的电路图符号，实验室内备有交流电压表、交流电流表、开关、导线等实验器材．图10－2－16 ⑴在图甲中完成实验电路图． ⑵原、副线圈匝数比的最小值为多大？ ⑶ 当副线圈的电压调为100V 时 ，通过原线圈的电流为多大？12．发电机输出电功率为100kW ，输出电压为250V ，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上的损失电功率不超过输送电功率的5％，用户获得220V 电压，若负载均视为纯电阻，求应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器．图10－2－14图10-3-1图10-3-2图10-3-3图10-3-4试问金属块上、下表面哪面电势图10-3-5驻极体话筒原理类似于电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．但它具有体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低）等优点．过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金⑴托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，离A的距离1x．⑵托盘上放有质量为m的物体时，1P离A的距2．图10-3-7图10-3-6图10-3-8图10-3-10工作原理：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，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持C ︒100不变，故感温磁体仍与电脉冲信号．计算机分别统计x 、y 两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移图10-3-9图10-3-11光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管收不发出的光．呈现高电阻状态．烟雾进入罩内输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，GR的阻值增大到一定值，斯密A的电压上升到某个值（1.6V），图10-3-14利用图(b)中的数据求S1时圆盘转动的角速说明激光器和传感器沿半径移动的方向；求图(b)中第三个激光信号的宽度3t∆．图10-3-13图10-3-16 图10-3-15 图10-3-12处于低电平，则输出端Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻R 阻值减小，斯密特触发器输入端A 电势升高，当达图10-3-17图10-3-18它是利用光敏电阻对光的敏感特性将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，并将电路中的电压用信号处理系统识别以达到计数的目的．【例2】解析：⑴图⑴是角度的电容式传感器，其工作原理是当动金属片旋进的角度不同时，电容的正对面积不同，电容的容量不同．⑵图⑵是流体的电容式传感器，其工作原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容的容量也随之改变．⑶图⑶是压力的电容式传感器，其工作原理是当作用在一个电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板的距离发生改变，电容的容量也发生改变．⑷图⑷是位移的电容式传感器，其工作原理是和物体固定在一起的电介质板，当物体发生一小段位移时，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容的容量发生变化．说明：电容式传感器是一多功能传感器，即可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点．【例3】解析：当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低，随着正、负电荷不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时即QvB qE =时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压．因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U ，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即QvB bUq= 又因为导体中的电流bd nev nqSv I ⋅==故nedIBU =答案：下表面电势高；电势差为nedIBU =说明：⑴判断电势高低时注意载流子是正电荷还是负电荷．⑵由以上计算得上下两表面间的电压稳定时nedIBU =，其中n 为单位体积内的自由电荷数，e 为电子电荷量，对固定的材料而言为定值，若令nek 1=，则d IBk U =，此即课本所给出的公式．【例４】解析：托盘的移动带动1P 移动，使1P 、2P 间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R 为均匀的滑线电阻，则其电阻与长度成正比．⑴由力的平衡知识可得：10kx g m = 解得：kg m x 01=⑵放上重物重新平衡后，20kx mg g m =+ 解得：kgm m x )(02+=⑶由闭合电路欧姆定律可知IR E = 由部分电路欧姆定律可得：串IR U = 由于LxR R =串其中x 为1P 、2P 间的距离，则 k mgx x x =-=12联立解得：U gE kL m = 答案：⑴ kgm x 01= ⑵kgm m x )(02+= ⑶U gEkL m =说明: 在有关力电传感器的计算中，必然涉及电路计算要注意欧姆定律及分压原理的应用．【例5】解析：⑴电饭锅盛上食物后，接上电源， 2S 自动闭合，同时手动闭合1S ．这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，2S 自动断开，1S 仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关1S 自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至 70℃时，2S 自动闭合，电饭堡重新加热，温度达到80℃时，2S 又自动断开，再次处于保温状态．⑵加热时电饭煲消耗的电功率并R U P 21=，保温时电饭煲消耗的电功率并R R U P +=122，两式中Ω11500=+3232R R R R R ＝并从而有112+=121＝并并R R R P P⑶如果不闭合开关1S ，开始2S 总是闭合的，1R 被短路，功率为1P ，当温度上升到80℃时，S 2自动断开，功率降为2P ．温度降低到70℃，S 2自动闭合……温度只能在70℃～80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．说明：本题是关于电饭堡的自动控温开关的问题，要根据电路的串联并联规律找到自动控制温度的原理．【例6】解析(1)由图线读得，转盘的转动周期S T 8.0= ①角速度s rad T /8.028.62==πω=7.85rad/s ② (2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)．(3)设狭缝宽度为d ，探测器接收到第i 个脉冲时距转轴的距离为1r ，第i 个脉冲的宽度为i t ∆，激光器和探测器沿半径的运动速度为v ．2i id t T r π∆=③vT r r r r =-=-1223④=-12r r ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆12112t t dT π⑤ =-23r r ＝⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆23112t t dT π⑥ 由④、⑤、⑥式解得21213ΔΔ2ΔΔ=Δt t t t t =333310×8.010×0.1×210×8.0×10×0.1310×67.0≈s说明：本题是2005年高考上海物理试题，题目中涉及到激光器和光传感器这两个重要元件，它们在现代信息科技中有着非常重要的应用．【例7】解析：热敏电阻1R 与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．⑴电路图如图10-3-19所示．⑵工作过程：闭合Ｓ当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，Ｋ接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，Ｋ断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．说明：该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的内容，对于培养能力、理论联系实际将起到推动作用，也是高考的趋向．于““右是负温度系数的热敏电阻，现往R t 偏转；若用吹将图10-3-19图10-3-20摆球正经过最低点③摆球摆动过程中机械能减小④摆球摆动的周期是4.1=T s上述判断中，正确的是（）A．①③B．②③C．③④D．②④3．动圈式话筒和磁带式录音机都应用了电磁感应现象，图10-3-22甲所示是话筒原理图，乙所示是录音机的录音、放音原理图．由图可知，下列四种说法中正确的是（）图10-3-22A．话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流C．录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D．录音机录音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场4．如图10-3-23甲所示是电热灭蚊器的示意图，其电热部分的主要元件是PTC，该元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图11-3-23乙所示，由于这种特征，因此，PTC是具有发热、温控双重功能．对此以下判断中正确的是（）图10－3－23A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1~t2的某一值不变5．如图10-3-24（甲）所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系如图（乙）所示，试根据这一特性设计一个自动光控电路．图10-3-24图10-3-25被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的（ ）A ．距离变化B ．正对面积变化C ．介质变化D ．电压变化3．半导体温度计是利用热敏电阻制造的．如图10-3-27所示，如果待测点的温度升高，那么（ ）A ．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变大B ．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变小C ．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变大D ．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变小 4．如图10-3-28所示的电路中，两端的电压恒定，L 为小灯泡，R 为光敏电阻，LED 为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R 与LED 相距不变，下列说法中正确的是( )A ．当滑动触头P 向左移动时，L 消耗的功率增大B ．当滑动触头P 向左移动时，L 消耗的功率减小C ．当滑动触头P 向右移动时，L 消耗的功率可能不变D ．无论怎样移动触头P ，L 消耗的功率都不变5．如图10-3-29是一火警报警的一部分电路示意图，其中2R 为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a 、b 之间接报警器．当传感器R 2所在处出现火情时，显示器的电流人报警器两端的电压U 的变化情况是( B )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6．如图10-3-30所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时( )A ．R 1两端的电压增大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6．解析：R 2与灯Ｌ并联后与R 1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时．电阻R 2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯Ｌ电压增大，灯泡亮度变强，R 1两端电压减小，故C 正确，其余各项均错．7．如图10-3-31所示，R 1、R 2为定值电阻，Ｌ为小灯泡，R 3为光敏电阻，当照射光强度增大时（ ）A ．电压表的示数增大B ．R 2中电流减小C ．小灯泡的功率增大D ．电路的路端电压增大8．图10-3-32为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱的原理简图．箱内的电阻,Ω10=Ω20=21k R k R ，Ω40=3k R ，t R 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图10-3-33所示．当ab 端电压0<ab U 时，电压鉴别器会令开关Ｓ接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内的温度升高；当0>ab U 时，电压鉴别器会使Ｓ断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在 ℃．9．用如图10-3-34所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后图10-3-32图10-3-33图10-3-27图10-3-30图10-3-31壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a 、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后．汽车静止时，传感器a 、b 的示数均为 10 N （取2m/s 10=g ) ⑴若传感器a 的示数为14 N ，b 的示数为6.0 N ，求此时汽车的加速度大小和方向．⑵当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零．10．将一动力传感器接到计算机上，我们可以测量快速变化的力，如图10-3-35所示的就是用这种方法测得的一光滑小球在半球形碗内的竖直平面内来回运动时，对碗面的压力大小随时间变化的曲线．试求：⑴此小球在碗内来回运动的周期为多少？ ⑵此小球质量为多少？（2m/s 10=g ）11．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的．一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积S ，极板间的距离为d ，电容器的电容公式为d ES C /=（E 是常数但未知）．极板 1 固定不动，与周围绝缘，极板2 接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行．极板2的两个侧边与劲度系数为k ，自然长度为L 的两个完全相同的弹簧相连，两弹簧的另一端固定，弹簧L 与电容器垂直，如图10-3-36所示，如图10-3-37所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U 后即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强P ,使两极板之间的距离发生微小的变化．测得此时电容器的电压改变量为U ∆．设作用在电容器极板2上的静电力不致引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强P ．12．图10-3-38是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图．利用电压表（内电阻很大）的示数来指示物体的质量．托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表的示数为零．设变阻器的总电阻为R ，总长度为L ，电源电动势为Ｅ，内阻为r ，限流电阻为0R ，弹簧的劲度系数为k ，若不计一切摩擦和其他阻力．⑴求出电压表示数x U 与所称物体质量m 的关系式；⑵由⑴的计算结果可知．电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于制作刻度．为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在上图的基础上完成改进后的电路原理图，并得出电压表示数x U 与待恻物体质量m 的关系式．图10-3-38图10-3-35_________________________________________章末整合_____________________________________知识网络A ．交变电流的频率是4π HzB ．当t = 0时，线圈平面与磁感线平行C ．当t = 0.5时，e 有最大值D ．交变电流的周期是0.5 s 图10-1 交 变 电 流 和 传 感 器（1）当2001=t s 时，电动势的瞬时值；（2）线圈转到什么位置时，感应电动势的瞬时值为最大值的一半？（3）已知线圈面积为16 cm 2，共25匝，求匀强磁场的磁感应强度B ．6．一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为 2 mm 的均匀狭缝．将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束．在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线．图10-4为该装置示意图，图10-5为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt 1 = 1.0×10－3 s ，Δt 2 = 0.8×10－3 s ．(1)利用图(b )中的数据求1 s 时圆盘转动的角速度；(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向； (3)求图(b )中第三个激光信号的宽度3t ∆．高考链接4．(05广东省深圳市模拟)山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户．设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的增加将导致A ．升压变压器初级线圈中的电流变小B ．升压变压器次级线圈两端的电压变小C ．高压输电线路的电压损失变大D ．降压变压器次级线圈两端的电压变小5．（2006年南通模拟）图10-8中的电路中，当a 、b 两端与e 、f 两端分别加上的交流电压时,测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为图10-3 图10-5图10-4图10-7。
