【物理】2019届一轮复习人教版传感器及其工作原理学案

【物理】2019届一轮复习人教版传感器及其工作原理学案

第45讲　传感器及其工作原理 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 传感器的工作原理及其应用 Ⅰ 知识整合 ‎1．传感器一般概念 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(1)传感器：指这样一类元件，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________．‎ ‎(2)常见的传感器有：________________、________________、________________、力传感器等．‎ ‎2．常见传感器元件及其特点 ‎(1)光敏电阻：通常是由硫化镉等__________制成，其特点是光照变强，电阻__________．光敏电阻是把__________这个光学量转换为__________这一电学量的元件．它就像人的眼睛，可以看到光线的强弱．‎ ‎(2)金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻是由铂、铜等________制成，其特点是温度升高，电阻________；热敏电阻由半导体材料制成，其特点是温度升高，电阻________．它们都能把________这个热学量转换为________这个电学量．与热敏电阻相比，金属热电阻的________好，测温范围________，但________较差．‎ ‎(3)霍尔元件：通常是由半导体材料制成，能够把__________________这个磁学量转换为________这个电学量．‎ ‎(4)应变片：通常用于力传感器(如：电子秤)，它的作用是将________这一力学量转化为________这一电学量．‎ ‎(5)双金属片：利用两层不同金属的热膨胀系数______，实现电路的________．通常用于日光灯启动器和电熨斗．‎ ‎(6)感温铁氧体：也叫感温磁体．常温下具有________，能够被磁体吸引，当温度上升到约103℃时，就________________________，不能被磁体吸引了，通常用于电饭锅，实现电路的________．‎ ‎(7)电容式传感器：把________、________、面积等非电学量转化为________这一电学量．‎ 电容式传感器一般分三类：①变极距式；②变面积式；③变介质式．‎ 方法技巧考点1　传感器的工作原理 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如位移、速度、力、温度、湿度、流量、声强、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电压、电流等电学量，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、处理和自动控制了．‎ ‎【典型例题1】　热敏电阻常用于温度控制或过热保护 装置中，如图所示为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，‎ 这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎【典型例题2】　(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，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(　　)‎ ‎ A．当有光照射R1时，处理系统获得低电压 ‎ B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压 ‎ C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 ‎ D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 ‎【典型例题3】　传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域．如下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极板间距离而引起电容变化的是(　　)‎ ‎【典型例题4】　(多选)关于电子秤中应变式力传感器，下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．应变片是由导体材料制成的 ‎ B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之电阻变小 ‎ 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 考点2　传感器在控制电路中的应用 传感器常与动态电路及控制电路问题结合，工作过程如图：‎ ‎【典型例题5】　(多选)如图所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃电压的增加，当电铃电压达到一定值时，电铃会响．下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势 ‎ B．要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势 ‎ C．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移 ‎ D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移 ‎【典型例题6】　传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量．热敏电阻随温度变化的图象如图实甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图．问：‎ ‎(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在______(选填“a”或“b”)．‎ ‎(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向______移动(选填“左”或“右”)．‎ 当堂检测　　1.(多选)传感器已经广泛应用于我们的生活，为我们带来了方便．下列可以用来控制电路通断的温度传感器元件有(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎ A．双金属片 B．应变片 ‎ C．感温铁氧体 D．干簧管 ‎2．在街旁的路灯，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 ‎3．电容式加速度传感器的原理结构如图所示，质量块右侧连接轻质弹簧，左侧连接电介质，弹簧右端和电容器都固定在外框上，质量块可带动电介质移动改变电容．则(　　)‎ 第3题图 ‎ A．电介质插入极板间越深，电容器电容越小 ‎ B．当传感器以恒定加速度运动时，电路中有恒定电流 ‎ C．若传感器原来向右匀速运动，突然减速时弹簧会伸长 ‎ D．当传感器由静止突然向右加速瞬间，电路中有顺时针方向电流 ‎4．光电门传感器为门式结构，如图所示．A管发射红外线，B管接收红外线．A、B之间无挡光物体时，电路断开；有物体经过A、B之间时B管挡被光，电路接通．计算机根据挡光物体的________和________，自动算出物体的________．‎ 第4题图 ‎5．如图所示，图甲为热敏电阻的Rt图象，图乙为用此热敏电阻R、可变电阻R′和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路．继电器线圈电阻为100 Ω，当线圈电流大于或等于10 mA时，继电器的衔铁被吸合，E是为继电器线圈供电的电池，电动势E＝6 V，内阻不计，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．‎ 第5题图 ‎(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端．‎ ‎(2)如果要使恒温箱内的温度保持为100 ℃，可变电阻R′的值应调节为________．‎ ‎(3)若可变电阻R′可在380～470 Ω范围内调节，则此恒温箱可控制的恒温范围是________________．‎ 第45讲　传感器及其工作原理 知识整合 基础自测 ‎1．(1)非电学　电学　通断 ‎(2)热电传感器　光电传感器　声电传感器 ‎2．(1)半导体材料　变小　光照强度　电阻 ‎(2)金属材料　增大　减小　温度　电阻　稳定性　大　精确度 ‎(3)磁感应强度　电压 ‎(4)物体形变　电压 ‎(5)不同　通断 ‎(6)铁磁性　失去铁磁性　通断 ‎(7)力　位移　电容 方法技巧 ‎·典型例题1·增强　敏感　【解析】　从图中可看出，温度上升时，热敏电阻的阻值变小，即对电流的阻碍作用减弱，导电能力增强；从图中还可看出在温度变化相同时，热敏电阻的阻值变化更大，故热敏电阻对温度变化的响应更敏感．‎ ‎·典型例题2·BD　【解析】　由题知，当光照射R1时，R1减小，R总减小，所以回路电流增大，R2为定值电阻，因而两端电压变大，信号处理系统获得电压即R2电压，故A错误B正确；因为只有当物体通过时才有光反射到R1上，所以D选项正确，而C选项错误．‎ ‎·典型例题3·C　【解析】　A是通过改变介电常数改变电容，A错误；B和D是通过改变正对面积改变电容，B、D错误；C是通过改变两极板间距改变电容，C正确．‎ ‎·典型例题4· BD　【解析】　应变片是由半导体材料制成，常用于电子秤，其特点是当表面拉伸时，其电阻变大．当应变片受力越大时，弯曲形变越大，上下表面的阻值变化越大，在电流恒定时，上下表面电压差越大，传感器输出的就是这个电压差．‎ ‎·典型例题5·BD　【解析】　热敏电阻阻值随温度升高而急剧减小，当临界温度升高时， R1减小，若保持R2的滑片P位置不动，由串联分压知识可知，为保持U铃＝不变，应适当减小电源电动势E，A项错误；同理若临界温度降低，应适当增大电源电动势E，B项正确；若保持电源电动势E不变，当临界温度升高时，R1减小，为保证U铃不变，需减小R2，即将R2滑片上移，C项错误；同理当临界温度降低，应将R2滑片下移，D项正确．‎ ‎·典型例题6·(1)a　(2)左　【解析】　(1)温度升高热敏电阻变小，控制左边电路电流变大，电磁铁磁性变强，开关接触a点，要使温度过高时报警器报警，C应接在a处．(2)滑片P左移，滑动变阻器接入电路阻值变大，在温度更高时控制电路有足够大电流，使磁铁有足够大吸引力吸引开关，因此滑片向左移可以提高报警器的灵敏度．‎ 当堂检测 ‎1．AC　【解析】　由于两层金属的热膨胀系数不同，双金属片受热发生弯曲，控制电路通断，所以双金属片是温度传感器，A正确；压力作用大，应变片发生形变，电阻变化，应变片是一种力传感器，所以B错误；感温铁氧体是温度传感器，它在常温下具有铁磁性，能被磁铁吸引，当温度上升到约103 ℃时，就失去磁性，不能被磁铁吸引了，C正确；干簧管是一种磁传感器，当磁体靠近它时，两簧片被磁化而接通，起到开关作用，D错误．‎ ‎2．B　【解析】　街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断．‎ ‎3．D　【解析】　电介质插入极板间越深，电容器电容越大，‎ A项错误；传感器以恒定加速度运动时，弹簧的弹力提供质量块的加速度，加速度不变则弹力不变，电介质插入深度不变，电容器电容不变，电路中无电流，B项错误；向右匀速突然减速，由于惯性弹簧将被压缩，C项错误；传感器由静止突然向右加速，电介质插入深度变大，电容器电容变大，而电容器两端电压不变，电容器充电，形成顺时针电流．‎ ‎4．宽度　挡光时间　速度　【解析】　物块刚接触光电门时，电路接通，计时开始；物体通过时，电路断开，通电结束，计时结束．计算机根据挡光物体的宽度和挡光时间，自动算出物体的运动速度．‎ ‎5．(1) A、B　(2)450 Ω　(3) 40～140 ℃‎ ‎【解析】　(1) 温度降低，R电阻变大，电流变小，磁性减弱，衔铁和上触头接触，此时将恒温箱的加热器接在A、B两端进行加热．‎ ‎(2)由图甲知，t＝100 ℃时，R＝50 Ω，则继电器电路中电流I＝，其中I＝10 mA＝10×10－3 A，R继＝100 Ω，解得R′＝450 Ω.‎ ‎(3)由R＝－R继－R′知R的取值范围为30 Ω≤R≤120 Ω，从图甲可以看出对应的温度范围为40～140 ℃.‎ ‎ ‎