2020版高中物理 第4章 传感器与现代社会 探究热敏电阻的温度特性曲线学案 沪科版选修3-2

2020版高中物理 第4章 传感器与现代社会 探究热敏电阻的温度特性曲线学案 沪科版选修3-2

‎4.1　传感器的原理4.2　探究热敏电阻的温度特性曲线 ‎[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.‎ 一、什么是传感器 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.‎ ‎[要点总结]‎ ‎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.各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量.‎ ‎3.传感器的结构 非电学量敏感元件―→处理电路电学量 ‎4.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.‎ ‎5.根据检测量的不同，传感器可分为物理型、化学型和生物型.‎ 例1　如图1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？‎ 图1‎ 5‎ 答案　见解析 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.‎ 二、研究光敏电阻的导电特性 在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图2所示为光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2‎ 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.‎ ‎[要点总结]‎ ‎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.‎ 例2　(多选)如图3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3‎ A.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 答案　ABC 5‎ 解析　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，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项正确.‎ 三、探究热敏电阻的温度特性 如图4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4‎ 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.‎ ‎[要点总结]‎ ‎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(临界)内急剧下降.‎ 例3　(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图5所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时(　　)‎ 图5‎ A.电容器C的带电荷量增大 B.电压表的读数增大 5‎ C.电容器C两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大 答案　AB 解析　当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误. ‎ ‎1.(对传感器的认识)关于传感器，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.(光敏电阻的特性)如图6所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R与L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是(　　)‎ 图6‎ 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.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变 答案　A 解析　滑动触头P 5‎ 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果.‎ ‎3.(对热敏电阻、光敏电阻的认识)如图7所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；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.若发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)‎ 图7‎ ‎①热敏电阻温度降低，其他条件不变 ‎②热敏电阻温度升高，其他条件不变 ‎③光照减弱，其他条件不变 ‎④光照增强，其他条件不变 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④‎ 答案　A 解析　①热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确.‎ ‎②同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误.‎ ‎③光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，故③正确.‎ ‎④光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，故④错误.本题选A.‎ 5‎