2020学年高中物理 第六章 传感器章末整合提升学案 新人教版选修3-2 传感器

2020学年高中物理 第六章 传感器章末整合提升学案 新人教版选修3-2 传感器

第六章 传感器 ‎ 一、敏感元件的特点及应用 本章敏感元件有热敏电阻、金属热电阻、光敏电阻和霍尔元件．它们的特点如下：‎ ‎1．热敏电阻是由半导体材料制成，阻值随温度升高而减小；‎ ‎2．金属热电阻随温度升高，阻值增大；‎ ‎3．光敏电阻是由半导体材料制成，阻值随光照强度的增强而减小；‎ ‎4．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量．‎ 例1　如图1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，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)‎ 图1‎ A．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．光照增强，其他条件不变 D．光照减弱，其他条件不变 答案　BD 解析　电压表示数增大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT阻值减小或R1阻值增大造成的，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、D正确，A、C错误．‎ 例2　如图2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2‎ A．变大 B．变小 C．先变大后变小再不变 D．先变小后变大再不变 答案　D 解析　往RT上擦酒精后，酒精挥发吸热，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．当酒精挥发完毕后，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变小，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．‎ 二、常见的传感器 传感器一般是把非电学量转换为电学量，因此往往与电子元件一起构成电路，比较常见的传感器都可以与电路进行组合，所以一定要注意电路分析，特别是要弄清楚各种敏感元件的特性及各种常用电子元件的工作特点，并针对具体问题具体分析，灵活处理．‎ 例3　如图3所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时(　　)‎ 图3‎ A．电路中的电流减小，油箱油面降低 B．电路中的电流减小，油箱油面升高 C．电路中的电流增大，油箱油面降低 D．电路中的电流增大，油箱油面升高 答案　D 解析　当油箱油面升高时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，回路电阻减小，电流增大，故D项正确．‎ 例4　氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在图4甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)－CO浓度曲线如图乙所示，请判断下列选项中电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系图象正确的是(　　)‎ 图4‎ 答案　B 三、关于控制电路的问题 ‎　分析控制电路的问题，要弄清楚敏感元件的特性，还要进行正确的电路分析，除此之外还要了解各种逻辑电路的特点，其中斯密特触发器是具有特殊功能的“非”门，要特别注意它对电路所带来的相应变化．‎ 例5　图5甲为斯密特触发器的符号，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．由此可知，斯密特触发器是具有特殊功能的________(填“与门”、“或门”或“非门”)．‎ ‎(2)如图乙、丙是某同学设计的两个电路图．图中R1是可调电阻，RT是热敏电阻，其阻值会随温度的升高而减小．回答下面问题：‎ ‎①能作为温度报警器的电路图是________(填“乙”或“丙”)；‎ ‎②为使热敏电阻在感测到更高温度时才报警，应该调节R1，使其阻值________(填“增大”或“减小”)．‎ 图5‎ 答案　(1)非门　(2)①乙　②减小 解析　(1)斯密特触发器的输出状态和输入状态相反，相当于“非门”电路．(2)①温度升高时，热敏电阻阻值减小，其两端电压减小，题图乙中，斯密特触发器的输入端A的电压升高，输出端Y跳到低电平，蜂鸣器两端电压增大，蜂鸣器工作报警；而题图丙中，温度升高时，热敏电阻两端电压减小，斯密特触发器的输入端A的电压降低，输出端Y跳到高电平，蜂鸣器两端电压减小，蜂鸣器不工作．②更高温度时，热敏电阻阻值减小，要使热敏电阻所分的电压不变，则应使得题图乙中R1阻值减小．‎ 例6　如图6所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．‎ 图6‎ 答案　见解析 解析　天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈A中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG 阻值增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．‎