2020教科版高中物理选修32第3章第1、2节传感器温度传感器和光传感器

1、文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑:欢迎下载支持.学案1传感器温度传感器和光传感器目标定位1.知道传感器的定义，埋解其工作原埋 2. 了解热敬电阻、敬感元件的特性.3. 了解 几种温度传感器及光传感器的原理.、传感器问题设计在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利.如马路上的路灯夜晚发光，白天自 动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭：电冰箱启动后，会自动控 制压缩机工作，使冰箱内保持所设定的低温，这其中的“机关”是什么？答案在这些电路中分别安装了不同的传感器.要点扌是炼2. 传感器的结构注也邕息硕恿芫毎I 一 |处理电路嗟茁3. 敏感元件能

2、直接感受非电信息,并把其变换成易于测量的物理量，形成电信号常见的敬感 元件有力敬元件、光敬元件、热敬元件、磁敬元件、气敬元件等.4. 处理电路能把微小的信号进行放人,并除去干扰信号,使敏感元件输出的电信号转变成便于 显示、记录、处理和控制的电学量.二、敬感元件的原理问題设计1. 如图1所示，将多用电衣的选择开关置于欧姆挡，再将多用也衣的两支农笔与负温度系数的 热敬电阻朮的两端相连，这时衣针恰好指在刻度盘的正中央.若在斥上擦些酒精，衣针将如 何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，衣针将如何摆动？图1答案 由于酒精蒸发，热敬电阻爪温度降低，电阻值增大，指针应向左偏：用吹风机将热风吹 向电阻丘，电阻爪温

3、度升高，电阻值减小，指针将向右偏.2. 如图2所示连接电路，把磁铁靠近或远离干赞管，观察电路中所发生的现象.你认为干簧管 起了什么作用？2word版本可编辑欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编借欢迎下载支持.图2答案把磁铁靠近干赞管时，赞片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的碗铁.当磁力人于赞 片的弹力时，两者紧密地接触，电路连通，灯亮.因此，干簧管串联在电路中就成为个由磁场 控制的开关.耍点扌是炼1. 热敬电阻是用半导体材料制成的,它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测 量.2. 干簧管是种能感知空的敏感元件，在电路中的作用就是个由磁场控制的开关.三、

4、温度传感器问题设计如图3所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数人于下层金属.图3(1) 常温下，电熨4的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作 用？(2) 熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫线绸衣物需耍设定较低的温度，这是如何利用调温 旋钮来实现的？答案(1)常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高 时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较人，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到 定程度后，两触点分离，电路断开，电热统停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新 接通电路加热.(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，

5、也就是耍求或金属片弯曲程度较人时，两触点分离，所 以应使调温旋钮下旋.反之，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋.要点扌是炼1. 热双金属片温度传感器是由两种膨胀系数相差业的不同金属片焊接或轧制成体后组成. 它对温度的感知农现为热XX金属片的独，可以用它控制电路的通断.2. 热敬电阻：用半导体材料制成.按热敏电阻阻值随温度变化的规彻，热敏电阻可分为正温度 系数的热敏电阻和负温度系数的热救电阻.正温度系数的热敛电阻随温度升高电阻增人.负温度系数的热敬电阻伽氧化镒热败电阻)随温度升高电阻画3. 金属热电阻：金属的电阻率随温度生岂而增人，利用这特性，金属丝也可以制作成逼蜃传 感器，称为热

6、电阻.4. 热敬电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.金属热电阻的化学 稳定性好，测温范围大,但灵敬度较差.四、光传感器1. 原理：有些金属或半导体材料在电路中受到光照时，产生电流或电压,实现堂信号向也信号 的转化.2. 应用:自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了红外光传感器.(2) 在环境监测、火灾报警等装置中通常利用光电式烟尘浓度计工作.(3) 在工农业生产、交通运输等行业中较多地采用光电式转速农进行转数的测量.3word版本可编借.欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑:欢迎下载支持.5word版本可编辑欢迎下载支持.对传感器的认识

7、如图4种测定油箱油量多少或变化多文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编借欢迎下载支持.少的装置.图4其中电源电压保持不变，水是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的端.若把只电压衣接在c、/之间，当油箱中油量减少时，电压衣的示数将（选填“增大”或“减小”）.（2）将电压农接在b、c之间，当油量减少时，电压衣的示数将（选填“缗大”或“减小”）.解析（1）由题图可知当油箱内液面高度变化时，斤的金属滑片将会移动，从而引起斤两端电压 的变化.当油量减少时，斤的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小.当把电 压衣接在c、两点间，电压衣示数减小时，衣示油量在减少.（2）把电压农接在氏

8、c之间,油量增加时,斤减小，电压表的示数减小:油量减少时,水增大， 电压衣的示数增人.答案（1）减小（2）增大二、对热敬电阻的认识及应用#word版本可编借.欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑:欢迎下载支持.2-热敏电阻在温度为80C时阻值很大，当温度达到100-C时阻值就很小，今用电阻丝给水加热，并配以热敬电阻以保持水温在80 C到100 C之间，可将电阻丝与热敬电阴并联，并放入水中，如图5所示，图中氏为热敬电阻， 區为电阻丝，请简述其工作原理.11word版本可编辑欢迎下载支持.图5解析 开始水温较低时，丘阻值较大，电阻统足对水进行加热：当水温达到100匸左

9、右时，R、 阻值变得很小，尼被短路，将停止加热：当温度降低到80 C时，止阻值又变得很大，用又开始 加热，这样就可达到保温的效果.答案见解析三.对光传感器的认识及应用Sword版本可编辑欢迎下载支持.3图，试说明其工作原理.如图6所示为光电式烟尘浓度计的原理图6解析 光源1发出的光线经半透半反镜3,分成两束强度相等的光线.束光线直接到达光电转 换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号.另束光线经反射镜4穿过彼测烟尘5到达光 电转换电路6上，其中部分光线被烟尘吸收或因散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越 人，到达光电转换电路6的光就越弱.两路光线分别转换成电压信号4、住，如果= ，说明 被

10、测的光路上没有烟尘：相反，如果厶；、相差较人，说明烟尘浓度较人，因此可用两者之比， 算出彼测烟尘的浓度.答案见解析文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑:欢迎下载支持.4泡，凡为光敬电阻，当入射光强度增人时（ 如图7所示，&、凡为定值电阻，L为小灯lOword版本可编辑欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编辑:欢迎下载支持.图7A. 电压衣的示数增人B. 足中电流减小C. 小灯泡的功率增人D. 电路的路端电压增人解析 当入射光强度增大时，&阻值减小，外电路电阻随尺的减小而减小，丘两端电压因干路电 流增大而增人，即电压衣的示数增人，同时内电压增人，故电路的

11、路端电压减小，A项正确，D 项错误.由路端电压减小,而氏两端电压增大知,氏两端电压必减小，则足中电流减小,故B 项正确.结合干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增人，故小灯泡的功率增大，C项正确.答案ABC传感器:把被测的非电信息按一足规律转换成与之1传 感敏感元件半导体热敏电阻的热敏特性 干簧管的磁敏特性温度传感器严度传感診 和光传感器热双金属片 热电阻热敏电阻NTC型PTC型光传感器光电式烟尘浓度计原理 光电式转速表原理2.# word版本可编辑欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编借欢迎下载支持.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

12、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-种传感器答案B解析人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. （对电容式传感器的认识）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C取决于极板正对而积S、极板间距离/以及极板间的电介质这几个因素，当某物 理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，

13、从而又可推岀另物理量的值.如图8所示是四 种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是（） 图8A. 甲图的传感器可以用来测虽角度B. 乙图的传感器可以用来测量液面高度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虽速度答案D解析甲图角度变化能导致极板正对而积变化：乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化；丙 图压力尸变化能导致极板间距变化；丁图中位置变化导致电介质变化.所以，甲、乙、丙、丁分 别是测角度、液而高度、压力、位移的传感器，故选D.3. （对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析）如图9所示电路中，电源电动势为圧内阻为r, 水为负温度系数热敬电阻，氏

14、为光敬电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变（光word版本可编借.欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编借欢迎下载支持.照或温度），发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是（）图9A. 温度不变，光照增强B. 温度升高，光照不变C. 温度降低，光照增强D. 温度升高，光照减弱答案AC4. （对光传感器的认识）烟雾散射火灾报警器使用的是（）A. 光传感器B.温度传感器C.红外传感器D.超场波传感器答案A解析烟雾散射火灾报警器是烟雾进入报警器后，光被散射，照到报警器中的光传感器上，使电 路接通，报警器L作，发出警报，A对，B、C、D错.题组对传感器的认

15、识1. 传感器担负着信息釆集的任务，它可以（）A. 将力学量（如形变量）转变成电学量B. 将热学虽转变成电学量C. 将光学量转变成电学量D. 将电学量转变成力学量答案ABC解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的物理 虽（般是电学量）的类元件，故选项A、B、C对，选项D错.2. 关于干费管，下列说法正确的是（）A. 干赘管接入电路中相当于电阻的作用B. 干赞管是根据热胀冷缩的原理制成的C. 干赞管接入电路中相当于开关的作用D. 干赞管是作为电控元件以实现冋动控制的答案CD解析干费管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置的磁场方向相同时，两个簧片被磁化而接

16、 通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开.3. 如图1所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄 的金属涂层，膜后距膜几十微米处有金属板，振动膜上的金属涂层和这个金属板构成电容器的 两极.在两极间加-电压从人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号彼话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的（）图1A. 距离变化B.正对而积变化C.电介质变化D.电压变化答案A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属涂层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号.题组二对热敬电阻、金属热电阻的认识及电路分析4

17、. 如图2所示是观察电阻斤的阻值随温度变化情况的示意图现在把杯中的水由冷水变为热水关于欧姆农的读数变化情况正确的是（）19 word版本可编借.欢迎下载支持.文档从网络中收集，已重新整理排版.word版本可编借欢迎下载支持.A. 如果水为金属热电阻，读数变人，且变化非常明显B. 如果水为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C. 如果水为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显D. 如果斤为热敬电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显答案C解析 如果水为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B均错；如果斤为热敬电阻， 读数变化非常明显，故C对，D错.5. 如图3所示，丘为定值电阻，尺

18、为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（）图3A. 尼两端的电压增人B. 电流农的示数增大C. 小灯泡的亮度变强D. 小灯泡的亮度变弱答案C解析 尼与灯泡L并联后再与朮串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敬电阻尼的阻 值增人，外电路电阻增大，电流农读数减小，丘两端的电压减小，灯泡L两端的电压增人，灯泡 的亮度变强，故只有C正确.6. 如图4所示，爪为负温度系数的热敬电阻，斤为定值电阻，若往氏上擦些酒精，在环境温度 不变的情况下，关于电压农示数的变化情况，下列说法中正确的是（）21 word版本可编借.欢迎下载支持.图4A. 变大B. 变小C. 先变大后变小再不变D. 先变小后变

19、人再不变答案D解析往爪上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敬电阻爪温度降低，电阻值增大，根据串联电路的 分压特点，电压农示数变小.当酒精蒸发完毕后，爪的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热 敬电阻丘的阻值逐渐变小，最后不变，故电压农的示数将逐渐变人，最后不变，所以选项D正 确.题组三对光传感器的认识及电路分析7. 遥控器能调换电视机频道，利用的是光传感器.下列属于应用这类传感器的是（）A. 红外报警装置B. 金属电阻温度计C. 电子电路中使用的“干赞管”D. 霍尔元件答案A解析红外报警装置是利用的光敬电阻制成的光传感器，A正确；金属电阻温度计是利用的热敬 电阻制成的传感器，B错误；干簧管利用的碗敬电阻

20、，C错误；霍尔元件利用的是霍尔效应，D 错误.8. 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. 压敬性B.光敏性C.热敬性D.三种特性都利用答案B解析 灯要求夜晚亮、白天熄，白天有光，夜晚没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电 路中光传感器导致电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性，故选B.9如图5所示用光敬电阻LDR和灯泡制成的种简易水污染指示器下列说法中正确的是（）图5A. 严重污染时，LDR是高电阻B. 轻度污染时，LDR是高电阻C. 无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值人小由材料本身因素决定D. 该仪器的使用会因为口天和晚上受到影响答案AD解析 严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较人，A对，B错：LDR由半导体 材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错：白夭和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响