专题6-1传感器单元知识脉络与核心素养-2

(-)本章知识网络(二)本章核心素养解析一、科学思维——传感器的工作原理.传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示：.传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用“感”是指传感器的敏感元件感受信息。“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构。“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。(4)传感器应用的一般模式［例I］美国科学家WillardS.Boyle与GeorgeE.Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有()A.发光二极管B.热敏电阻C.霍尔元件D.干电池【答案】BC【例2】如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为/,线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小3与/成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为加与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压〃满足：=式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于用，霍尔元件的电阻可以忽略，则()A.霍尔元件前表面的电势低于后表面B.若电源的正负极对调，电压表将反偏C./〃与/成正比D.电压表的示数与R”消耗的电功率成正比【答案】CD【解析】电子在霍尔元件中受到向里的洛伦兹力作用，故霍尔元件前表面的电势要高于后表面的电势,选项A错误；若电源的正负极对调，则磁感应强度B的方向及霍尔元件的电流方向都将反向，电子在霍尔元件中受到的洛伦兹力仍向里，前表面的电势仍高于后表面的电势，电压表不会反偏，选项B错误；根据电路连接方式知，电流二五盘I故电流与/成正比，选项c正确；因为/〃和8都与/成正比，由S/:喈知,5/与尸成正比，因为电阻R»R〃，故流过电阻&的电流可认为是干路电流/,其消耗的电功率为Pl=FRl、综上所述可得Sy与Pl成正比，选项D正确。二、科学探究一常见的传感器.几种传感器及与其相联系的物理知识，如下表2.几种常见的传感器传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器压敏电阻等力学、运动学与直流电路电容传感器电容力、运动与含容电路(1)红外线传感器：常用于家电遥控器、红外测温仪、生命探测器、自动门等。(2)压力传感器：常用于电子秤、水位控制器等装置。(3)温度传感器：主要元件是热敏电阻或金属热电阻，常用于恒温箱、电饭锅等家用电器。(4)光电传感器：主要元件是光敏电阻、光电管等，常用于火灾报警器、光控开关等。(5)酒精浓度传感器：测量呼气的酒精含量就可以判断其饮酒程度，交通警察使用这样的酒精传感器就能迅速、准确地检查出机动车驾驶员是否酒后驾车。学科*网【例3】(2014•新课标全国I,22)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量〃?的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a—图线不经过原点，可能的原因是o(3)若利用本实验装置来验证”在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是。钩码的质最应满足的条件是o【答案】(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量［例4］用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻Rt,在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将R7和两个适当的固定电阻幻、&连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻取的阻值随R?■所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R/.的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大。取的测量结果如下表所示。回答下列问题：(1)根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线。(2)为了检验&与温度/之间近似为线性关系，在坐标纸上作RL-t关系图线。(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示。电流表的读数为,电压表