新课标2012届高考物理总复习配套实验11传感器的简单应用课件

实验十一传感器的简单应用知识点一传感器的工作原理——知识回顾——1．传感器的定义：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并且能够把它们按照一定的规律转换为

、

等电学量．电压电流2．传感器的原理：传感器感受到的通常是

量，如压力、温度、位移、浓度、速度等，而它输出的通常是

量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号非常微弱，通常经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作．传感器的原理也可以用下图表示：非电学电学4．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等．——基础自测——关于传感器的下列说法正确的是()A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的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D．以上说法均不正确解析：半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．答案：B——要点深化——1．角度的电容式传感器：原理是当旋转动片时，电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化，从而引起电容发生变化．如图1甲所示．图12．液体的电容式传感器：原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体的浓度发生变化时，相当于两个极板的正对面积发生变化，从而电容发生变化．如图乙所示．3．位移的电容式传感器：原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时，随着电解质板位移的变化，电容随之变化．如图丙所示．4．压力的电容式传感器：原理是当作用在一个电极上的压力改变时，金属片的形状发生变化，两金属板的距离发生变化，电容随之改变．如图丁所示．——基础自测——如图2所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容器的两极．把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化使电容值增大时，则导电液体的深度h变化为()A．h增大B．h减小C．h不变D．无法确定图2知识点三传感器的应用实验——知识回顾——1．实验目的：(1)体会传感器在实际中的应用(2)了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路和温控电路的工作原理．2．实验原理：(一)光控开关(如图3所示)：白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的．R1的阻值调高，路灯会在更暗时亮．图4图33．实验器材：斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管(LED)、可变电阻、定值电阻、热敏电阻、蜂鸣器、集成电路实验板．4．实验步骤实验(一)：光控开关(1)先把光敏电阻、发光二极管等电路元件按电路图接好(见原理图5)；(2)调节可变电阻，使发光二极管(LED)不发光，然后减小照射到光敏电阻的光量，观察发光二极管发光的情况；(3)调节可变电阻R1，探究使LED发光的规律．实验(二)：温度报警器(1)先把热敏电阻、蜂鸣器等电路元件按电路图接好(参照图5中光控开关的原理图)；图5题型一力传感器的应用[例1]压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图6(a)所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图6(b)所示，下列判断正确的是()A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动图6D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动[解析]

从I－t图象可知，在t1到t2时间内，电流逐渐增加，说明电阻逐渐减小，小球对压敏电阻的作用力逐渐变大，小车做加速度增大的加速运动，A、B不正确．在t2到t3时间内，电流较大且恒定，说明电阻较小，且是一确定的值，小球对压敏电阻的作用力恒定，小车做匀加速直线运动，D正确．[答案]

D变式1—1如图7所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为__________N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为__________，处于失重状态的为__________．图7解析：拉力大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向上做匀速运动，拉力大小等于重力，约10N；力传感器的读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态；当力传感器的读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．答案：10NA、D

B、C题型二温度传感器[例2]现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图8所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程．图8(2)工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K接通电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．题后反思温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．变式2—1

电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．如图10为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电(U＝220V)，设加热时用电器的电功率为400W，保温时用电器的电功率为40W，则R1和R2分别为多大？图10答案：(1)S闭合时为加热状态，S断开为保温状态(2)R1＝121ΩR2＝1089Ω题型三光传感器[例3]如图11所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是()图11A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变[解析]

电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大．[答案]

A题后反思常见的光传感器有：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等．光敏电阻在光照射时电阻发生变化，其原因是做光敏电阻的材料硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好，随着光能的增强，载流子也增多，导电性变好．变式3—1如图12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()图12A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次答案：AC1．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________变化而改变的特性制成的解析：光敏电阻阻值在光照射下会突然减小，同样，半导体热敏电阻的电阻率随温度的变化而改变．答案：变小温度2．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是()A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析：温度测控装置是应用热敏电阻的阻值随温度的改变而改变的特性，光电传感器是利用光敏电阻的阻值随光照强度的改变而改变的特性．电热设备是利用电阻丝通电时发热的特性，所以A、B、C说法都是正确的．而电阻在电路中既能通过直流也能通过交流，所以D项的说法是错误的．答案：D图13A．①和③B．①和④C．②和③ D．②和④答案：C4．如图14所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是()图14A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确解析：由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．答案：C5．(2009·山东高考)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018①根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．答：______________________________________________.②如图15所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图15提供的器材如下：光敏电阻Rp(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在下图中标出)；开关S及导线若干．答案：①光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图16所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．图16②图176．(2009·宁夏、辽宁高考)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．图18光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图18所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干．(2)回答下列问题：①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为__________V，保护电阻R2