2024-2025学年高中物理第三章传感器章末综合提升学案教科版选修3-2

PAGE4-第三章传感器[体系构建][核心速填]1．传感器及其工作原理(1)定义：将非电学量转化为电学量或限制电路的通断的元件．(2)敏感元件①热敏电阻和金属热电阻——温度传感器．②光敏电阻——光传感器．③应变片——力传感器．④双金属片——温度传感器．2．传感器的应用(1)工作模式：传感器——放大转换电路→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(执行机构,显示器,计算机系统))(2)应用(3)利用斯密特触发器将连续变更的模拟信号转换为突变的数字信号．常见敏感元件及其特性1.光敏电阻光敏电阻在被光照耀时电阻发生变更，光照增加电阻减小，光照减弱电阻增大．2．金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度上升而增大．3．热敏电阻热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度上升而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度上升而减小．4．电容平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变更的任一外界信息，并将其转化为电容变更，例如，当极板受力时会变更极板间距，从而引起电容变更．【例1】如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有肯定空隙还有另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器，该电容器的电容C可用公式C＝eeq\f(S,d)计算，式中常量e＝9×10－12F·m－1，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离．当键被按下时，此小电容器的电容发生变更，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时两金属片间的距离为0.6mm.假如电容变更了0.25pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下________mm.解析：计算机键盘是一个电容传感器，由题意知它是靠变更两极板间距从而变更电容，得到相应的电信号．又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d0，按下键后间距为d时电子线路恰能检测出必要的信号，则依据C＝eeq\f(S,d)，ΔC＝eSeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,d)－\f(1,d0)))得d＝eq\f(eSd0,ΔC·d0＋eS)＝eq\f(9×10－12×50×10－6×0.6×10－3,0.25×10－12×0.6×10－3＋9×10－12×50×10－6)m＝0.45×10－3m＝0.45mm所以键至少要被按下的距离为0.6mm－0.45mm＝0.15mm.答案：0.15[跟进训练]1.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则()①当有人通过而遮挡光线时，A、B之间电压增大②当有人通过而遮挡光线时，A、B之间电压减小③当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大④当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大A．①③ B．①④C．②③ D．②④C[R1是光敏电阻，有光照耀时，阻值变小，当有人通过而遮挡光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①错误，②正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④错误．故应选C.]传感器的应用1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获得并转化的电学信息传给执行机构．(3)“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．2．处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为(1)传感器所在的信息采集部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路．【例2】如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的状况是()A．L1灯亮 B．L2灯亮C．L1、L2两灯同时亮 D．L1、L2两灯都不亮B[由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左侧电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通，故B正确．][跟进训练]2．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更而变更，在如图甲所示的电路中，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，视察仪表指针就能推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)——浓度曲线如图乙，电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系正确的是()甲乙B[当一氧化碳浓度增大时，传感器的电导增大，电阻R传减小，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I＝E/(R0＋R＋R传＋r)增大，电压表的示数U0＝IR0＝eq\f(ER0,R0＋R＋R