2020屆高考物理一輪 專題31 傳感器及其應(yīng)用學(xué)案 新課標(biāo)

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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題31 傳感器及其應(yīng)用 教學(xué)目標(biāo)：1．知道什么是傳感器，知道傳感器是由敏感元件、電子線路與控制線路等組成的 2．常見的傳感器工作原理及簡單應(yīng)用 3．應(yīng)用傳感器知識解決一些實(shí)際問題 本講重點(diǎn)：常見的傳感器工作原理及簡單應(yīng)用 本講難點(diǎn)：應(yīng)用傳感器知識解決一些實(shí)際問題 考點(diǎn)點(diǎn)撥：1．熱敏電阻的特性 2．光敏電阻的特性 3．力傳感器的應(yīng)用 4．溫度傳感器的應(yīng)用 5．霍爾元件的應(yīng)用 第一課時(shí) 二、高考要點(diǎn)精析 （一）熱敏電阻的特性 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。與金屬熱電阻的特性相反。 ☆考點(diǎn)精煉 1．如圖所示

2、，R 1為定值電阻，R 2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻），L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)（ ） A．R 1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? （二）光敏電阻的特性 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)。光照越強(qiáng)，阻值越小。 （三）力傳感器的應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 力傳感器是將力信號轉(zhuǎn)化為電流信號的元件。 【例3】如圖所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩

3、個(gè)滑動(dòng)頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長時(shí)，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小．已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求： （1）托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離xl． （2）托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2． （3）在托盤上未放物體時(shí)通常先核準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為xl，從而使P1、P2間的電壓為零．校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物

4、體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式． 分析：托盤的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng)，使P1、P2間出現(xiàn)電勢差，電勢差的大小反映了托盤向下移動(dòng)距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長度成正比． ☆考點(diǎn)精煉 第二課時(shí) （四）溫度傳感器的應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 溫度傳感器是將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電流這個(gè)電學(xué)量的。 【例4】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能，對此以下說法中正確的是（ ） A．通電后其功率先增大后減小 B．

5、通電后其功率先減小后增大 C．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1至t2的某一值不變 D．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變 ☆考點(diǎn)精煉 4．一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物． 有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)．PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示．試根據(jù)圖線分析： （1）為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗

6、剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快？ （2）通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在T_____

7、多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。 設(shè)電流I是由電子定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題： （1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面Ａ的電勢（填高于、低于或等于）。 （2）電子所受的洛倫茲力的大小為 。 （3）當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí)，電子所受的靜電力的大小為 ． （4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。 點(diǎn)評：①該題是帶電粒子在復(fù)

8、合場中的運(yùn)動(dòng)，但原先只有磁場，電場是在通電后自行形成的，在分析其他問題時(shí)，要注意這類情況的出現(xiàn)。②聯(lián)系宏觀量I和微觀量的電流表達(dá)式 是一個(gè)很有用的公式。 ☆考點(diǎn)精煉 5．電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計(jì)是如圖7所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下

9、兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 A． B． C． D． 4．答案：（1）冷態(tài)時(shí)PTC電阻很小，電功率很大，所以升溫很快（2）6 7 5．答案：A 三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練 1．利用半導(dǎo)體材料可以制成（ ） A．標(biāo)準(zhǔn)電阻 B．熱敏電阻 C．光敏電阻 D．晶體管 2．下列方法有可能使半導(dǎo)體材料的電阻率減小的是（ ） A．升高半導(dǎo)體的溫度 B．用光照射半導(dǎo)體 C．在半導(dǎo)體中加入微量其它雜質(zhì)

10、 D．以上情況都不可能 3．有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A．金屬導(dǎo)體 B．絕緣體 C．半導(dǎo)體 D．超導(dǎo)體 4．關(guān)于各種材料的電阻率，下列說法正確的是（ ） A．純金屬的電阻率較合金的電阻率小 B．把一根長導(dǎo)線截成兩段，每段的電阻率是原來的 C．任何材料的電阻率在任何條件下都不可能為零 D．任何材料的電阻率都隨溫度的升高而增大 8．隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)人家庭。洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能

11、使傳感器工作，是因?yàn)椋? ） A．改變了濕度 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 12．為解決樓道的照明問題，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即被電源接通而發(fā)光，這種傳感器為________傳感器，它輸入的是_________信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是_________信號。 13．光電傳感器利用_________將___________信號轉(zhuǎn)換成了__________信號；熱電傳感 器利用____________將_________信號轉(zhuǎn)換成了___________信號，

12、從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。 14．如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是___________，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是________（填字母代號） A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 圖 12 15．如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為m的振子兩端連有勁度系數(shù)均為k的輕彈簧，電源的電動(dòng)勢為E，不計(jì)內(nèi)阻，滑動(dòng)變阻器的總阻值為R，有效長度為L，系統(tǒng)靜止時(shí)滑動(dòng)觸頭位于滑動(dòng)變阻器正中，這時(shí)電壓表指

13、針恰好在刻度盤正中。求： ⑴系統(tǒng)的加速度a（以向右為正）和電壓表讀數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。 ⑵將電壓表刻度改為加速度刻度后，其刻度是均勻的還是不均勻的？為什么？ ⑶若電壓表指針指在滿刻度的3/4位置，此時(shí)系統(tǒng)的加速度大小和方向如何？ 16．某學(xué)生為了測量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示，測量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，開關(guān)及導(dǎo)線若干、

14、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）． 請完成對該物體質(zhì)量的測量： （1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)。并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出這一完整的電路（包括力電轉(zhuǎn)換器在內(nèi)） （2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m． （3）設(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的問題． 17．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．如圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路．要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫出電路圖說明工作過程． 7．B 點(diǎn)撥：由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)，電容C在

15、減小，可推知正對面積S減小，即h在減小。 8．D 人是導(dǎo)體，可以與其它導(dǎo)體構(gòu)成電容器。手靠近干手機(jī)時(shí)，改變了設(shè)置在干手機(jī)內(nèi)的電容式傳感器的電容，干手機(jī)開始工作。能否用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上是可行的，但作為干手機(jī)，這種傳感器的設(shè)置有很大缺陷。干手機(jī)周圍的環(huán)境（如濕度和溫度）一年四季都在變化，與手的靠近無關(guān)，假如濕度、溫度發(fā)生變化，干手機(jī)就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”？故選項(xiàng)D正確。 9．A 分析：由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開，進(jìn)而起到控制作用．所以選項(xiàng)A正確． 10．B 分析：

16、電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故觸頭移動(dòng)時(shí)不會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，故A錯(cuò)誤；電壓表測得是觸頭P左側(cè)電阻分得的電壓，故示數(shù)隨物體M的移動(dòng)，亦即觸頭的運(yùn)動(dòng)而變，故B正確，C、D錯(cuò)誤． 11．A、B、C、D 12．聲電；聲；電 13．光敏電阻；光；電；熱敏電阻；溫度；電 16．分析：（1）力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個(gè)全新的儀器，但它與其他所有測量儀器一樣，有它們的共性，即需要有一個(gè)“調(diào)零”步驟，這個(gè)“調(diào)零”工作的要求就是當(dāng)受壓面上不放物體時(shí)通過對輸入電路的輸入電壓的調(diào)節(jié)從而使輸出電壓為零，這就是力電轉(zhuǎn)換器的“調(diào)零”． （2）為了使輸入電路上的電壓可調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍盡

17、可能大一些，可以用滑動(dòng)變阻器組成分壓電路． （3）根據(jù)題給信息“被測物體質(zhì)量與輸出電壓成正比”，先在受壓面上放質(zhì)量為m0的砝碼，測出其輸出電壓U0，然后將待測物體放在受壓面上，測出其輸出電壓U，根據(jù)兩者的比例關(guān)系，便可得出m． 解：（14分）（1）設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示。（4分） （2）測量步驟與結(jié)果如下： ①閉合開關(guān) S，調(diào)節(jié)變阻器的滑片 P，使力電轉(zhuǎn)換 器的輸出電壓為零．（1分） ②將質(zhì)量為m0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時(shí)的輸出電壓U0．（1分） ③取下砝碼，將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時(shí)的輸出電壓U。（1分） 由以上測量可求出比例系數(shù)k及待測物體的質(zhì)量m 因?yàn)閁0=km0g，所以有： （2分） 又由于U = kmg，所以待測物體的質(zhì)量為： （2分） （3）實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的問題有： （3分） ①因電源電壓太小而輸出電壓調(diào)不到零． ②待測物體的質(zhì)量超過此力電轉(zhuǎn)換器的量程． （提出其它問題，只要合理可酌情給分，答出上面任一條給2分，答全給3分）