2017-2018學(xué)年高中物理 第4章 傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 學(xué)案1 傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線同步備課學(xué)案 滬科版選修3-2

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2017-2018學(xué)年高中物理 第4章 傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 學(xué)案1 傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線同步備課學(xué)案 滬科版選修3-2_第1頁(yè)
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1、 學(xué)案1 傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線 [目標(biāo)定位] 1.知道傳感器的定義,理解其工作原理.2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元件的特征.3.會(huì)探究熱敏電阻的溫度特性曲線. 一、什么是傳感器 光聲控延時(shí)開關(guān)的敏感元件有哪些?你能畫出它的原理圖嗎? 答案 有光敏感元件和聲敏感元件. [要點(diǎn)總結(jié)] 1.傳感器是通過測(cè)量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來捕捉和識(shí)別信息,并將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的裝置. 2.各種傳感器的作用都是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量. 3.傳感器的結(jié)構(gòu) 非電學(xué)量敏感元件―→處理電路電學(xué)量 4.敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件,它承擔(dān)著直接“感知

2、”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務(wù). 5.根據(jù)檢測(cè)量的不同,傳感器可分為物理型、化學(xué)型和生物型. 例1 如圖1是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置. 圖1 其中電源電壓保持不變,R是滑動(dòng)變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端.在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數(shù),可以了解油量情況. 將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間,當(dāng)油量變化時(shí),電壓表的示數(shù)變化有何不同? 答案 見解析 解析 把電壓表接在b、c之間,油量增加時(shí),R減小,電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時(shí),R增大,電壓表的示數(shù)增大. 把電壓表接在c、d之間,油量增加時(shí),R減小,電路中電流增大,則R′兩端的電壓增

3、大,電壓表的示數(shù)增大,同理,油量減少時(shí),電壓表的示數(shù)減小. 二、研究光敏電阻的導(dǎo)電特性 在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后,就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量,如圖2所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖,其中R1為光敏電阻,R2為定值電阻.此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么? 圖2 答案 當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí),R1電阻增大,電路中電流減小,R2兩端電壓減小,信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓,每通過一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓,并計(jì)數(shù)一次. [要點(diǎn)總結(jié)] 1.光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的. 特點(diǎn):光照越強(qiáng),電阻越?。? 2.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. 例2 (

4、多選)如圖3所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)(  ) 圖3 A.電壓表的示數(shù)增大 B.R2中電流減小 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大 答案 ABC 解析 當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí),R3阻值減小,外電路總電阻隨R3的減小而減小,R1兩端電壓因干路電流增大而增大,從而電壓表的示數(shù)增大,同時(shí)內(nèi)電壓增大,故電路的路端電壓減小,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.由路端電壓減小,而R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項(xiàng)正確.結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大,故小燈泡的功率增大,C項(xiàng)正確. 三、探究熱敏電阻的溫度特性

5、 如圖4所示,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央.若在Rt上擦一些酒精,表針將如何擺動(dòng)?若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將如何擺動(dòng)? 圖4 答案 由于酒精蒸發(fā),熱敏電阻Rt溫度降低,電阻值增大,指針應(yīng)向左偏;用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,Rt溫度升高,電阻值減小,指針將向右偏. [要點(diǎn)總結(jié)] 1.金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而增大. 2.熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成,也可用半導(dǎo)體材料制成. 3.熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類 (1)正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC):電阻隨溫度的上

6、升而增加. (2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC):電阻隨溫度的上升而下降. (3)臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC):電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇下降. 例3 (多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制.如圖5所示電路,R1為定值電阻,R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小),C為電容器.當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(  ) 圖5 A.電容器C的帶電荷量增大 B.電壓表的讀數(shù)增大 C.電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小 D.R1消耗的功率增大 答案 AB 解析 當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí),R2變大,電路的總電阻變大,由I=知I變小,又U=E-Ir,電壓表

7、的讀數(shù)U增大,B正確;又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1變小,D錯(cuò)誤;電容器兩板間的電壓U2=U-U1,U1=IR1,可知U1變小,U2變大,由場(chǎng)強(qiáng)E′=,Q=CU2可知Q、E′都增大,故A正確,C錯(cuò)誤. 1.(對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí))關(guān)于傳感器,下列說法正確的是 (  ) A.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的 B.金屬材料也可以制成傳感器 C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的 D.水銀溫度計(jì)是一種傳感器 答案 B 解析 大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的,某些金屬也可以制成傳感器,如金屬熱電阻,故A錯(cuò),B對(duì);傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電

8、信號(hào)”,故C錯(cuò);水銀溫度計(jì)能感受熱學(xué)量,但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,因此不是傳感器,故D錯(cuò). 2.(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析)(多選)如圖6所示電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,RG為光敏電阻,閉合開關(guān)S后,小燈泡L正常發(fā)光,由于環(huán)境改變(光照或溫度),發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗,則引起小燈泡變暗的原因可能是(  ) 圖6 A.溫度不變,光照增強(qiáng) B.溫度升高,光照不變 C.溫度降低,光照增強(qiáng) D.溫度升高,光照減弱 答案 AC 3.(對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析) (多選)如圖7所示,Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻,R1為光敏電阻,R

9、2和R3均為定值電阻,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,V為理想電壓表,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,可能的原因是(  ) 圖7 A.熱敏電阻溫度升高,其他條件不變 B.熱敏電阻溫度降低,其他條件不變 C.光照減弱,其他條件不變 D.光照增強(qiáng),其他條件不變 答案 BC 解析 電壓表示數(shù)變大,而R3為定值電阻,說明流經(jīng)R3的電流增大,由電路結(jié)構(gòu)可知,這可能是由于Rt減小或R1增大,由熱敏電阻和光敏電阻特性知,可能是由于溫度降低或光照減弱,故B、C項(xiàng)正確,A、D項(xiàng)錯(cuò)誤. 題組一 對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 1.(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù),它可以(  ) A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量

10、 B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案 ABC 解析 傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件.故選項(xiàng)A、B、C對(duì),選項(xiàng)D錯(cuò). 2.如圖1所示,是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制成的傳感器,話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極.在兩極間加一電壓U,人對(duì)著話筒說話時(shí),振動(dòng)膜前后振動(dòng),使電容發(fā)生變化,從而使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào),其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 (  ) 圖1 A.距

11、離變化 B.正對(duì)面積變化 C.電介質(zhì)變化 D.電壓變化 答案 A 解析 振動(dòng)膜前后振動(dòng),使振動(dòng)膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化,從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào). 題組二 對(duì)光敏電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 3.(多選)如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖,其中A是發(fā)光儀器,B是光敏電阻(光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小),下列說法中正確的是 (  ) 圖2 A.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值變小,電壓表讀數(shù)變小 B.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值變大,電壓表讀數(shù)變大 C.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),

12、光敏電阻的阻值變小,電壓表讀數(shù)變小 D.當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值變大,電壓表讀數(shù)變大 答案 AD 解析 光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān),光照強(qiáng)度越大,光敏電阻阻值越小.當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),光敏電阻阻值變小,電路中電流變大,電源內(nèi)阻上的電壓變大,路端電壓變小,所以電壓表讀數(shù)變小,選項(xiàng)A正確;相反,當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值變大,電路中電流變小,電源內(nèi)阻上的電壓變小,路端電壓變大,所以電壓表讀數(shù)變大,選項(xiàng)D正確. 4.(多選)如圖3所示,用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器,下列說法中正確的是(

13、  ) 圖3 A.嚴(yán)重污染時(shí),LDR是高電阻 B.輕度污染時(shí),LDR是高電阻 C.無論污染程度如何,LDR的電阻不變,阻值大小由材料本身因素決定 D.該儀器的使用會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? 答案 AD 解析 嚴(yán)重污染時(shí),透過污水照到LDR上的光線較少,LDR電阻較大,A對(duì),B錯(cuò);LDR由半導(dǎo)體材料制成,受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化,C錯(cuò);白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同,或多或少會(huì)影響LDR的電阻,D對(duì). 5.如圖4所示,R3是光敏電阻(光照時(shí)電阻變小),當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢(shì).當(dāng)用光照射電阻R3時(shí),則(  ) 圖4 A.a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) B.a(chǎn)點(diǎn)

14、電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì) C.a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì) D.a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)和b點(diǎn)電勢(shì)的大小無法比較 答案 A 解析 R3是光敏電阻,當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小,R3兩端電壓減小,故a點(diǎn)電勢(shì)升高,因其他電阻的阻值不變,所以a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì). 6.如圖5所示,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,D為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)光越強(qiáng)),且R與D距離較近且不變,下列說法中正確的是(  ) 圖5 A.當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率增大 B.當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率減小 C.當(dāng)滑片向右移動(dòng)時(shí),L消耗的功率不變 D.無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭,L消耗的功率不變 答案 A 解析 電源電壓恒定,

15、也就是說,并聯(lián)電路兩端電壓恒定,當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng),光敏電阻的電阻值變小,所以電流變大,則L的功率變大,故選項(xiàng)A正確. 題組三 對(duì)熱敏電阻、金屬熱電阻的認(rèn)識(shí)及電路分析 7.(多選)對(duì)熱敏電阻,正確的敘述是(  ) A.受熱后,電阻隨溫度的升高而變化明顯 B.受熱后,電阻基本不變 C.熱敏電阻可以用來測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度,反應(yīng)快,而且精確度高 D.以上說法都不對(duì) 答案 AC 8.如圖6所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖,現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?,關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(  ) 圖6 A.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變大,且變化非常明顯

16、 B.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變小,且變化不明顯 C.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化非常明顯 D.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化不明顯 答案 C 解析 如果R為金屬熱電阻,則讀數(shù)變大,但不會(huì)非常明顯,故A、B均錯(cuò);如果R為熱敏電阻,讀數(shù)變化非常明顯,故C對(duì),D錯(cuò). 9.如圖7所示,R1為定值電阻,R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí)(  ) 圖7 A.R1兩端的電壓增大 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)? 答案 C 解析 R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián),與電源構(gòu)成閉合電路,當(dāng)溫度降低時(shí),熱敏電阻R2的阻值增大,外電路電阻增大,電流表讀數(shù)減小,燈泡L兩端的電壓增大,燈泡的亮度變強(qiáng),R1兩端的電壓減小,故只有C正確. 9

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