高中物理 第4章 電磁波與現(xiàn)代通信 4_3信息的獲取-傳感器教師用書 滬科版選修1-1

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4.3　信息的獲取——傳感器 1．(2分)(多選)下列說法正確的是(　　) A．發(fā)射出去的無線電波，可以傳播到無限遠(yuǎn)處 B．雷達(dá)是利用無線電波測定物體位置的無線電設(shè)備 C．波長越短的無線電波，越接近直線傳播 D．移動電話是利用無線電波進(jìn)行通訊的 【解析】　無線電波在傳播過程中，遇到障礙物就被吸收一部分，能量不斷減少．雷達(dá)和移動電話的傳輸都利用了無線電波，波長越短，傳播方式越接近直線傳播．故B、C、D均正確． 【答案】　BCD 2．(2分)(多選)下列過程屬于電磁波接收過程的是(　　) A．調(diào)諧　 B．調(diào)頻 C．檢波 D．調(diào)幅 【解析】　調(diào)頻和調(diào)幅過程屬調(diào)制的兩種方式，是發(fā)射電磁波時必須要進(jìn)行的，所以B，D不屬于接收過程，C中檢波是對調(diào)幅波解調(diào)時的表述方法，所以屬于接收過程． 【答案】　AC 3．(3分)(多選)電視機(jī)在室內(nèi)接收電視臺向空中發(fā)射的電磁信號，下列判斷正確的是(　　) A．當(dāng)電視機(jī)所在處離電視發(fā)射塔較近時，用室內(nèi)天線也可以接收信號，這是電磁波的衍射現(xiàn)象 B．用室內(nèi)天線接收時，電視機(jī)安放在室內(nèi)不同位置接收效果不同，這是電磁波在室內(nèi)反射后產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象 C．離電視發(fā)射塔遠(yuǎn)處要用架設(shè)室外天線的方法接收信號，這是由于發(fā)送電視信號用的是微波，波長短，基本上是直線傳播 D．有線電視的信號也是通過電磁波傳播 【解析】　電磁波繞過障礙物進(jìn)入室內(nèi)而被電視機(jī)天線接收，這是電磁波的衍射現(xiàn)象，故A正確．室內(nèi)不同位置，由于電磁波在墻壁和其他器物表面反射，然后疊加，形成有的地方強(qiáng)，有的地方弱的現(xiàn)象是波的干涉現(xiàn)象，故B正確．電視信號用的是微波，波長短，基本上是直線傳播，在離發(fā)射塔較遠(yuǎn)處，由于微波不能直接傳送到電視機(jī)天線，就要架設(shè)室外天線來接收微波．有線電視通過傳輸中的振蕩電流來傳送信號，不通過空中的電磁波傳送，故D錯誤． 【答案】　ABC 4．(3分)江蘇人民廣播電臺的頻率是702 kHz電磁波在空氣中傳播的速度約為3108 m/s, 則江蘇臺節(jié)目的波長是多少米？(　　) 【解析】　由c＝λf，得λ＝＝ m＝427.2 m. 【答案】　427.2 m 課 標(biāo) 導(dǎo) 思 1.知道傳感器具有將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的特性．對常見的傳感器的種類有所了解． 2．了解各類敏感元件的物理特性． 3．了解常見傳感器在生產(chǎn)、生活和科研以及航空航天中的應(yīng)用，體會傳感器的應(yīng)用給人們帶來的方便. 一、什么是傳感器？ 1．傳感器的特性：是一種能感知和識別信息的裝置，能將感知和測量到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量． 2．傳感器的組成：傳感器由敏感元件和電路組成．敏感元件是傳感器中的關(guān)鍵性元件，承擔(dān)著“感知”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務(wù)． 二、敏感元件的物理特性 1．光敏元件能把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺昧斯饷綦娮枳柚惦S光照強(qiáng)度變化而改變的特性． 2．聲敏元件是聲電轉(zhuǎn)換器件．它能把聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺? 3．紅外測溫儀是一種將紅外輻射波轉(zhuǎn)換成電信號的傳感裝置，能非接觸快速測溫，又不會造成交叉感染． 4．?dāng)?shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中的敏感元件叫電荷耦合器件，它能將光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換器就可轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，以便于計算機(jī)處理． 5．智能傳感器是將傳感器和電子計算機(jī)組合在一起． 6．微型傳感器由亞微米至亞毫米范圍內(nèi)的電子元件和機(jī)械元件制成，是一種將傳感、處理、執(zhí)行諸功能融為一體的微機(jī)電系統(tǒng)．它的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、集成化程度高，功能強(qiáng)大. 一、傳感器及其工作原理 1．傳感器 能像人的感覺器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求把這些信息轉(zhuǎn)換成可用輸出信息的器件或裝置，就叫傳感器． 【深化探究】　人如何感知信息？ 提示：人是通過下面五種感覺(如圖)接收外界信息的，因此人本身就是高級傳感器． 2．組成：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成． →→→→ (1)敏感元件是傳感器的核心部分，它是利用材料對某一物理量敏感的特性制成的．常用的敏感元件有：雙金屬片、光敏電阻、熱敏電阻、聲敏電阻等． (2)轉(zhuǎn)換元件的作用是把敏感元件輸出的與被測物理量滿足一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換為電信號的電子元件． (3)轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換的電信號轉(zhuǎn)換成易于傳播或測量的電學(xué)量輸出． 3．作用：傳感器的作用是將感受到的非電學(xué)量如力、熱、光、聲、化學(xué)、生物等量轉(zhuǎn)換成便于測量的電學(xué)量或信號． 二、常用傳感器 1．雙金屬片溫度傳感器：利用兩片金屬的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時兩片金屬伸長或縮短量不同而彎曲，從而控制電路的通斷． 應(yīng)用：電熨斗、恒溫箱等． 2．熱敏電阻溫度傳感器：利用熱敏電阻器的電阻值隨溫度變化而改變的特點(diǎn)，在溫度變化時，熱敏電阻器的電阻值發(fā)生變化，從而引起電路中電流和電壓的變化． 應(yīng)用：空調(diào)、電冰箱、微波爐、消毒柜等． 3．光敏電阻傳感器：利用光敏電阻器的電阻值隨光照的強(qiáng)度變化而改變的特點(diǎn)．無光照時，光敏電阻器的電阻值很大，有光照時，光敏電阻器的電阻值變小，從而引起電路中電流和電壓的變化． 應(yīng)用：工業(yè)自動化控制、光電計數(shù)器，樓道燈開關(guān)等． 4．紅外線傳感器：接收攜帶信息的紅外線，轉(zhuǎn)換成電信號，從而獲得紅外線輻射源的相關(guān)信息． 應(yīng)用：航空攝影、衛(wèi)星遙感遙測、自動門、紅外線測溫儀、防盜防火警報器、家用電器遙控器等． 5．另外還有壓力傳感器、生物傳感器、氣味傳感器、智能傳感器等． 傳感器的工作原理及應(yīng)用 　(多選)關(guān)于傳感器的下列說法正確的是(　　) A．電視機(jī)遙控器就是一個傳感器 B．傳感器是一種能夠?qū)⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的檢測裝置 C．傳感器是實(shí)現(xiàn)信息自動檢測和自動控制的首要器件 D．無人管理的自動灌溉系統(tǒng)是溫度傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 【導(dǎo)析】　根據(jù)傳感器的特性、原理及應(yīng)用來分析． 【解析】　電視機(jī)的遙控器是一種發(fā)射和接收紅外線的裝置，不是傳感器，故A錯；自動灌溉系統(tǒng)是一種利用濕度傳感器判斷農(nóng)田水分蒸發(fā)情況、自動決定供水和停水的裝置，故D錯．故選B、C. 【答案】　BC 對傳感器的理解 傳感器是一種感受外部信息，并將其按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置，是實(shí)現(xiàn)信息自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)． 唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有傳感器，其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺铝姓f法正確的是(　　) A．該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)進(jìn)行工作的 B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的 C．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 【解析】　當(dāng)聲波使膜片前后振動時，膜片后的線圈就跟著振動，從而使處于永磁體磁場的線圈切割磁感線，穿過線圈的磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流．從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號．可見這是利用了電磁感應(yīng)原理，故只有B正確． 【答案】　B 1．隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已經(jīng)進(jìn)入家庭．洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將手烘干．手靠近自動干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?　　) A．改變了濕度　　 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 【解析】　自動干手機(jī)內(nèi)的傳感器應(yīng)用的是電容原理，當(dāng)手靠近傳感器時，相當(dāng)于在電容器間增加了一個電介質(zhì)，改變了電容的大小，使自動干手機(jī)開始工作． 【答案】　D 2．(多選)下列說法正確的是(　　) A．熱敏電阻和熱電阻都是溫度敏感元件，二者具有相同的電阻—溫度特性 B．傳感器是由敏感元件、處理電路及輔助電源組成的裝置 C．溫度傳感器是一種將外部溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號的電子裝置 D．向空調(diào)傳遞室內(nèi)溫度信息的設(shè)備是一種濕度傳感器 【解析】　熱敏電阻和熱電阻具有不同的電阻—溫度特性．熱敏電阻的特性是電阻值隨溫度升高而減小，而熱電阻的特性是電阻值隨溫度升高而增大，故A錯，向空調(diào)傳遞室內(nèi)溫度信息的是一種溫度傳感器，故D錯，B、C選項(xiàng)正確． 【答案】　BC 3．如圖431所示是一火警器的部分電路示意圖，其中R2為熱敏電阻做成的傳感器，(當(dāng)環(huán)境溫度急劇升高時，電阻變小)電表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：22940033】 圖431 A．I變大，U變大 B．I變大，U變小 C．I變小，U變大 D．I變小，U變小 【解析】　敏感元件是半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)該電阻所在處出現(xiàn)火警時，溫度急劇升高，電阻R2變小，使得電路總電阻減小，干路總電流增大，路端電壓減小，即U變小，因干路電流的增大而帶來R1上的電壓增大，所以并聯(lián)部分的兩端電壓是減小的，使得電流表的示數(shù)減小．選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 4．完成人類的五種感覺與有關(guān)傳感器的對應(yīng)關(guān)系(連線)． 　　　　　　 【解析】　光傳感器(視覺)，氣味傳感器(嗅覺)，聲音傳感器(聽覺)，味覺傳感器(味覺)，壓力傳感器(觸覺)． 【答案】　見解析 學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評(十二) (建議用時：45分鐘) 1．下列物理量中是電學(xué)量的是(　　) A．壓力　　 B．聲音 C．溫度 D．電流強(qiáng)度 【解析】　壓力、聲音、溫度等都是非電學(xué)量，而電流強(qiáng)度是電學(xué)量．故選D. 【答案】　D 2．空調(diào)實(shí)際利用了下面哪種傳感器(　　) A．壓力傳感器 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．磁傳感器 【解析】　空調(diào)器中利用溫度和濕度傳感器分別“感覺”室內(nèi)的溫度和濕度的變化，故選B. 【答案】　B 3．火災(zāi)報警器使用的是(　　) A．光傳感器 B．溫度傳感器 C．紅外線傳感器 D．超聲波傳感器 【解析】　火災(zāi)時煙霧會使光線發(fā)生變化，引起傳感器報警． 【答案】　A 4．交通警察用來檢測駕駛員酒精含量的檢測器使用的傳感器是(　　) A．溫度傳感器 B．壓力傳感器 C．濕度傳感器 D．氣體傳感器 【解析】　交通警察用檢酒器檢測駕駛員呼氣中酒精含量，使用了氣體傳感器． 【答案】　D 5．(多選)如圖432是一個自動門的紅外線傳感器安裝示意圖，下列說法正確的是(　　) 圖432 A．當(dāng)人進(jìn)入位置“＋”時，傳感器會啟動門 B．當(dāng)人進(jìn)入位置零時，電動門停止運(yùn)動 C．當(dāng)人在位置“＋”、位置零以外時，門關(guān)閉 D．此紅外線傳感器只能在白天應(yīng)用 【解析】　利用紅外線傳感器可進(jìn)行非接觸測量，自然界幾乎所有的物體都能輻射波長在0.76～1 000 μm的紅外線，因此被廣泛應(yīng)用．人體能發(fā)射波長一定的紅外線，當(dāng)人走進(jìn)傳感器控制區(qū)域時，傳感器就會工作，由于人體的溫度大體恒定，故不管白天、晚上，所發(fā)射的紅外線是一樣的，都能使用． 【答案】　ABC 6．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程．下列屬于這類傳感器的是(　　) A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關(guān) C．自動洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 【解析】　紅外線報警器是當(dāng)有人或物通過時，將紅外線遮住，從而使得光信號被遮住，有光電效應(yīng)則無電流通過，紅外線報警器則通過另外的裝置聯(lián)系采取一定的動作． 【答案】　A 7．(多選)如圖433，R1是一個熱敏電阻，下列說法正確的是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號：22940034】 圖433 A．當(dāng)R1處溫度升高時，電壓表電壓升高 B．當(dāng)R1處溫度升高時，電壓表電壓降低 C．當(dāng)R1處溫度降低時，電壓表電壓沒有明顯變化 D．當(dāng)R1處溫度降低時，電壓表電壓降低 【解析】　當(dāng)R1處溫度升高時，R1的阻值減小，電路中總電阻減小，電流增大，所以電壓表示數(shù)升高，反之降低． 【答案】　AD 8．演示位移傳感器的工作原理如圖434所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)來反映物體位移的大小x，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是(　　) 圖434 A．物體M運(yùn)動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化 B．物體M運(yùn)動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化 C．物體M不動時，電路中沒有電流 D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù) 【解析】　電阻完全接入電路，所以電流不受M位移的影響，而電壓表與一部分電阻并聯(lián)，當(dāng)M向右運(yùn)動時，電表示數(shù)增大；當(dāng)M向左運(yùn)動時，電表示數(shù)減小，當(dāng)M不動時，在電阻中間位置仍會有電壓值． 【答案】　B 9．將普通光敏電阻R、數(shù)字電流表A 、電源E按圖連接，閉合開關(guān)S，當(dāng)太陽光直接照射光敏電阻R時，電流表示數(shù)為I1；當(dāng)用課本擋住直射到光敏電阻R上的太陽光時，電流表示數(shù)為I2；當(dāng)用黑紙把光敏電阻R完全包裹起來時，電流表示數(shù)為I3，則I1________I2________I3.(填“>”“＝”或“<”) 圖435 【解析】　光敏電阻器的電阻隨光照強(qiáng)度的增大而減小．光直接照射光敏電阻R時，電阻最小；用黑紙把光敏電阻R完全包裹起來時，電阻最大．因此，I1最大，I3最?。? 【答案】　>　> 電磁繼電器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大的電流、較高的電壓的一種“自動開關(guān)”．故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用． 電磁繼電器一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧片、觸點(diǎn)等組成，其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成．只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，銜鐵就會在電磁鐵吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯．從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合．當(dāng)線圈斷電后，電磁鐵的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合．這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的．對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”