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，可以傳播到無限遠處 B．雷達是利用無線電波測定物體位置的無線電設備 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．當電視機所在處離電視發(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)射塔遠處要用架設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入室內(nèi)而被電視機天線接收，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，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)射塔較遠處，由于微波不能直接傳送到電視機天線，就要架設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 導 思 1.知道傳感器具有將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的特性．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用，體會傳感器的應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量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W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鍵性元件，承擔著“感知”和轉(zhuǎn)換外界信息的任務． 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．數(shù)碼相機和攝像機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，以便于計算機處理． 5．智能傳感器是將傳感器和電子計算機組合在一起． 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電系統(tǒng)．它的優(yōu)點是尺寸小、集成化程度高，功能強大. 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量輸出． 3．作用：傳感器的作用是將感受到的非電學量如力、熱、光、聲、化學、生物等量轉(zhuǎn)換成便于測量的電學量或信號． 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，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度變化而改變的特點．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． 應用：工業(yè)自動化控制、光電計數(shù)器，樓道燈開關等． 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信息． 應用：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用 　(多選)關于傳感器的下列說法正確的是(　　) A．電視機遙控器就是一個傳感器 B．傳感器是一種能夠?qū)⒎请妼W量轉(zhuǎn)換為電學量的檢測裝置 C．傳感器是實現(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)中的應用 【導析】　根據(jù)傳感器的特性、原理及應用來分析． 【解析】　電視機的遙控器是一種發(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)電流的磁效應進行工作的 B．該傳感器是根據(jù)電磁感應的原理進行工作的 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)生感應電流 【解析】　當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，自動干手機已經(jīng)進入家庭．洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將手烘干．手靠近自動干手機能使傳感器工作，是因為(　　) 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】　自動干手機內(nèi)的傳感器應用的是電容原理，當手靠近傳感器時，相當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(　　) 【導學號：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】　敏感元件是半導體負溫度系數(shù)熱敏電阻，當該電阻所在處出現(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?。x項D正確． 【答案】　D 4．完成人類的五種感覺與有關傳感器的對應關系(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 學業(yè)達標測評(十二) (建議用時：45分鐘) 1．下列物理量中是電學量的是(　　) A．壓力　　 B．聲音 C．溫度 D．電流強度 【解析】　壓力、聲音、溫度等都是非電學量，而電流強度是電學量．故選D. 【答案】　D 2．空調(diào)實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．當人進入位置“＋”時，傳感器會啟動門 B．當人進入位置零時，電動門停止運動 C．當人在位置“＋”、位置零以外時，門關閉 D．此紅外線傳感器只能在白天應用 【解析】　利用紅外線傳感器可進行非接觸測量，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，因此被廣泛應用．人體能發(fā)射波長一定的紅外線，當人走進傳感器控制區(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)換電視機頻道的過程，實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 C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置 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 (　　) 【導學號：22940034】 圖433 A．當R1處溫度升高時，電壓表電壓升高 B．當R1處溫度升高時，電壓表電壓降低 C．當R1處溫度降低時，電壓表電壓沒有明顯變化 D．當R1處溫度降低時，電壓表電壓降低 【解析】　當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，假設電壓表是理想的，則下列說法正確的是(　　) 圖434 A．物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化 B．物體M運動時，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M向右運動時，電表示數(shù)增大；當M向左運動時，電表示數(shù)減小，當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S，當太陽光直接照射光敏電阻R時，電流表示數(shù)為I1；當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度的增大而減?。庵苯诱丈涔饷綦娮鑂時，電阻最??；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)，通常應用于自動控制電路中，它實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”．故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、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與靜觸點(常開觸點)吸合．當線圈斷電后，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，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合．這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的．對于繼電器的“常開、常閉”觸點，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，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”