高中物理 第三章 传感器 章末复习课 粤教版选修3-2

章末复习课【知识体系】 答案填写变换或转换敏感元件转换元件热敏电阻光敏电阻主题1常见敏感元件的特点1光敏电阻光敏电阻由金属硫化物等半导体材料制成，其电阻率对光非常敏感光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强阻值减小，光照减弱阻值增大2金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度升高而增大3热敏电阻热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种正温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而减小4电容器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化的任一外界信息，并将其转化为电容变化例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化5霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量【典例1】如图所示是一火警报警器的部分电路示意图其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是()AI变大，U变大BI变大，U变小CI变小，U变大 DI变小，U变小解析：R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小R2R总I干U1U3I，故显示器的电流I变小，由UEI干r，I干变大，知U变小，故选项D正确答案：D针对训练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()当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压A BC D解析：R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压UIR2减小，故错误，正确；由闭合电路欧姆定律得：UEI(R1r)，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，故错误答案：C主题2传感器在实际问题中的应用1传感器是以一定的精度和规律，将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件2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受信息；(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构(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3传感器电路问题的处理思路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)执行电路部分【典例2】如图甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器做成的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx50 ，当继电器线圈中的电流大于或等于Ic(Ic20 mA)时，继电器的衔铁被吸合左侧电源电动势为6 V，内阻可不计，试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？图甲图乙解析：由题意可知，小灯泡发光，需衔铁被吸合，即继电器线圈中的电流大于或等于Ic，而左侧的温控电路，通过继电器线圈的电流等于通过热敏电阻的电流，即It20 mA，根据欧姆定律I可得，R 50250，由甲图可知，此时对应的温度为50 .答案：温度高于或等于50 针对训练2在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时()ARM变大，且R越大，U增大越明显BRM变大，且R越小，U增大越明显CRM变小，且R越大，U增大越明显DRM变小，且R越小，U增大越明显解析：根据“S两端电压U增大，装置发出警报”这一结果进行反推：说明电路里的电流在增大，再由闭合电路欧姆定律I可知R总在减小，由此可推知传感器的电阻在变小，再由S与R、M的分压关系可讨论出R的大小对U的影响报警器两端的电压增大，则说明流过报警器的电流在增大，根据闭合电路欧姆定律I可知整个电路的总电阻R总在减小，则可得RM在变小，排除A、B答案；极限法：假设R很小，甚至为零，则传感器部分的电路被短路，故传感器RM的大小变化对S的电压就无影响，则R越大，U增大越明显，排除D项，C项正确答案：C统揽考情传感器在生产和科技中的应用越来越广泛，这使传感器的原理及应用在高考中出现的可能性有所增加主要以选择题为主，分值为6分左右真题例析(2014江苏卷)(多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UHk，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则()A霍尔元件前表面的电势低于后表面B若电源的正负极对调，电压表将反偏CIH与I成正比D电压表的示数与RL消耗的电功率成正比解析：根据左手定则可以判断出霍尔元件中的导电物质所受安培力指向后表面，即将向后表面侧移，又由于该导电物质为电子，带负电，因此后表面的电势将低于前表面的电势，故选项A错误；若电源的正负极对调，磁场方向与图示方向相反，同时由电路结构可知，流经霍尔元件上下面的电流也将反向，因此电子的受力方向不变，即前后表面电势高低情况不变，故选项B错误；由电路结构可知，RL与R并联后与线圈串联，因此有IHR(IIH)RL得IIH，故选项C正确；RL消耗的电功率PLRLI，显然PL与I成正比，又因为磁感应强度大小B与I成正比，即B与IH成正比，电压表的示数UHk，则UH与I成正比，所以UH与RL消耗的电功率PL成正比，故选项D正确答案：CD针对训练如图，足够长的直线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图象是()解析：通电螺线管周围磁场分布如图磁感线密集的地方磁感应强度B大，可见中点正上方磁感应强度B小而两端无限远的地方磁感应强度趋于0，对照图象，C对答案：C1如图所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图所示，则()At1时刻小球速度最大Bt1t2这段时间内，小球的速度先增大后减小Ct2t3这段时间内，小球所受合外力一直减小Dt1t3全过程小球的加速度先减小后增大解析：t1时刻小球刚与弹簧接触，与弹簧接触后，先做加速度不断减小的加速运动，当弹力增大到与重力平衡，即加速度减为零时，速度达到最大，故A错误；t2时刻，弹力最大，故弹簧的压缩量最大，小球运动到最低点，速度等于零，故t1t2这段时间内，小球的加速度先减小后增加，小球的速度先增大后减小，故B正确；t2t3这段时间内，从最低点被弹起到弹簧恢复原长位置，此过程中小球所受合外力先减小到零，然后增加，选项C错误；t2t3这段时间内，小球处于上升过程，先做加速度不断减小的加速运动，后做加速度不断增大的减速运动，则在t1t3全过程中，小球先向下做加速度减小的加速运动，后做加速度增加的减速运动；然后上升阶段再做加速度减小的加速运动，后做加速度增加的减速运动，故选项D错误答案：B2.(多选)如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接则()A当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端解析：当温度降低，热敏电阻的阻值增大，电路中电流减小，继电器磁性减弱，衔铁P不动，反之，衔铁P动，被吸下，A错、B对；可以判断，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，这样才能实现恒温答案：BD3.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量值若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称物体的重量G与电流大小I的关系为()AG2kLBGkLCGkL DGkL解析：设放上物体后，滑片P向下滑动x，处于平衡由受力平衡得：Gkx.由闭合电路欧姆定律得：IE，由得：G2kL.答案：A4.一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图所示请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路当温度高于某一值时红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮提供的器材有：如下图所示的继电器一只(a、b为常闭触点c、d为常开触点)，热敏电阻一只，滑动变阻器一只，红绿色指示灯各一个，两个独立的电池组，开关两个，导线若干等解析：由题图甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而降低，是负温度系数热敏电阻，当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮滑动变阻器作限流式连接，通过调节满足热敏电阻对某一温度的控制答案：设计的控制电路如图所示5.起跳摸高是学生常进行的一项活动，竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小能够反映学生在起跳摸高中的素质为了测定竖直起跳的时间和平均蹬地力的大小，老师在地面上安装了一个压力传感器，通过它可以在计算机上绘出平均压力与时间的关系图象小亮同学身高1.72 m，站立时举手达到2.14 m，他弯曲两腿，做好起跳的准备，再用力蹬地竖直跳起，测得他对传感器的压力F与时间t的关系图象如图所示已知图中网格间距相等，不计空气阻力，取g10 m/s2.求小亮同学起跳摸高的最大高度约为多少？解析：从图可知小亮质量为 kg60 kg；蹬地作用力为1 050 N，加速离开地面时间为0.4 s.设他蹬地的过程中的平均加速度大小为a，根据牛顿第二定律得：Fmgma，a m/s27.5 m/s2.小亮离开地面时获得的速度约为：vat3.0 m/s，离开地面后做竖直上抛运动上升的高度为：h m0.45 m.摸高约为：Hhh02.59 m.答案：2.59 m