2017高考物理一轮复习 第10章 交变电流 传感器 交变电流 传感器 基础课时28 传感器的工作原

基础课时28传感器的工作原理及应用[知识梳理]知识点一、传感器及其工作原理1.概念传感器是能够将感受到的物理量(力、热、光、声等非电学量)，转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。2.工作原理其工作过程是利用某一元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而方便检测或自动化控制。知识点二、传感器元件及常用实例1.传感器元件2.常用实例常用实例力传感器的应用——电子秤声传感器的应用——话筒温度传感器的应用电熨斗电饭锅测温仪光传感器的应用鼠标火灾报警器1.关于传感器的下列说法正确的是()A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.以上说法都不正确解析半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以选项C错误。答案B[诊断自测]2.(多选)下列说法正确的是()A.传感器担负着信息采集的任务B.传感器是把非电信号转换为电信号的主要工具C.霍尔元件把光学量转化为电学量D.以上说法都不正确解析传感器担负着信息采集的任务，是把非电信号转换为电信号，故选项A、B正确，D错误；霍尔元件把磁学量转化为电学量，故选项C错误。答案AB3.(多选)如图1所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是()图1A.常温下感温磁体具有较强的磁性B.当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起解析常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述选项A、C、D正确，B错误。答案ACD4.(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()图2A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大解析光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件。当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，干路电流增大，R1两端电压增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，选项A正确，选项D错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必减小，则R2中电流减小，结合干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，选项B、C正确。答案ABC考点一温度传感器的应用【例1】一些材料的电阻随温度的升高而变化。如图3甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5V，内阻不计)、电流表(量程为5mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。(1)电流刻度较大处对应的温度刻度；(选填“较大”或“较小”)(2)若电阻箱阻值R′＝150Ω，当电流为5mA时对应的温度数值为℃。图3解析(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。(2)电流为5mA时，电路总电阻为300Ω，电阻箱阻值R′＝150Ω，则R＝150Ω，由题图甲得对应的温度为50℃。答案(1)较小(2)50【变式训练】1.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变(填“大”或“小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20℃(如图4甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的(填“左”或“右”)侧。(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。图4解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃的刻度的右侧。(3)如图所示。答案(1)小(2)右(3)见解析考点二光电传感器的应用【例2】(多选)如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图5A.当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B.当光照射R1时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次解析激光是照在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D正确。答案BD【变式训练】2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图6甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下列说法正确的是()图6A.传送带运动的速度是0.1m/sB.传送带运动的速度是0.2m/sC.该传送带每小时输送3600个工件D.该传送带每小时输送7200个工件解析从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v＝0.21m/s＝0.2m/s。故A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为x＝vt＝0.2×3600m，工件个数为n＝xL＝3600个，C正确，D错误。答案BC1.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图7甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U－I关系图线。图7(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为W，电源的内阻为Ω。答案(1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.66～0.72均可)2.33(2.00～2.67均可)2.如图8所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。图8(1)应该把恒温箱内的加热器接在(填“A、B”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为Ω。解析(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。(2)要使恒温箱内的温度保持在50℃，即50℃时线圈内的电流为20mA。由闭合电路欧姆定律I＝Er＋R＋R′，r为继电器的电阻。由题图可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝EI－(r＋R)＝260Ω。答案(1)A、B端(2)2603.(2015·河南郑州模拟)如图9为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图。图9(1)为了通过测量得到如图9所示I－U关系的完整曲线，在图10甲和乙两个电路中应选择的是图；简要说明理由：。(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)图10(2)在如图11所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω。由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为Ω。图11解析(1)应选择图甲，因为图甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大。(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上，总电流I＝70mA，R1＝250Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝(70－9250×103)mA＝34mA。由图象查得34mA对应的电压为5.0V，R2两端电压U2＝9V－5.0V＝4.0V，所以R2＝4.0V34×10－3A＝117.6Ω。答案(1)甲因为甲电路电压可从0V调到所需电压，电压调节范围大(2)5.0117.6