【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-2第5章 传感器及其应用章末整合5

网络构建解密高考章末整合网络构建解密高考定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置分类物理传感器：电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器化学传感器：气敏传感器、湿敏传感器生物传感器：组织传感器、细胞传感器、酶传感器敏感元件光敏电阻——光电传感器热敏电阻——温度传感器应用力传感器的应用：洗衣机水位控制装置、电子秤红外线传感器的应用：自动门温度传感器的应用：电熨斗、电饭锅智能传感器的应用：机器人传感器网络构建解密高考1．(2008·山东)如图1甲所示是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，板极上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝bt＋a(a、b为大于零的常数)，其图象如图1乙所示，那么图1丙、图1丁中反映极板间场强大小E和物体速度v随t变化的图线可能是()．网络构建解密高考A．①和③B．①和④C．②和③D．②和④图1网络构建解密高考答案C解析设两板间的距离为d.由C＝QU和C＝εS4πkd变形得d＝εSU4πkQ，又E＝Ud，则得E＝4πkQεS，即E的变化和Q的变化一致，图丙中②正确．设下板经过时间t后d′＝εSUt＋a4πkb，则其位移s＝d－d′＝d－εSUa4πkb－εSUt4πkb，由于是U不变．则位移表达式满足匀速运动的位移表达式，图丁中③正确．故选C.网络构建解密高考图22．(2010·全国卷Ⅱ)如图2所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关．已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值为550Ω.现要求在降温过程中测量在95～20℃之间的多个温度RT的阻值．网络构建解密高考(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．(2)完成下列实验步骤中的填空：①依照实验原理电路图连线．②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95℃.③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．⑤将RT的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．⑥温度为T1的热敏电阻的电阻值RT1＝________.⑦逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.网络构建解密高考解析热敏电阻的阻值随温度发生变化，无法直接测量，但可以通过间接的方式进行测量．本题中可以保持电流不变，总电阻不变来达到目的．网络构建解密高考由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路．而且热敏电阻RT的阻值在95℃和20℃是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持150Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持550Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻．答案(1)实验原理电路图如解析图所示(2)④电阻箱的读数R0⑤仍为I0电阻箱的读数R1⑥R0－R1＋150Ω网络构建解密高考这类传感器问题首先要明确各种传感器的特点，再结合运动学，动力学或者电学等知识综合分析加以判断．网络构建解密高考1．(2009·山东理综)为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018网络构建解密高考①根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．②如图3所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图3网络构建解密高考提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．网络构建解密高考解析①描绘图线应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线．图线为曲线且非线性变化．②根据串联电阻的分压关系，E＝3V，当照度降低至1.0(lx)时，其电压升至2V，由图线知，此时光敏电阻RP＝20kΩ，URP＝2V，串联电阻UR＝1V，由URPUR＝RPR＝2得：R＝RP2＝10kΩ，故选定值电阻R1.网络构建解密高考答案①光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示：光敏电阻的阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．②电路原理图如图：网络构建解密高考2．(2008·山东)2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家，材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．如图4甲为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB，请按要求完成下列实验．(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图4乙的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其他部分的影响)．要求误差较小．提供的器材如下：网络构建解密高考图4网络构建解密高考(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如表：根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝________Ω，结合图4甲可知待测磁场的磁感应强度B＝________T.(3)试结合图4甲简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？123456U(V)0.000.450.911.501.792.71I(mA)0.000.300.601.001.201.80网络构建解密高考(4)某同学查阅相关资料时看到了图5所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？图5解析本题考查了伏安法测电阻的电流表的内、外接法的选择，滑动变阻器的限流或分压接法的选择、数据处理、根据图象分析规律等知识点，要求考生通过分析、计算作出准确判断．第(1)部分用伏安法测电阻，有变阻器的连接，主要是选择电阻，第(2)部分要处理数据，应用图象，第(3)(4)部分要分析图象．网络构建解密高考答案(1)如图所示．(2)15000.90(3)由甲知，在0～0.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化)；在0.4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)．(4)由图丙知，磁场反向，磁敏电阻的阻值不变．网络构建解密高考这类问题对学生要求高，既要求熟悉各种敏感元件的特性，又要结合实例认真体会传感器在实际中的应用，努力培养自己理论联系实际的能力和动手能力，同时应注意观察生产、生活中的例子，培养观察能力和自学能力．