【全优课堂】2014秋高中物理 第三章 传感器章末整合课件 粤教版选修3-2

专题1几种敏感元件的特性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，光照增强时电阻率明显减小．2．热敏电阻(1)热敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．(2)热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻，其电阻随温度升高而增大)和负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻，其阻值随温度升高而减小)．3．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．【例1】图1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1(1)为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2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2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)在图3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IU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35.0117.6(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子．恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)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.(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等．【例2】当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”、“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________变化而改变的特性制成的．变小温度解析：本题考查传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，它可把光学量变为电阻这一电学量，常用以制造光控开关，热敏电阻对温度反应敏感，它的阻值随温度的变化而变化．专题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．分析传感器问题时应注意：(1)传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解．但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键．因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析．(2)很多与传感器有关的较复杂的实际应用问题，只是借助传感器的外壳，实际考查的是利用所学物理知识，分析问题，处理问题的能力．(3)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．【例3】如图4所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：图4(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1.(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2.(3)托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．解析：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)由力的平衡知识知：m0g＝kx1，解得x1＝m0gk.(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2，解得x2＝m＋m0gk.(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，由部分电路欧姆定律：U＝IR串，由R串R＝xL其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝mgk.联立解得m＝kLgEU.答案：(1)m0gk(2)m＋m0gk(3)kLgEU【例4】如图5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Rx＝50Ω，当继电器线圈中的电流大于或等于Ic(Ic＝20mA)时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6V，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5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It＝20mA，根据欧姆定律I＝ER＋Rx可得，R＝60.02Ω－50Ω＝250Ω，由甲图可知，此时对应的温度为50℃.答案：50℃