鲁科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第5章 传感器及其应用 本章整合 (3).pptVIP

第5章本章整合

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知识网络·体系构建

专题突破·归纳整合

专题一传感器及常见敏感元件1.传感器:传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件。原理如下所示:2.光敏电阻:光敏电阻是用半导体材料制成的,其特点是在被光照射时电阻会发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大,其作用是把光学量转换为电学量。

3.热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大。其特点是化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度较差。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(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量。4.电容器:平行板电容器的电容大小与极板正对面积、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相应的电容变化。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:霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量,

典例1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关系曲线图如图甲所示。(1)为了通过测量得到如图甲所示I-U关系的完整曲线,在图乙和图丙两个电路中应选择的是;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)?图乙电路电压可从0调到所需电压,电压调节范围大

(2)在如图丁所示电路中,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。?(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子:?。?5.4105.9恒温箱,自动孵化器,热敏温度计等

解析(1)由于I-U关系图线中电压从0调至所需电压,电压调节范围大,所以应选择图乙。(2)由题图丙知,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,(3)应用热敏电阻的例子很多,如恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等。

方法技巧应明确变阻器满足以下条件时,变阻器应采用分压式接法:①实验要求电流或电压从零调或实验要求电流调节范围足够大;②当变阻器的全电阻远小于待测电阻时。

针对训练1如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是()

A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作答案B

解析信号处理系统获得的电压是R0两端的电压,当扫描笔头在黑色线条上移动时,R相当于大电阻,根据闭合电路欧姆定律,回路电流很小,R0两端的电压很低,信号处理系统获得低电压;当扫描笔头在白色间隔上移动时,R相当于小电阻,回路电流较大,R0两端的电压较高,信号处理系统获得高电压,A错误,B正确;如果扫描速度发生变化,在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化,若扫描速度过快,可能无法正确判断黑、白条纹宽度,出现错误识别信息,C错误;扫描笔头外壳出现破损时,外面的光就会进入光敏三极管,从而出现错误信息,导致扫描笔不能正常工作,D错误。

专题二传感器在实际问题中的应用以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起,在实际问题中既可以直接考查传感器知识,也可以考查敏感元件的敏感特性。几种传感器及与其相联系的物理知识,如表:传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器力敏电阻力学、运动学与直流电路电容传感器电容器力、运动与含电容电路

典例2材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小。若图甲为某力敏元件在室温下的电阻—压力特性曲