2015届高考物理一轮复习考点解析学案:实验11传感器的简单使用(含解析).pdf
《2015届高考物理一轮复习考点解析学案:实验11传感器的简单使用(含解析).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2015届高考物理一轮复习考点解析学案:实验11传感器的简单使用(含解析).pdf(15页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【2015考纲解读】1.能识别各类传感器2.了解传感器的工作原理【重点知识梳理】一、传感器的含义:传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。非 电 物 理 一 敏感元件 一 转换器件 一 转换电路 一 电学量常见的传感器有:光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波
2、传感器、磁敏传感器等。二、常见的传感器元件:(1)光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛,可以看到光线的强弱。(2)金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作温度传感器。它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(3)热敏电阻:用半导体材料制成,其电阻随温度变化明显,温度升高电阻减小,如图一1为某一热敏电阻一温度特性曲线。热敏电阻的灵敏度较好。与热敏电阻相比,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但
3、灵敏度较差。0图一1(4)电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。(5)霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量三、传感器的简单应用1、力电传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转化为电学信 号(电压、电流等)的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中,如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及A B S 防抱死制动系统等。2、热电传感器(温度传感器)热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小(金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大)的原理制成的,它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家
4、用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。3、光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。光敏电阻:光敏电阻的材料是利半导体,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。光敏电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛,可以看到光线的强弱。自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。4、磁电传感器霍尔元件的应用霍尔元件能够把磁感强度(磁学量)转换为电压(电学量)。霍尔元件:如图一2所示,在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个电
5、极C、D、E、F,就制成为一个霍尔元件。霍尔电压:UH=k 其中k为比例系数,称为霍尔系数,其大小d与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度、比例系数上为定值,再保持/恒定,则电压UH的变化就与B 成正比,因此,霍尔元件又称磁敏元件。图一2霍尔效应的原理:外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力,在导体板的一侧聚集,在导体板的另侧会出现多余的另一种电荷,从而形成横向的电场;横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力,当静电力与洛仑兹力达到平衡时,导体板两侧会形成稳定的电压.设图中C D方向长度为人,则:q=qvB根据电流的微观解释l=nqSv,整理后,得:5=-令k=,因为 为材料单位体积的带电粒子个数,
6、q为单nqd nq个带电粒子的电荷量,它们均为常数,所以有:UH=k”d【高频考点突破】考点一、电阻传感器的应用【例1】热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完整.已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 c5 Q将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有一定量的冷水,其他备用的仪表和器具有:盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 C)、直流电压表(内阻约5kC)、滑动变阻器(020 C)、开关、导线若干.(b)(a)(1)在图(a)中画出实验电路图.(2)根据电路图,在图(b)所示的实物图上连线
7、.(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤.【解析】常温下待测热敏电阻的阻值 约4。:较小,应该选用安培表外接法.热敏电限的阻值随温度的升高而减小,热敷电阻两端的电压由零逐渐噌大,滑动变阻器选用分压式.实嗡电路如图所示.二根据电路图,科网连1买物图如7图所示.完成接线后的主要实嗡步骤:往保温杯里加一些林.水,待温巴计稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器,快速测出几组电压表和电流表的值;重复和,测壁不同温度下的数据;绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线.考点二、力传感器的应用 例 2 某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k).如图所示,
8、测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0:而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有下列器材:力电转换器、质量为机 的祛码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个,电键及导线若干,待测物体(可置于力电转换器的受压面上).受压面(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图;(2)简要说明测量步骤,求出比例系数A,并测出待测物体的质量九【解析】本题是传感器的应用问题,考查学生的实验与探究能力,完成简单的实验设计,力电转换器虽然是一个全新的仪器,但它与其他所有的法照仪器一样,有它们的共性,即需要有一个“调零”
9、的过程.仔细审题,题目中有很多重要的暗示,挖掘泞士信息即是戏,可决问题的关键.“测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为备而后在其二 一欣一物体,尔可测得与物体的质量成正比的输出电压匚”、“该转换器的输出电压正比于受压面的吃力:比例系数为;0 ,所以输出电压二一;题目要求“力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大”,这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式,有 设计电路才可以进行测量步骤.设计电路如图所示.;二测量步骤如下:调节滑动变阻器,使转换器&丁俞出电压为零;将质量为g 的底码放在转换器的受压面上,记下输出电压L:;将待测物体放在转换器RN压 面 上.K下输出。压
10、二;因 为1:=;M:g、=所以可求说=;.”:二1 :.考点三、实验创新设计【例3】为了节能和环保,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l x).某光敏电阻阵 在不同照度下的阻值如下表:照度(1 X)0.20.40.60.81.01.2电阻(k C)7 54 02823201 8(1)根据表中数据,请在下图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.电 阻/kQ(2)如图所示,当 1、2 两端所加电压上升至2 V 时,控制开关自动启动照明系统.
11、请利用下列器材设计一个简单电路,给 1、2 两端提供电压,要求当天色渐喑照度降低至l.O(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)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3 V,内阻不计);定值电阻:品=10kC,&=2 0 k d&=4 0 g(限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干.【解析】:n 光敏申匕的限值竺兀照变化,曲线如图所示.特点:光敏电阻的阻色趋光照弼支的噌+N 或性激小.8070605040302010电阻/kQ学科刖(2)根据串联电阻的正比分压关系,E=:3当照工降低至L J l x 时,其电压升至2
12、 V,由图线知,此时光U.R.R.敏电阻凡=20 k Q,a=2 V,串联电阻分工u-=l v由;-c=2 得:L=1 0 k Q,故选定值电阻正,电路原理图如图所示.【当堂巩固】1.许多楼道照明灯具有这样的功能:天黑时,出现声音它就开启;而白天,即使有声音它也没有反应,它的控制电路中接入了哪些传感器()A.温度传感器 B.光传感器C.声音传感器 D.热传感器答案:BC2.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程,卜 列属于这类传感器的是()A.红外线报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感器D.电饭煲中控制加热和保温的温控器解析:选 A.遥控
13、器是利用红外线传输信号的,故只有A 选项正确.3.如 图 103 11所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明()A.热敏电阻在温度越高时,B.热敏电阻在温度越高时,C.半导体材料温度升高时,D.半导体材料温度升高时,图 10-3-11电阻越大电阻越小导电性能变差导电性能变好解析:选 BD.由于电流增大,说明热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,即导电性能变好,故B、D 正确.4.美国科学家Willard S.Boyle与 George E.Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖.CC D 是将光学量转变成电学量的传感器.下
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2015 高考 物理 一轮 复习 考点 解析 实验 11 传感器 简单 使用
限制150内