2013年高中物理得分宝典系列 17专题三 第6章 传感器

2013年高中物理得分宝典系列 17专题三 第6章 传感器内容摘要：

1、概述“传感器”作为信息采集的重要元件，在自动控制、信息处理等技术中发挥着重要的作用，是高中物理的重要章节，是电磁学的基础内容，也是高考的热点内容之一。 从近年高考命题来看，试题越来越贴近物理知识的实际应用。 而近几年关于传感器的高考题也越来越多。 这类试题一方面检测了考生联想、迁移、分析、综合等能力，另一方面也可使考生明白高新科学技术并非空中楼阁，神奇非. 知识梳理（一） 考纲解读考纲内容 要求 名师解读1. 考纲提示：知道什么是传感器；知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔效应；知传感器温 度传感器意义：传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成 2、易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。 起自动控制作用。 机械鼠标器火灾报警器光控开关光传感器敏感元件光敏电阻：是一种能感知光强的传感器，电阻随光照的增强而减小热敏电阻：是一种能感知温度的传感器，电阻一般随温度升高电阻减小金属热电阻：是一种能感知温度的传感器，温度升高电阻增大霍尔元件：是一种能感知磁场强弱的传感器电容式位移传感器：是一种能感知位移变化的传感器干簧管：一种能感知磁场存在的传感器常见传感器及应用力传感器应变片的形变量转化为电压差声传感器筒：将声学量转化为电学量电熨斗：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断电饭锅：双金属片温度传感器的作用:控制电路 3、的通断测温仪：将温度转化为电学量（不同温度发射红外线不同）温度报警器： 道传感器的工作原理。 了解传感器应用的一般模式； 会用各类传感器（力传感器、声传感器、温度传感器等）；理解应变式力传感器的应用电子秤的工作原理。 感器的应用。 （二）基础巩固1传感器是把 物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的 量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。 起自动控制作用。 2力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把 学信号（位移、速度、加速度等）转化为 学信号（电压、电流等）的仪器。 3热电传感器是利用 电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器 4、（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的 控制、火警报警器、恒温箱等。 4光电传感器中的主要部件是 电阻或 管。 如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。 如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。 光传感器的应用鼠标器. 5声电传感器是指将 信号转换为 号的一类传感器，常见的电容式话筒和动圈式话筒都是 传感器。 声传感器的应用 话筒.（三）实验探究实验与探究：某同学为了测量一物质的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压力面的压力（比例系数为 K） ，如图所示，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；而后在其受力面上 5、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：力电转化器、质量为 压表、滑动变阻器、干电池个一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受力面上） ：（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，在图所示的方框内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 K，并测出待测物体的质量 m（四）重点突破1直击考点：考点 1 力电传感器 思路与方法：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 6、船上的惯性导航系统及 抱死制动系统等。 【例 1】如图所示，一条形磁铁置于水平转台上随转台一起作匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘。 从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图。 图中横坐标为时间轴，读数为 3 秒/每格，纵坐标为磁感应强度。 求：（1）请类比平均速度，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台的角加速度。 考点 2 热电传感器 思路与方法：热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 【例 2】如图所 7、示是一火警报警器的部分电路示意图，其中 用半导体热敏材料制成的传感器，值班室的显示器为电路中的电流表，a、b 3 所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压 U 的变化情况是（ ）AI 变大，U 变大 B。 I 变大，U 变小I 变小，U 变小 D。 I 变小，U 变大考点 3 光电传感器 思路与方法：光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。 如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。 如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。 【例 3】如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 A 是发光仪器，B 是传送带上物品，R 1为光敏电阻，R 2 8、为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（ ）1时，1时，析】光敏电阻自动计数器原理图如上，当传送带上没有物品挡住由 A 射出的光信号时，光敏电阻阻值变小，由分压规律知供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由 A 射出的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号系统的电压变高并记数一次。 这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 【答案】【例 4】如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压 U，人对着话 9、筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ） 析】由题意对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距改变，故导致电容变化的原因可能是容器两极间的距变变化，选 A。 【答案】A【点评】这个声电传感器又可归到电容传感器中。 考点 5 电容式传感器 思路与方法：电容器的电容 C 决定于极板的正对面积 S、极板间距离 d 以及极板间的电介质这几个因素。 如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就 10、可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。 【例 5】如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器该电容器的电容 C 可用公式 计算，式中常量 e=910S 表示金属片的正对面积，属板金属膜振动膜外电路当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号设每个金属片的正对面积为 50 未按下时两金属片的距离为 0.6 果电容变化了 子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下 点 6 电感传感器 思路与方法：电感式传感器是利用线圈的自感或 11、互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。 【例 6】一块 N 型半导体薄片（称霍尔元件） ，其横载面为矩形，体积为 bcd，如图所示。 已知其单位体积内的电子数为 n、电阻率为 、电子电荷量 场方向沿 Z 轴方向，并通有沿 x 轴方向的电流 I。 (1)此元件的 个侧面中，哪个面电势高。 (2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的 两个侧面的电势差与其中的电流成正比(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度 B 的仪器。 其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流 I，用毫伏表测量 C、C/间的电压 U 就可测得 B。 若已知其霍尔系数。 并测得 12、U =3求该10/ C/。 区一 不知道热敏电阻的特性例 多用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往 R t 上擦一些酒精，表针将向_（填“左”或“右” ）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_（填“左”或“右” ）移动。 错解：右；左 原因：若往 R t 上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻 R t 温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻 R t 温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏正解：左 右原因：欧姆表的表盘 13、刻度最右侧为 0，最左侧为最大值误区二 不知道光敏电阻的特性例 1、R 2 为定值电阻，L 为小灯泡，R 3 为光敏电阻，当照射光强度增大时， （ ）A电压表的示数增大 BR 2 中电流减小C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大错解：当光强度增大时，R 3 阻值减小，外电路电阻随 减小而减小，R 1 两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A 项正确， D 项错误；由路端电压减小，而 端电压增大知，R 2 两端电压必减小，则电流减小，故 B 项正确；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正解：区三 不知道温度传感器的应用例 件， 件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的是（ ）A通电后其。