2022-2023學(xué)年新教材高中物理第五章傳感器章末小結(jié)課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第五章傳感器章

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小

結(jié)方法歸納提煉進(jìn)考場(chǎng)練真題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建傳感器溫度聲可用敏感轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換傳感器電子秤溫度警報(bào)器光電計(jì)數(shù)器電容式位移傳感器傳感器控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)的雙向開(kāi)關(guān)單向電流放大方法歸納提煉

2．與傳感器相關(guān)的物理知識(shí)以傳感器為橋梁可以將多方面的物理知識(shí)整合在一起，在實(shí)際問(wèn)題中既可以直接考查傳感器知識(shí)，也可以考查敏感元件的特性，下表是幾種傳感器及與其相聯(lián)系的物理知識(shí)。傳感器種類(lèi)敏感元件實(shí)際應(yīng)用與之相聯(lián)系的物理知識(shí)光傳感器光敏電阻火災(zāi)報(bào)警器直流電路動(dòng)態(tài)分析溫度傳感器熱敏電阻電熨斗、電飯鍋直流電路問(wèn)題力傳感器壓敏電阻電子秤力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與直流電路電容傳感器電容器話筒力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與含電容器的電路3.傳感器問(wèn)題的分析方法傳感器問(wèn)題應(yīng)從如下三個(gè)方面分析。(1)感受量分析：要明確傳感器所感受的物理量；(2)信號(hào)分析：分析輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的變化規(guī)律；(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析：分析所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程。

電飯煲的工作原理如下圖所示，可分為兩部分，即控制部分，由S2、R1和黃燈組成；工作(加熱)部分，由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成，S1是一個(gè)磁鋼限溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合，當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，且不能自動(dòng)復(fù)位(閉合)，S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，低于70℃時(shí)，自動(dòng)閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過(guò)其電流必須較小，所以R1、R2起______作用，R3是發(fā)熱電阻，由于煮飯前溫度低于70℃，所以S2是________(填“斷開(kāi)的”或“閉合的”)。例1限流閉合的接通電源并按下S1后，黃燈熄而紅燈亮，R3發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，S2斷開(kāi)，當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)飯熟，S1斷開(kāi)，當(dāng)溫度降到70℃以下時(shí)，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2____R3(填“＜”“＝”“＞”)，若用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi)，試解釋此現(xiàn)象。>

思路引導(dǎo)：通過(guò)紅燈、黃燈的電流必須較小，根據(jù)歐姆定律可知R1、R2起限流作用；根據(jù)電飯煲的工作原理和水的沸點(diǎn)說(shuō)明用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi)的原因。解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過(guò)大而燒毀，S2是自動(dòng)控制溫度開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)自動(dòng)閉合，當(dāng)溫度高于70℃～80℃時(shí)又自動(dòng)斷開(kāi)，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2＞R3。由于開(kāi)關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)才自動(dòng)斷開(kāi)，而水的沸點(diǎn)只有100℃，因此用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干后S1才會(huì)斷開(kāi)。答案：由于開(kāi)關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)才自動(dòng)斷開(kāi)，而水的沸點(diǎn)只有100℃，因此用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干后S1才會(huì)斷開(kāi)。二、自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)與組裝自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)及組裝為力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)的一個(gè)大綜合，通過(guò)傳感器把它們聯(lián)系在一起，特別是簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)，不論是敏感元件的基礎(chǔ)知識(shí)，還是器材的組裝、調(diào)試、器材連接、電路設(shè)計(jì)，考查內(nèi)容既具體又靈活。近幾年來(lái)，高考特別重視對(duì)動(dòng)手能力的考查，而不局限于只會(huì)做題，更注重學(xué)生的研究方法和創(chuàng)新思維。1．設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路時(shí)，一般按照以下的思路進(jìn)行。(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫(huà)出控制電路和工作電路，控制電路由電源、開(kāi)關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線組成。這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過(guò)繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器實(shí)際上是工作電路的開(kāi)關(guān)。(2)分析自動(dòng)控制電路的合理性電路設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)它的合理性進(jìn)行分析，用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?，檢查工作電路的接通和斷開(kāi)是否符合實(shí)際要求。比如，自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈發(fā)光。

現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路。要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過(guò)某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫(huà)出電路圖并說(shuō)明工作過(guò)程。例2思路引導(dǎo)：本題考查熱敏電阻與電磁繼電器，熱敏電阻RT與滑動(dòng)變阻器及電磁繼電器構(gòu)成控制電路。解析：電路圖如圖所示。工作過(guò)程：閉合S，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，熱敏電阻阻值大，通過(guò)電磁繼電器的電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，熱敏電阻的阻值減小到某值，通過(guò)電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K斷開(kāi)，電爐絲斷電，停止供熱；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，又重復(fù)前述過(guò)程。進(jìn)考場(chǎng)練真題

一、高考真題探析典題

(2020·全國(guó)卷Ⅲ，23)已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10℃升至60℃時(shí)阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)利用伏安法測(cè)量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源E、開(kāi)關(guān)S、滑動(dòng)變阻器R(最大阻值為20Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100Ω)。(1)在所給的器材符號(hào)之間畫(huà)出連線，組成測(cè)量電路圖。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測(cè)量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA，則此時(shí)熱敏電阻的阻值為_(kāi)_______kΩ(保留2位有效數(shù)字)。實(shí)驗(yàn)中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖甲所示。1.8

(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測(cè)得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ。由圖甲求得，此時(shí)室溫為_(kāi)_________℃(保留3位有效數(shù)字)。25.5

(4)利用實(shí)驗(yàn)中的熱敏電阻可以制作溫控報(bào)警器，其電路的一部分如圖乙所示。圖中，E為直流電源(電動(dòng)勢(shì)為10V，內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過(guò)6.0V時(shí)，便觸發(fā)報(bào)警器(圖中未畫(huà)出)報(bào)警。若要求開(kāi)始報(bào)警時(shí)環(huán)境溫度為50℃，則圖中_____(填“R1”或“R2”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為_(kāi)_______kΩ(保留2位有效數(shù)字)。R1

1.2

思路引導(dǎo)：第(1)問(wèn)要求考生了解滑動(dòng)變阻器的限流式與分壓式、電流表的內(nèi)接法與外接法；第(2)問(wèn)直接利用歐姆定律求出該狀態(tài)下的電阻值即可；第(3)問(wèn)通過(guò)解讀R－t圖像可直接讀出2.2kΩ時(shí)環(huán)境的溫度；第(4)問(wèn)主要是對(duì)電路的動(dòng)態(tài)分析，通過(guò)R2兩端輸出電壓的變化，確定熱敏電阻，再根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)求出固定電阻的阻值。解析：(1)滑動(dòng)變阻器用分壓式，電壓表可視為理想表，所以用電流表外接，連線如圖所示。(4)溫度升高時(shí)，該熱敏電阻阻值減小，分得電壓減少。而溫度高時(shí)要求輸出電壓升高，以觸發(fā)報(bào)警，所以R1為熱敏電阻。由圖線可知，溫度為50℃時(shí)，R1＝0.8kΩ，由歐姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入數(shù)據(jù)解得R2＝1.2kΩ。二、臨場(chǎng)真題練兵1．(2019·天津卷，4)筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對(duì)應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開(kāi)啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖所示，一塊寬為a、長(zhǎng)為c的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時(shí)，電子的定向移動(dòng)速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅。則元件的

(

)

答案：D2．(2021·廣東卷，12)某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材。(1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢(shì)。選擇適當(dāng)倍率的歐姆擋，將兩表筆______，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0Ω”處。測(cè)量時(shí)觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而______。短接

減小(2)再按圖連接好電路進(jìn)行測(cè)量。①閉合開(kāi)關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片滑到___端(選填“a”或“b”)。將溫控室的溫度設(shè)置為T(mén)，電阻箱R0調(diào)為某一阻值R01。閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置。記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)、T和R01。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。再將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，閉合開(kāi)關(guān)S。反復(fù)調(diào)節(jié)R0和R1，使電壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同。記錄此時(shí)電阻箱的阻值R02。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。②實(shí)驗(yàn)中記錄的阻值R01______R02(選填“大于”“小于”或“等于”)。此時(shí)熱敏電阻阻值RT＝______________。