2024高中物理第三章傳感器章末復(fù)習(xí)課達(dá)標(biāo)作業(yè)含解析粵教版選修3-2

PAGE10-章末復(fù)習(xí)課【學(xué)問體系】傳感器eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相識傳感器\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(概念：是把能夠完成兩種量（光、熱、電、力學(xué)和機(jī)械量等）,之間的①關(guān)系的元件,分類：熱電傳感器、光電傳感器、聲電傳感器,組成：②、③、轉(zhuǎn)換電路)),原理\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(溫度傳感器的原理\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(敏感元件,④)),光電傳感器的原理\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(敏感元件,⑤)))),應(yīng)用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(應(yīng)用的一般模式,在實(shí)際中的應(yīng)用)),設(shè)計(jì)制作))[答案填寫]①變換或轉(zhuǎn)換②敏感元件③轉(zhuǎn)換元件④熱敏電阻⑤光敏電阻主題1常見敏感元件的特點(diǎn)1．光敏電阻．光敏電阻由金屬硫化物等半導(dǎo)體材料制成，其電阻率對光特別敏感．光敏電阻的阻值與所受光照的強(qiáng)度有關(guān)，光照增加阻值減小，光照減弱阻值增大．2．金屬熱電阻．金屬熱電阻的電阻率隨溫度上升而增大．3．熱敏電阻．熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率對溫度特別敏感．熱敏電阻有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種．正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度上升而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度上升而減?。?．電容器．平行板電容器的電容與極板面積，極板間距及電介質(zhì)材料有關(guān)，電容器可以感知引起電容變更的任一外界信息，并將其轉(zhuǎn)化為電容變更．例如，當(dāng)極板受力時(shí)會變更極板間距，從而引起電容變更．5．霍爾元件．能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量．【典例1】如圖是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖．其中R2為用半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a，b之間接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I，報(bào)警器兩端的電壓U的變更狀況是()A．I變大，U變大 B．I變大，U變小C．I變小，U變大 D．I變小，U變小解析：R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，溫度上升，則R2的阻值減?。甊2減小→R總減小→I干增大→U1增大→U3減小→I減小，故顯示器的電流I變小，由U＝E－I干r，I干變大，知U變小，故選項(xiàng)D正確．答案：D針對訓(xùn)練1．如圖所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強(qiáng))，且R與D距離不變，下列說法中正確的是()A．當(dāng)滑動觸頭向左移動時(shí)，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動觸頭向左移動時(shí)，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動觸頭向右移動時(shí)，L消耗的功率可能不變D．無論怎樣移動滑動觸頭，L消耗的功率都不變解析：電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動觸頭向左移動時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功率變大．答案：A主題2傳感器在實(shí)際問題中的應(yīng)用1．傳感器是以肯定的精度和規(guī)律，將所感受到的物理量(如力、熱、磁、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件．2．傳感器的應(yīng)用過程包括三個(gè)環(huán)節(jié)：感、傳、用．(1)“感”是指傳感器的敏感元件感受信息．(2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲得的信息傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)．(3)“用”是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用傳感器傳來的信息進(jìn)行某種顯示或某種動作．3．傳感器電路問題的處理思路．處理與傳感器有關(guān)的電路設(shè)計(jì)問題時(shí)，可將整個(gè)電路分解為：(1)傳感器所在的信息采集部分．(2)轉(zhuǎn)化傳輸部分(這部分電路往往與直流電路的動態(tài)分析有關(guān))．(3)執(zhí)行電路部分．【典例2】氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號并輸出，如圖所示，B為將可燃?xì)怏w或有毒氣體(如CO、CH4、瓦斯、煤氣等)濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，俗稱電子鼻．當(dāng)有毒氣體濃度大時(shí)，其電阻變?。罁?jù)如下材料：電源電壓U＝220V，M為排風(fēng)扇，G為繼電器，A為限制電源，S為限制開關(guān)，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)家用自動排煙電路，并在圖中完成連線圖．解析：電磁繼電器起開關(guān)作用，所以電池組、開關(guān)和電磁繼電器應(yīng)組成一個(gè)電路，另一個(gè)是由排風(fēng)扇和高壓電源組成的電路．答案：如圖所示針對訓(xùn)練2．如圖所示，A是浮子，B是金屬觸頭，C為住宅樓房頂上的蓄水池，M是帶水泵的電動機(jī)，D是彈簧，E是銜鐵，F(xiàn)是電磁鐵，S1、S2分別為觸頭開關(guān)，S為開關(guān)，J為電池．請利用上述材料，設(shè)計(jì)一個(gè)住宅樓房頂上的自動注水裝置．(1)連接電路圖；(2)簡述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)．答案：(1)如圖所示(2)按圖接好電路，合上開關(guān)S，水泵工作，水位上升，當(dāng)浮子上升使B接觸到S1時(shí)，左側(cè)電路(限制電路)工作，電磁鐵F有磁力，吸下銜鐵E，使S2斷開，電動機(jī)M不工作，停止注水，當(dāng)水位下降使B與S1脫離，限制電路停止工作，F(xiàn)無磁性，D拉動E，使S2接通，M工作．統(tǒng)攬考情隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器在社會實(shí)踐中應(yīng)用越來越廣泛，它是各種測量和自動限制系統(tǒng)的“感覺器官”．新課標(biāo)增加了傳感器的內(nèi)容，在新高考中肯定會有所體現(xiàn)，但所占比例不會太大，且都在“了解”的水平上，不會出現(xiàn)太困難且有難度的題目，更不會涉及大量的技術(shù)細(xì)微環(huán)節(jié)；命題形式一般以選擇題或填空題為主，也可能與其他學(xué)問綜合出題．真題例析(2024·全國卷Ⅰ)某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的電路探究在25～80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性．所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25℃時(shí)的阻值)為900.0Ω；電源E(6V，內(nèi)阻可忽視)；電壓表eq\o\ac(○,V)(量程150mV)；定值電阻R0(阻值20.0Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9Ω)；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2.試驗(yàn)時(shí)，先按圖甲連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃.將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)整R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)整R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，登記此時(shí)R2的讀數(shù)．逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃.試驗(yàn)得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表.t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：(1)在閉合S1前，圖甲中R1的滑片應(yīng)移動到________(填“a”或“b”)端．(2)在圖乙的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2t曲線．圖乙圖丙(3)由圖乙可得到RT在25～80℃范圍內(nèi)的溫度特性．當(dāng)t＝44.0℃時(shí)，可得RT＝________Ω.(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖丙所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為________℃.解析：本題主要考查探討小燈泡的伏安特性試驗(yàn)、利用伏安特性曲線計(jì)算實(shí)際功率及其相關(guān)的學(xué)問點(diǎn)，意在考查考生對小燈泡伏安特性曲線的理解和敏捷運(yùn)用相關(guān)學(xué)問，解決實(shí)際問題的實(shí)力．(1)圖甲的電路滑動變阻器采納限流接法，在閉合S1前，R1應(yīng)當(dāng)調(diào)整到接入電路部分的電阻值最大，使電路中電流最小，即圖甲中的R1的滑片應(yīng)移到b端．(2)將t＝60℃和t＝70℃對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)對應(yīng)畫在坐標(biāo)圖上，然后用平滑曲線過盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出R2-t圖象．(3)依據(jù)題述試驗(yàn)過程可知，測量的R2數(shù)據(jù)等于對應(yīng)的熱敏電阻RT的電阻值．由畫出的R2-t圖象可知，當(dāng)t＝44.0℃時(shí)，對應(yīng)的RT＝460Ω.(4)由畫出的R2-t圖象可知，當(dāng)RT＝620.0Ω，則手心溫度t＝33.0℃.答案：(1)b(2)如圖所示(3)450.0(4)620.033.0針對訓(xùn)練如圖a是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽視不計(jì))探討自感現(xiàn)象的試驗(yàn)電路，圖中兩個(gè)電阻的阻值均為R，L是一個(gè)自感系數(shù)足夠大的自感線圈，其直流電阻值也為R.圖b是某同學(xué)畫出的在t0時(shí)刻開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，通過傳感器的電流隨時(shí)間變更的圖象．關(guān)于這些圖象，下列說法中正確的是()A．圖甲是通過傳感器1的電流隨時(shí)間變更的狀況B．圖乙是通過傳感器1的電流隨時(shí)間變更的狀況C．圖丙是通過傳感器2的電流隨時(shí)間變更的狀況D．圖丁是通過傳感器2的電流隨時(shí)間變更的狀況解析：開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，傳感器1中的電流立即變?yōu)榱?，如圖??；傳感器2中的電流由于線圈的自感作用，電流反向并漸漸減小，C正確，A、B、D錯誤．答案：C1．(2024·全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻限制的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，供應(yīng)的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而減小，在60℃時(shí)阻值為650.0Ω.(1)完成待調(diào)整的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線．(2)在電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(選填“R1”或“R2”)．(3)依據(jù)下列步驟調(diào)整此報(bào)警系統(tǒng)．①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到肯定的阻值，依據(jù)試驗(yàn)要求，這一阻值為____________Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)端旁邊，不能置于另一端的緣由是___________________．②將開關(guān)向________(選填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_______________________________________．(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常運(yùn)用．解析：(1)依據(jù)題意可知，本試驗(yàn)要求能用電阻箱進(jìn)行校準(zhǔn)，故電阻箱應(yīng)與熱敏電阻并聯(lián)，利用單刀雙擲開關(guān)進(jìn)行限制；它們再與報(bào)警器和滑動變阻器串聯(lián)即可起到報(bào)警作用；(2)電壓為18V，而報(bào)警時(shí)的電流為10mA，此時(shí)電阻約為：R＝eq\f(18,10×10－3)Ω＝1800Ω，而熱敏電阻的阻值約為650Ω，故滑動變阻器接入電阻約為1150Ω，故應(yīng)選擇R2；(3)①因要求熱敏電阻達(dá)到60℃時(shí)報(bào)警，此時(shí)電阻為650Ω，故應(yīng)將電阻箱調(diào)整至650Ω，然后由最大調(diào)整滑動變阻器，直至報(bào)警器報(bào)警，故起先時(shí)滑片應(yīng)在b端；目的是讓電流由小到大調(diào)整，保證報(bào)警器的平安運(yùn)用；②將開關(guān)接到c端與電阻箱連接，調(diào)整滑動變阻器直至報(bào)警器起先報(bào)警即可；然后再接入熱敏電阻，電路即可正常工作．答案：(1)如圖所示(2)R2(3)①650.0b保證報(bào)警器的平安運(yùn)用②c報(bào)警器起先報(bào)警2．(多選)美國科學(xué)家WillardS．Boyle與GeorgeE．Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要獨(dú)創(chuàng)榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎．CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器．下列器件可作為傳感器的有()A．發(fā)光二極管 B．熱敏電阻C．霍爾元件 D．干電池解析：熱敏電阻的阻值隨溫度的變更而變更，可以把溫度轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，而霍爾元件可以把磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，熱敏電阻和霍爾元件可作為傳感器，B、C正確．答案：BC3．(多選)如圖所示為握力器原理示意圖，握力器把手上的連桿與彈簧一起上下移動，握力的大小可通過肯定的換算關(guān)系由電流表的示數(shù)獲得．當(dāng)人緊握握力器時(shí)，假如握力越大，下列推斷正確的有()A．電路中電阻越大 B．電路中電阻越小C．電路中電流越小 D．電路中電流越大解析：由題圖可知，握力越大，變阻器接入電路的電阻越小，外電路的總電阻越小，故A錯誤，B正確；依據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路中電流越大．故C錯誤，D正確．答案：BD4．(2024·江蘇卷)某同學(xué)通過試驗(yàn)制作一個(gè)簡易的溫控裝置，試驗(yàn)原理電路圖如圖甲所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當(dāng)繼電器的電流超過15mA時(shí)，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實(shí)現(xiàn)溫控．繼電器的電阻約20Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示.t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)供應(yīng)的試驗(yàn)器材有：電源E1(3V，內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6V，內(nèi)阻不計(jì))、滑動變阻器R1(0～200Ω)、滑動變阻器R2(0～500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干．為使該裝置實(shí)現(xiàn)對30～80℃之間任一溫度的限制，電源E應(yīng)選用________(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2”)．(2)試驗(yàn)發(fā)覺電路不工作．某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測量各接點(diǎn)間的電壓，則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開關(guān)旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)．(3)合上開關(guān)S，用調(diào)整好的多用電表進(jìn)行排查．在圖甲中，若只有b、c間斷路，則應(yīng)發(fā)覺表筆接入a、b時(shí)指針____________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時(shí)指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)．(4)解除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時(shí)被吸合，下列操作步驟的正確依次是________(填寫各步驟前的序號)．①將熱敏電阻接入電路②視察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除④合上開關(guān)，調(diào)整滑動變阻器的阻值⑤斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω解析：(1)假如電源用E1，則在t＝30℃時(shí)電路中的最大電流Im＝eq\f(3,199.5＋20)A≈13.67mA<15mA，故不能實(shí)現(xiàn)對此溫度的限制，因此電源應(yīng)選用E2；為了在t＝80℃時(shí)實(shí)現(xiàn)對溫度的限制，設(shè)滑動變阻器阻值的最大值至少為R′，則eq\f(6V,R′＋20Ω＋49.1Ω)＝0.015A，解得R′＝330.9Ω，因此滑動變阻器應(yīng)選用R2.(2)要用多用電表的直流電壓擋檢測故障，應(yīng)將選擇開關(guān)旋至C.(3)假如只有b、c間斷路，說明b點(diǎn)與電源的負(fù)極間沒有形成通路，a、b間的電壓為零，表筆接在a、b間時(shí)，指針不偏轉(zhuǎn)；c點(diǎn)與電源的負(fù)極間形成通路，a與電源的正極相通，a、c間有電壓，因此兩表筆接入a、c間時(shí)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．(4)解除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時(shí)被吸合，應(yīng)先斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，并將阻值調(diào)至108.1Ω，合上開關(guān)，調(diào)整滑動變阻器的阻值，直至視察到繼電器的銜鐵被吸合，這時(shí)斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除，將熱敏電阻接入電路．因此操作