《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 傳感器 第3-4節(jié) 生活中的傳感器 簡單的光控和溫控電路（選學(xué)）練習(xí) 教科版選修3-2.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 傳感器 第3-4節(jié) 生活中的傳感器 簡單的光控和溫控電路（選學(xué)）練習(xí) 教科版選修3-2.docx（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第3節(jié)　生活中的傳感器 第4節(jié)　簡單的光控和溫控電路 1．在家用電器中使用最多的是______傳感器，其次是______、______、____、磁、壓力、煙霧、聲敏等傳感器． 2．模糊洗衣機(jī)中的傳感器有：______傳感器、________傳感器、________傳感器、______傳感器、________傳感器、臟污程度傳感器、脫水傳感器等． 3．集成電路又稱IC，是在______上集合各種電子器件，實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是__________中最重要的部分． 4．傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是(　　) A．生物傳感器 B．紅外傳感器 C．溫度傳感器D．壓力傳感器 5．下列器件是應(yīng)用力傳感器的是(　　) A．鼠標(biāo)器 B．火災(zāi)報警器 C．測溫儀D．電子秤 6．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實際上是電視機(jī)中的傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程．下列屬于這類傳感器的是(　　) A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關(guān) C．自動洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 D．電飯鍋中控制加熱和保溫的溫控器 【概念規(guī)律練】 知識點一　生活中的傳感器 1．如圖1所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)．銅制的測溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個溫度傳感器．膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接．盒中氣體的壓強(qiáng)增大時，盒體就會膨脹．測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機(jī)的工作．拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上．連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸．凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力． (1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機(jī)能夠自動開始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？ (2)為什么用凸輪可以改變設(shè)定的溫度？ 圖1 2．溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，一般由半導(dǎo)體材料的熱敏電阻制成，它可以把熱信號轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)行自動控制，電飯鍋、電飯煲的自動加熱和保溫就是借助于溫度傳感器來完成的． 電飯鍋中應(yīng)用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體．感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的，它的特點是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了．這個溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”． 電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖2所示，試回答以下問題： (1)開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？ (2)煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度？為什么？ (3)飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？ (4)如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？ 圖2 知識點二　簡單的光控電路和溫控電路 3．路燈晚上為我們照亮道路，天亮之后熄滅，它是通過光線來實現(xiàn)自動控制的，使電路在天亮?xí)r自動切斷，天黑則自動導(dǎo)通，圖3可以模擬光控自動照明電路，其中各元件的參數(shù)如下，其中發(fā)光二極管相當(dāng)于路燈． 圖3 如何調(diào)試來實現(xiàn)天暗時自動發(fā)光，天亮?xí)r自動熄滅？ 4．使用電熨斗時，必須控制電加熱過程，以免過熱損壞衣服．這就要求，電熨斗的溫度低于指定值時電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時要將電源關(guān)閉，請仿照上題中的光控電路設(shè)計一個溫控電路． 【方法技巧練】 傳感器問題的分析技巧 5．電熨斗在達(dá)到設(shè)定的溫度后就不再升溫，當(dāng)溫度降低時又會繼續(xù)加熱，使它總與設(shè)定的溫度相差不多．在熨燙不同的織物時，設(shè)定的溫度可以不同，進(jìn)行這樣的控制，靠的是溫度傳感器．電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷，如圖4所示為電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，圖中雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬的膨脹系數(shù)，請結(jié)合所學(xué)知識回答以下問題： 圖4 (1)常溫下，上、下觸點應(yīng)當(dāng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時雙金屬片將起怎樣的作用？ (2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？ 6．如圖5所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動，彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.求： 圖5 (1)托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1； (2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離A的距離x2； (3)在托盤上未放物體時通常先校準(zhǔn)零點，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零．校準(zhǔn)零點后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式． 1．如圖6所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣取?，則可判斷(　　) 圖6 A．θ′＝θB．θ′<θ C．θ′>θD．不能確定θ和θ′的關(guān)系 2．在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān)，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是(　　) A．光傳感器B．溫度傳感器 C．聲傳感器D．壓力傳感器 3. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計．加速度計構(gòu)造和原理的示意圖如圖7所示：沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為x，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(　　) 圖7 A．方向向左，大小為kx/m B．方向向右，大小為kx/m C．方向向左，大小為2kx/m D．方向向右，大小為2kx/m 4．某小型電磁繼電器，其中L為含鐵芯的線圈．P為可繞O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求如圖8所示．其工作方式是(　　) 圖8 A．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路并聯(lián) 5．下列器件不是應(yīng)用溫度傳感器的是(　　) A．電熨斗 B．話筒 C．電飯鍋 D．測溫儀 6．某市為了節(jié)約能源，合理適時地使用路燈，要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制．這是利用半導(dǎo)體的(　　) A．壓敏性B．光敏性 C．熱敏性D．三種特性都利用了 7．如圖9所示為一種自動跳閘的閘刀開關(guān)，O是轉(zhuǎn)動軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、B＝1 T的勻強(qiáng)磁場中，CO間距離為10 cm，當(dāng)磁場力為0.2 N時，閘刀開關(guān)會自動跳開．則要使閘刀開關(guān)能跳開，CO中通過的電流的大小和方向為(　　) 圖9 A．電流方向C→O B．電流方向O→C C．電流大小為1 AD．電流大小為0.5 A 8．利用傳感器和計算機(jī)可以研究快速變化的力的大?。畬嶒灂r，把圖10甲中的小球舉高到繩子的懸點O處，然后讓小球自由下落．用這種方法獲得的彈性繩的拉力隨時間的變化圖線如圖乙所示．根據(jù)圖線所提供的信息，以下判斷正確的是(　　) 圖10 A．t2時刻小球所處位置是運動中最高點 B．t1～t2期間小球速度先增大后減小 C．t3時刻小球動能最小 D．t2與t5時刻小球速度大小不同 9．如圖11所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、電鍵K與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中．兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球．K斷開時傳感器上有示數(shù)，K閉合時傳感器上恰好無示數(shù)．則線圈中的磁場B的變化情況和磁通量變化率分別是(　　) 圖11 A．正在增加，＝B．正在減弱，＝ C．正在減弱，＝D．正在增加，＝ 題　號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答　案 10．一般的電熨斗用合金絲做發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖12中實線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣服厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大的范圍內(nèi)波動，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3，被稱為“PTC”的特殊材料做發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點．PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖12中實線②所示． 圖12 根據(jù)圖線分析： (1)為什么處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快？ (2)通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在______＜t＜______范圍之內(nèi)． 11．青島奧運會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能．用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制．光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天)時電阻幾乎為0：照射光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大．利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開．電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接．當(dāng)勵磁線圈中電流大于50 mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50 mA時，3、4接通．勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA. 圖13 (1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖． 光敏電阻R1，符號 燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號 保護(hù)電阻R2，符號 電磁開關(guān)，符號 蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很小；開關(guān)S，導(dǎo)線若干． (2)回答下列問題： ①如果勵磁線圈的電阻為200 Ω，勵磁線圈允許加的最大電壓為__________V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為________Ω. ②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ǎ疄榇耍姶砰_關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明． 答：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. ③任意舉出一個其它的電磁鐵應(yīng)用的例子． 答：________________________________________________________________________. 第3節(jié)　生活中的傳感器 第4節(jié)　實驗探究：簡單的光控和溫控電路 答案 課前預(yù)習(xí)練 1．溫度　濕度　氣體　光 2．水位　負(fù)載量　水溫　布質(zhì)　洗滌粉 3．硅板　電子設(shè)備 4．C　[空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，所以內(nèi)部使用了溫度傳感器，故C正確．] 5．D　[鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災(zāi)報警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D正確．] 6．A　[遙控器發(fā)出紅外線，電視中的傳感器感知紅外線，是紅外線傳感器，所以A選項正確．] 課堂探究練 1．見解析 解析　(1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盒體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機(jī)自動開始工作，而在達(dá)到設(shè)定的溫度時彈簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機(jī)停止工作． (2)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運動，而彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度． 2．見解析 解析　(1)開始煮飯時用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸觸點接通，電熱板通電加熱；手松開后，由于永磁體與感溫磁體的吸引，按鈕不會恢復(fù)到圖示狀態(tài)． (2)煮飯時，水沸騰后鍋內(nèi)保持100℃不變，因為水的沸點為100℃，只要有水溫度就不變． (3)水分被大米吸收后，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱． (4)如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”電飯鍋不能自動斷電，只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電． 3．見解析 解析　將光敏電阻用黑紙包住使它不被光照亮，如果發(fā)光二極管不亮，則調(diào)節(jié)電位器R1，直到發(fā)光二極管發(fā)光為止．然后將包裹光敏電阻的黑紙打開，看它是否熄滅，如果此時發(fā)光二極管不熄滅，則再調(diào)節(jié)電位器．反復(fù)使光敏電阻遮光或見光，直到可以實現(xiàn)發(fā)光二極管在光敏電阻有光照時熄滅，無光照時發(fā)光為止． 4．見解析 解析　只需將上題光控電路中的光敏電阻RG換成熱敏電阻RT即可，用訊響器發(fā)聲代表電加熱器通電，電路如下圖所示 調(diào)試時：調(diào)試R1使RT的溫度低于某一指定值時M741后面的電路接通，使RT的溫度高于某一指定值時M741后面的電路斷開． 5．(1)常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片上、下表面受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹?。畡t雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用． (2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性銅片升降，從而改變觸點接觸的位置，達(dá)到控制不同溫度的目的． 6．(1)　(2)　(3)m＝U 解析　托盤的移動帶動P1移動，使P1、P2間出現(xiàn)電勢差，電勢差的大小反映了托盤向下移動距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長度成正比． (1)由力的平衡知識知m0g＝kx1，解得x1＝ (2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2 解得x2＝ (3)由閉合電路歐姆定律知E＝IR， 由部分電路歐姆定律知U＝IR串， 由＝，其中x為P1、P2間的距離，則x＝x2－x1＝ 聯(lián)立解得m＝U 方法總結(jié)　分析傳感器問題要注意四點 (1)感受量分析 要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等． (2)輸出信號分析 明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律． (3)電路結(jié)構(gòu)分析 認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律． (4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析 傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程． 課后鞏固練 1．B　[光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，開始時有光照射，光敏電阻的阻值較小，當(dāng)手掌擋住部分光線時，光敏電阻的阻值增大，因為歐姆表的零刻度在表盤的右側(cè)，所以歐姆表測電阻時，阻值越大，指針張角越小，所以選項B正確．] 2．D　[當(dāng)電梯門碰到人或其他障礙物時立即停止關(guān)門以防擠傷人，故為壓力傳感器．] 3．D　[滑塊隨導(dǎo)彈一起做加速運動，向左偏離O點的距離為x，使左側(cè)彈簧被壓縮，右側(cè)彈簧被拉長，則滑塊所受合力為2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛頓第二定律得：2kx＝ma，滑塊加速度大小為：a＝2kx/m，故選D.] 4．A　[A、B接電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放，從而使C、D接通或斷開，進(jìn)而起到控制作用．故正確答案為A.] 5．B 6．B　[題目中半導(dǎo)體應(yīng)能感知光照強(qiáng)度變化，并輸出電信號，控制電路通斷，所以利用了半導(dǎo)體的光敏性，故B正確．] C，由B＝得I＝＝2A．→C，由B＝得I＝＝2A．] 8．B　[ 小球下落的軌跡如右圖所示，B處為繩子原長處，C處為小球重力與繩上拉力相等處，D處為小球下落的最低點，在F－t圖中，0～t1小球在OB間下落，t1～t2小球在BD間下落，t2～t3小球由D回到B處，t3～t4小球在BO間上升，而后下落至B點．由F－t圖知，小球在t2時刻下落到最大距離，然后最大距離在逐漸減小，由以上分析知，小球的最大速度出現(xiàn)在C點，對應(yīng)于t1～t2之間，A錯，B對．小球動能最小出現(xiàn)在t2時刻 或t3～t4間某時刻，C錯誤．t2和t5分別對應(yīng)小球先后兩次下落過程中經(jīng)過最低點的時刻，速度大小為零，D錯誤．] 9．D　[K閉合時傳感器上恰好無示數(shù)，說明小球受豎直向上的電場力，且電場力大小等于重力．由楞次定律可判斷磁場B正在增強(qiáng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n＝U，又q＝mg得＝，故D正確．] 10．(1)見解析　(2)T6　T7 解析　(1)由于冷態(tài)時PTC材料電阻很小，故由P＝知，其發(fā)熱功率很大，所以升溫很快． (2)在T6～T7之間，電熨斗放出的熱量和產(chǎn)生的熱量才有可能相等，達(dá)到熱平衡狀態(tài)，所以電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在T6＜t＜T7范圍之內(nèi)． 11．(1)見解析 (2)①20　160～320 ②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，3、4之間斷開 ③電磁起重機(jī) 解析　(1)要使光敏電阻能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行控制，且有光照時路燈熄滅，光敏電阻應(yīng)與1、2串聯(lián)，3、4與路燈串聯(lián)，則電路圖如右圖所示． (2)①由U＝IR得勵磁線圈允許加的最大電壓Um＝ImR＝0.1200V＝20V；依據(jù)允許通過勵磁線圈的電流最大值和最小值計算得R2min＝＝Ω＝160Ω，R2max＝＝Ω＝320Ω，因此保護(hù)電阻R2的阻值范圍為160～320Ω； ②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，3、4之間斷開． ③電磁起重機(jī)．