1、一、传感器的工作原理一、传感器的工作原理1.1.概念概念: :能够感受外界信息能够感受外界信息, ,并将其按照一定的规律转并将其按照一定的规律转换成换成 的器件或装置的器件或装置, ,叫传感器叫传感器. .2.2.组成组成: :一般由一般由 、转换器件、转换电路三个部、转换器件、转换电路三个部分组成分组成. .3.3.原理原理: :通过对某一物理量敏感的元件通过对某一物理量敏感的元件, ,将感受到的物将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量理量按一定规律转换成便于测量的量. .例如例如, ,光电传光电传感器利用感器利用 将光信号转换成电信号将光信号转换成电信号; ;热电传热电传感器利用感器
2、利用 将温度信号转换成电信号将温度信号转换成电信号. .第第2 2课时课时 传感器的原理及应用传感器的原理及应用 考点自清考点自清电信号电信号敏感元件敏感元件光敏电阻光敏电阻热敏电阻热敏电阻4.4.流程流程: :5.5.类别类别: :最简单的传感器由一个敏感元件最简单的传感器由一个敏感元件( (兼转换器兼转换器) )组组成成, ,它感受被测量时它感受被测量时, ,直接输出电学量直接输出电学量, ,如热电偶如热电偶. .有有的传感器由敏感元件和转换器件组成的传感器由敏感元件和转换器件组成, ,设有转换电路设有转换电路, ,如光电池、光电管等如光电池、光电管等; ;有的传感器有的传感器, ,转换电
3、路不止一转换电路不止一个个, ,要经过若干次转换要经过若干次转换. .6.6.传感器的分类传感器的分类: :目前对传感器尚无一个统一的分类方目前对传感器尚无一个统一的分类方法法, ,常用的分类方法有两个常用的分类方法有两个: : (1)(1)按按 分类分类, ,如输入量分别为温度、压力、位如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时移、速度、加速度等非电学量时, ,相应的传感器称为相应的传感器称为 传感器、传感器、 传感器、传感器、 传感器、速度传传感器、速度传感器、加速度传感器感器、加速度传感器. .(2)(2)按传感器的按传感器的 分类分类, ,可分为可分为 传感器、传感器、
4、传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等器、光电传感器、光栅传感器等. .7.7.传感器的元件传感器的元件: :制作传感器时经常使用的元件有光敏制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等. .输入量输入量温度温度压力压力位移位移工作原理工作原理电阻电阻电容电容二、传感器的应用二、传感器的应用1.1.力传感器的应用力传感器的应用电子秤电子秤(1)(1)作用作用: :称量物体重量称量物体重量(2)(2)敏感元件敏感元件: :应变片应变片. .应变片能够把物体形变这个
5、力应变片能够把物体形变这个力学量转换为学量转换为 这个电学量这个电学量. .2.2.声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒(1)(1)话筒的作用话筒的作用: :把声信号转换为电信号把声信号转换为电信号. .(2)(2)话筒分类话筒分类: :电容式话筒电容式话筒; ;驻极体话筒驻极体话筒; ;动圈动圈式话筒式话筒. .电压电压3.3.温度传感器温度传感器: :敏感元件敏感元件: :热敏电阻和热敏电阻和 ; ;应用应用: :电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器. .4.4.光传感器光传感器: :敏感元件敏感元件: :光敏电阻、光电管、光电二光敏电阻、光电管、光电二极管
6、、光电三极管等极管、光电三极管等; ;应用应用: :鼠标、火灾报警器、鼠标、火灾报警器、光控开关光控开关. .金属热电阻金属热电阻热点一热点一 传感器的元件传感器的元件1.1.光敏电阻光敏电阻: :光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量电阻这个电学量. .(1)(1)特性特性: :光敏电阻在被光照射时电阻发生变化光敏电阻在被光照射时电阻发生变化. .光照光照增强增强, ,电阻变小电阻变小; ;光照减弱光照减弱, ,电阻增大电阻增大. .(2)(2)工作原理工作原理: :光敏电阻是用半导体材料制成的光敏电阻是用半导体材料制成的, ,硫化硫化镉在无光
7、时镉在无光时, ,载流子载流子( (导电电荷导电电荷) )极少极少, ,导电性能不好导电性能不好; ;随着光照的增强随着光照的增强, ,载流子也增多载流子也增多, ,导电性能变好导电性能变好. .热点聚焦热点聚焦2.2.热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻: :热敏电阻或金属热电阻能把热敏电阻或金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量温度这个热学量转换为电阻这个电学量. .(1)(1)特性特性: :金属的电阻率随温度的升高而增大金属的电阻率随温度的升高而增大, ,用金属用金属丝可以制作温度传感器丝可以制作温度传感器, ,称为热电阻称为热电阻. .有些半导体有些半导体, ,电电阻率随
8、温度的变化非常明显阻率随温度的变化非常明显; ;温度上升时温度上升时, ,有些半导有些半导体的导电能力增强体的导电能力增强. .(2)(2)电阻电阻温度特性曲线温度特性曲线( (如图如图1 1所示所示) )a a金属导线金属导线; ;b b热敏电阻热敏电阻. .图图1 1特别提示特别提示对于金属热电阻其阻值随温度的升高而增大对于金属热电阻其阻值随温度的升高而增大, ,而一般而一般的半导体热敏电阻其阻值随温度的升高而减小的半导体热敏电阻其阻值随温度的升高而减小. .3.3.霍尔元件霍尔元件: :霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量换为电压这个
9、电学量. .(1)(1)特性特性: :霍尔电压霍尔电压U UH H= ,= ,式中式中d d为薄片的厚度为薄片的厚度, ,k k为为霍尔系数霍尔系数, ,它的大小与薄片的材料有关它的大小与薄片的材料有关. .一个霍尔元一个霍尔元件的件的d d、k k为定值为定值, ,再保持再保持I I恒定恒定, ,则则U UH H的变化就与的变化就与B B成成正比正比( (如图如图2 2所示所示).).dIBk(2)(2)工作原理工作原理: :外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力, ,在导体板的一侧聚集在导体板的一侧聚集, ,在导体板的另一侧会出现多余的在导体板的另一侧会出现多
10、余的另一种电荷另一种电荷, ,从而形成横向电场从而形成横向电场; ;横向电场对电子施加横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力与洛伦兹力方向相反的静电力. .当静电力与洛伦兹力达当静电力与洛伦兹力达到平衡时到平衡时, ,导体板左右两侧会形成稳定的电压导体板左右两侧会形成稳定的电压. .图图2 2热点二热点二 常用的电容式传感器常用的电容式传感器1.1.角度的电容式传感器角度的电容式传感器, ,原理是当旋转动片时原理是当旋转动片时, ,电容器电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化, ,从而引从而引起电容发生变化起电容发生变化. .如图如图3 3甲所
11、示甲所示. . 图图3 32.2.液体的电容式传感器液体的电容式传感器, ,原理是导电液体相当于电容器原理是导电液体相当于电容器的一个极板的一个极板, ,当液体的深度发生变化时当液体的深度发生变化时, ,相当于两个相当于两个极板的正对面积发生变化极板的正对面积发生变化, ,从而电容发生变化从而电容发生变化. .如图如图乙所示乙所示. .3 3.位移的电容式传感器位移的电容式传感器,原理是当电解质板插入两金属原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时极板间不同的距离时,随着电解质板位移的变化随着电解质板位移的变化,电容电容随之变化随之变化.如图丙所示如图丙所示.4.4.压力的电容式传感器压力的
12、电容式传感器,原理是当作用在一个电极上的原理是当作用在一个电极上的压力改变时压力改变时,金属片的形状发生变化金属片的形状发生变化,两金属板的距离两金属板的距离发生变化发生变化,电容随之改变电容随之改变.如图丁所示如图丁所示.5.5.机械式鼠标机械式鼠标(1)(1)内部构成内部构成: :滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管外接收管( (光传感器光传感器),),如图如图4 4所示所示. .(2)(2)工作原理工作原理: :鼠标移动时鼠标移动时, ,滚球运动通过滚轴带动两滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动个码盘转动, ,红外接收管就收到断续的红外线脉冲红外接收管就收
13、到断续的红外线脉冲, ,输出相应的电脉冲信号输出相应的电脉冲信号, ,计算机分别统计计算机分别统计x x、y y两个方两个方向上的脉冲信号向上的脉冲信号, ,处理后就使屏幕上的光标产生相应处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移的位移. . 图图4 4题型探究题型探究题型题型1 1 传感器的工作原理传感器的工作原理【例例1】 如图如图5甲是某同学设计的电容式速度传感器原甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图理图,其中上板为固定极板其中上板为固定极板,下板为待测物体下板为待测物体,在两极在两极板间电压恒定的条件下板间电压恒定的条件下,极板上所带电荷量极板上所带电荷量Q Q将随待将随待测物体的上下运动
14、而变化测物体的上下运动而变化.若若Q Q随时间随时间t t的变化关系为的变化关系为Q Q= （a a、b b为大于零的常数）为大于零的常数）,其图象如图乙所其图象如图乙所示示,那么图丙、图丁中反映极板间场强大小那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E E和物体和物体速率速率v v随随t t变化的图线可能是变化的图线可能是（）atb图图5 5 A.A.和和B.B.和和C.C.和和D.D.和和 本题解题的关键点是本题解题的关键点是(1)(1)电容器的基本公式电容器的基本公式U U= .= .(2)(2)匀强电场中满足匀强电场中满足E E= .= .(3)(3)根据函数确定图象大致形状根据函数确定图象大
15、致形状. .CQdU思路点拨思路点拨解析解析 平行板电容器间电压恒定平行板电容器间电压恒定, ,板间场强板间场强E E= = , ,故故E EQ Q, ,即即E E , ,故故可能正确可能正确. .板间电荷量板间电荷量Q Q= =UCUC= =U U , ,与已知与已知Q Q随时间的随时间的变化关系对比可知变化关系对比可知d d(t t+ +a a),),即待测物体的运动为匀速即待测物体的运动为匀速运动运动, ,故故可能正确可能正确. .答案答案 C CCdQdUSQdSQkkd44atbkdkD44SUS本题以电容式速度传感器和图象立意命题本题以电容式速度传感器和图象立意命题,考查了考查了匀
16、强电场中的场强与电势差的关系、平行板电容器知匀强电场中的场强与电势差的关系、平行板电容器知识和用图象表示物理量之间的关系等识和用图象表示物理量之间的关系等,本题难度较大本题难度较大.求求解本题解本题,要注意利用要注意利用“Q Q随时间随时间t t的变化关系的变化关系Q Q= 及及其图象乙其图象乙”这一信息这一信息,然后结合电场相关知识导出图丙、然后结合电场相关知识导出图丙、图丁涉及的两物理量间的数学关系式图丁涉及的两物理量间的数学关系式,进而判断给定图进而判断给定图象的正误象的正误.atb方法提炼方法提炼变式练习变式练习1 如图如图6 6所示是电饭锅的结构所示是电饭锅的结构, ,试回答下列问试
17、回答下列问题题: :(1)(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度? ?为什么为什么? ?图图6 6(3)(3)饭熟后饭熟后, ,水分被大米吸收水分被大米吸收. .锅底的温度会有什么变化锅底的温度会有什么变化? ?这时电饭锅会自动地发生哪些动作这时电饭锅会自动地发生哪些动作? ? (4)(4)如果用电饭锅烧水如果用电饭锅烧水, ,能否在水沸腾后自动断电能否在水沸腾后自动断电?
18、 ?为什为什么么? ?答案答案 (1)(1)开始煮饭时压下手动开关开始煮饭时压下手动开关, ,使永磁体和感温使永磁体和感温磁体吸合磁体吸合, ,以保持触点接触以保持触点接触, ,接通电热电路接通电热电路; ;手松开后这手松开后这个按钮不会恢复到图示状态个按钮不会恢复到图示状态, ,因为永磁体与感温磁体相因为永磁体与感温磁体相互吸引互吸引, ,弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态. .(2)(2)水沸腾后水沸腾后, ,锅内的温度应大致保持在锅内的温度应大致保持在100,100,因为水因为水的沸点是的沸点是100,100,此时水分未被米吸收完此时水分未被米吸收完, ,锅
19、内水分较充锅内水分较充足足, ,所以能保持一段时间所以能保持一段时间. .(3)(3)饭熟后饭熟后, ,水分被大米吸收水分被大米吸收, ,锅底温度会由锅底温度会由100100升到升到103,103,达到居里点达到居里点, ,此时开关按钮会自动弹起此时开关按钮会自动弹起, ,断开加断开加热电路热电路, ,进入保温状态进入保温状态. .因为锅底温度达到因为锅底温度达到103103时时, ,感感温磁体失去磁性温磁体失去磁性, ,永磁体再不能与它吸合永磁体再不能与它吸合, ,在弹簧的作在弹簧的作用下用下, ,开关按钮恢复初始状态开关按钮恢复初始状态. .(4)(4)如果用电饭锅烧水如果用电饭锅烧水,
20、,水沸腾后不能自动断电水沸腾后不能自动断电, ,因为水因为水沸腾的温度是沸腾的温度是100,100,而不能达到而不能达到103(103(居里点居里点),),水将水将一直沸腾直到烧干一直沸腾直到烧干. .题型题型2 2 温度传感器的应用温度传感器的应用【例例2】 如图如图7 7所示所示,图甲为热敏电阻的图甲为热敏电阻的R Rt t图象图象,图乙图乙为用此热敏电阻为用此热敏电阻R R和继电器组成的一个简单恒温箱温控和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路电路,继电器的电阻为继电器的电阻为100100 .当线圈的电流大于或等于当线圈的电流大于或等于2020 mA时时,继电器的衔铁被吸合继电器的衔铁被吸合
21、.为继电器线圈供电的电为继电器线圈供电的电池的电动势池的电动势E E=9.09.0 V,内阻可以不计内阻可以不计.图中的图中的“电源电源”是是恒温箱加热器的电源恒温箱加热器的电源.问问:图图7 7(1)(1)应该把恒温箱内的加热器接在应该把恒温箱内的加热器接在 ( (填填“A A、B B”端或端或“C C、D D”端端).).(2)(2)如果要使恒温箱内的温度保持如果要使恒温箱内的温度保持50,50,可变电阻可变电阻R R的的阻值应调节为阻值应调节为 .思维导图解析解析 恒温箱内的加热器应接在恒温箱内的加热器应接在A A、B B端端. .当线圈中的电当线圈中的电流较小时流较小时, ,继电器的衔
22、铁在上方继电器的衔铁在上方, ,恒温箱的加热器处于恒温箱的加热器处于工作状态工作状态, ,恒温箱内温度升高恒温箱内温度升高. .随着恒温箱内温度升高随着恒温箱内温度升高, ,热敏电阻热敏电阻R R的阻值变小的阻值变小, ,则线圈则线圈中的电流变大中的电流变大, ,当线圈的电流大于或等于当线圈的电流大于或等于20 mA20 mA时时, ,继电继电器的衔铁被吸到下方来器的衔铁被吸到下方来, ,则恒温箱加热器与电源断开则恒温箱加热器与电源断开, ,加热器停止工作加热器停止工作, ,恒温箱内温度降低恒温箱内温度降低. .随着恒温箱内温度降低随着恒温箱内温度降低, ,热敏电阻热敏电阻R R的阻值变大的阻
23、值变大, ,则线圈则线圈中的电流变小中的电流变小, ,当线圈的电流小于当线圈的电流小于20 mA20 mA时时, ,继电器的衔继电器的衔铁又被释放到上方铁又被释放到上方, ,则恒温箱加热器又开始工作则恒温箱加热器又开始工作, ,这样这样就可以使恒温箱内保持在某一温度就可以使恒温箱内保持在某一温度. .要使恒温箱内的温度保持要使恒温箱内的温度保持50,50,即即5050时线圈内的电流时线圈内的电流为为20 mA.20 mA.由闭合电路欧姆定律由闭合电路欧姆定律I I = ,= ,r r为继电器为继电器的电阻的电阻. .由图甲可知由图甲可知,50,50时热敏电阻的阻值为时热敏电阻的阻值为90 ,9
24、0 ,所以所以R R= -= -R R- -r r=260 .=260 .答案答案 (1)(1)A A、B B端端 (2)260(2)260RRrEIE变式练习变式练习2 2 传感器担负着信息的采集任务传感器担负着信息的采集任务, ,在自动控在自动控制中发挥着重要作用制中发挥着重要作用, ,传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量( (如温度、光、声等如温度、光、声等) )转换成便于测量的量转换成便于测量的量( (通常是电学通常是电学量量),),例如热敏传感器例如热敏传感器, ,主要是应用了半导体材料制成的主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻热敏电阻. .热敏电阻阻值随温度变化的图
25、线如图热敏电阻阻值随温度变化的图线如图8 8甲所甲所示示, ,图乙是由热敏电阻图乙是由热敏电阻R Rt t作为传感器制作的简单自动报作为传感器制作的简单自动报警器的线路图警器的线路图. .问问: :图图8 8(1)(1)为了使温度过高时报警器铃响为了使温度过高时报警器铃响, ,c c应接在应接在 ( (填填a a或或b b).).(2)(2)若使启动报警的温度提高些若使启动报警的温度提高些, ,应将滑动变阻器滑片应将滑动变阻器滑片P P点向点向 移动移动( (填左或右填左或右).).(3)(3)如果在调试报警器达最低报警温度时如果在调试报警器达最低报警温度时, ,无论如何调无论如何调节滑动变阻
26、器滑片节滑动变阻器滑片P P都不能使报警器工作都不能使报警器工作, ,且电路连接且电路连接完好完好, ,各电路元件都能处于工作状态各电路元件都能处于工作状态, ,则造成工作电路则造成工作电路实际不能工作的原因可能是实际不能工作的原因可能是 . .答案答案 (1)(1)a a (2)(2)左左 (3)(3)可能是乙图中左边电源电压太可能是乙图中左边电源电压太低或者线圈的匝数太少或者弹簧的劲度系数太大等低或者线圈的匝数太少或者弹簧的劲度系数太大等题型题型3 3 压力传感器的应用压力传感器的应用【例例3】 如图如图9所示为某种电子秤的原理示意图所示为某种电子秤的原理示意图,ABAB为为一均匀的滑动变
27、阻器一均匀的滑动变阻器,阻值为阻值为R R,长度为长度为L L,两边分别有两边分别有P P1、P P2两个滑动头两个滑动头,P P1可在竖直绝缘光滑的固定杆可在竖直绝缘光滑的固定杆MNMN上保持水平状态而上下自由滑动上保持水平状态而上下自由滑动,弹簧处于原长弹簧处于原长时时,P P1刚好指着刚好指着A A端端,P P1与托盘固定相连与托盘固定相连,若若P P1、P P2间出间出现电压时现电压时,该电压经过放大该电压经过放大,通过信号转换器后在显示通过信号转换器后在显示屏上可显示物体重力的大小屏上可显示物体重力的大小.已知弹簧的劲度系数为已知弹簧的劲度系数为k k,托盘自身质量为托盘自身质量为m
28、 m0,电源电动势为电源电动势为E E,内阻不计内阻不计,当地当地的重力加速度为的重力加速度为g g.求：求：图图9 9 (1)(1)托盘尚未放物体时托盘尚未放物体时, ,在托盘自身重力作用下在托盘自身重力作用下, ,P P1 1离离A A的距离的距离x x1 1. .(2)(2)托盘上放有质量为托盘上放有质量为m m的物体时的物体时, ,P P1 1离离A A的距离的距离x x2 2. .(3)(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点在托盘上未放物体时通常先校准零点, ,其方法是：其方法是：调节调节P P2 2, ,使使P P2 2离离A A的距离也为的距离也为x x1 1, ,从而使从而使P
29、 P1 1、P P2 2间的电压间的电压为零为零. .校准零点后校准零点后, ,将物体将物体m m放在托盘上放在托盘上, ,试推导出物体试推导出物体质量质量m m与与P P1 1、P P2 2间的电压间的电压U U之间的函数关系式之间的函数关系式. .解析解析 (1)(1)弹簧处于原长时弹簧处于原长时, ,P P1 1刚好指着刚好指着A A端端, ,在托盘自在托盘自身重力作用下身重力作用下( (托盘自身质量为托盘自身质量为m m0 0),),P P1 1离离A A的距离为的距离为x x1 1, ,由力学平衡知识得由力学平衡知识得m m0 0g g= =k kx x1 1解得解得x x1 1=
30、=(2)(2)由受力分析可知由受力分析可知: :m m0 0g g+ +mgmg= =k kx x2 2解得解得x x2 2= =kgm0kgmm）（0(3)(3)当托盘上放有质量为当托盘上放有质量为m m的物体时的物体时, ,P P1 1离离P P2 2的距离为的距离为x x2 2- -x x1 1= =滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定, ,电源内阻不电源内阻不计计, ,由闭合电路欧姆定律可知由闭合电路欧姆定律可知I I= = P P1 1、P P2 2间电压间电压U U= =IRIR1212= (= (x x2 2- -x x1 1)=)=可解得可解
31、得m m= =答案答案 (1) (2) (3)(1) (2) (3)m m= =kmgRELRREkLEmgUgELkkgm0kgmm）（0UgELk【评分标准评分标准】 本题共本题共1212分分. .其中其中式各式各2 2分分, ,式各式各1 1分分. .【名师导析】【名师导析】本题背景内容新颖、形式灵活本题背景内容新颖、形式灵活, ,这是现今高考的趋势之这是现今高考的趋势之一一. .有的学生因读不透材料、得不到相关的信息而坠入有的学生因读不透材料、得不到相关的信息而坠入云里雾中云里雾中. .题目意在考查学生对所学知识的理解能力、题目意在考查学生对所学知识的理解能力、对实际问题的分析和判断能
32、力、对图象信息的提取和对实际问题的分析和判断能力、对图象信息的提取和加工能力加工能力. .自我批阅自我批阅(18(18分分) )用如图用如图1010所示的装置可以测量汽车在水平路面所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度上做匀加速直线运动的加速度, ,该装置是在矩形箱子的该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器器, ,用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg2.0 kg的滑块的滑块, ,滑块可无摩擦滑动滑块可无摩擦滑动, ,两弹簧的另一端分别压在传感器两弹簧的另一端分
33、别压在传感器a a、b b上上, ,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出. .现将装置沿运动方向固定在汽车上现将装置沿运动方向固定在汽车上, ,传感器传感器b b在前在前, ,传感传感器器a a在后在后. .汽车静止时汽车静止时, ,传感器传感器a a、b b的示数均为的示数均为10 N.(10 N.(g g取取10 m/s10 m/s2 2) ) (1)(1)若传感器若传感器a a的示数为的示数为14 N,14 N,b b的示数为的示数为6.0 N,6.0 N,求此时求此时汽车的加速度大小和方向汽车的加速度大小和方向. .(2)(2)当汽车以怎
34、样的加速度运动时当汽车以怎样的加速度运动时, ,传感器传感器a a的示数为零的示数为零. .图图1010解析解析 传感器上所显示出力的大小传感器上所显示出力的大小, ,即弹簧对传感器的即弹簧对传感器的压力压力, ,据牛顿第三定律知据牛顿第三定律知, ,此即为弹簧上的弹力大小此即为弹簧上的弹力大小, ,亦亦即该弹簧对滑块的弹力大小即该弹簧对滑块的弹力大小. .(1)(1)如右图所示如右图所示, ,依题意：左侧弹簧对依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力滑块向右的推力F F1 1=14 N,=14 N,右侧弹簧对右侧弹簧对滑块的向左的推力滑块的向左的推力F F2 2=6.0 N.(3=6.0 N.(3分
35、分) )滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度a a1 1, ,根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有F F1 1- -F F2 2= =mama1 1 (3(3分分) )得得a a1 1= = m/s m/s2 2=4 m/s=4 m/s2 2(2(2分分) )a a1 1与与F F1 1同方向同方向, ,即向前即向前( (向右向右).).(2(2分分) )0 . 20 . 61421mFF(2)(2)a a传感器的读数恰为零传感器的读数恰为零, ,即左侧弹簧的弹力即左侧弹簧的弹力F F1 1=0,=0,因两弹簧相同因两弹簧相同, ,左弹簧伸长多少左弹簧伸长多少, ,右弹簧就缩短多少右弹
36、簧就缩短多少, ,所所以右弹簧的弹力变为以右弹簧的弹力变为F F2 2=20 N.=20 N.(3(3分分) )滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F F合合= =F F2 2=mama2 2(3(3分分) )得得a a2 2= = =-10 m/s=-10 m/s2 2负号表示方向向后负号表示方向向后( (向左向左).).(2(2分分) )答案答案 (1)4 m/s(1)4 m/s2 2 向右向右 (2)10 m/s(2)10 m/s2 2 向左向左mF2素能提升素能提升1.1.关于传感器的下列说法正确的是关于传感器的下列说法正确的是( () )
37、A.A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B.B.金属材料也可以制成传感器金属材料也可以制成传感器C.C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.D.以上说法都不正确以上说法都不正确解析解析 半导体材料可以制成传感器半导体材料可以制成传感器, ,其他材料也可以其他材料也可以制成传感器制成传感器, ,如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计, ,所以所以A A错错,B,B正确正确, ,传感器不但能感知电压的变化传感器不但能感知电压的变化, ,还能还能感受力、温度、光、声、化学成分
38、等非电学量感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量, ,所以所以C C错错. .B2.2.下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.话筒是一种常用的声音传感器话筒是一种常用的声音传感器, ,其作用是将电信号其作用是将电信号 转换为声信号转换为声信号B.B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属 片温度传感器片温度传感器, ,这种传感器的作用是控制电路的通断这种传感器的作用是控制电路的通断C.C.电子秤所使用的测力装置是力传感器电子秤所使用的测力装置是力传感器D.D.半导体热敏电阻常用作温度传感器半导体热敏电阻常用作温度传感器, ,因为
39、温度越高因为温度越高, , 它的电阻值越大它的电阻值越大解析解析 话筒是将声信号转换为电信号话筒是将声信号转换为电信号,A,A错误错误. .半导体热半导体热敏电阻常用作温度传感器敏电阻常用作温度传感器, ,因为温度越高因为温度越高, ,它的电阻值它的电阻值越小越小,D,D错误错误. . BC3.3.在如图在如图1111所示的电路中所示的电路中, ,电源两端电源两端的电压恒定的电压恒定,L,L为小灯泡为小灯泡, ,R R为光敏为光敏电阻电阻,LED,LED为发光二极管为发光二极管( (电流越大电流越大, ,发出的光越强发出的光越强),),且且R R与与LEDLED相距不相距不变变, ,下列说法正
40、确的是下列说法正确的是( () )A.A.当滑动触头当滑动触头P P向左移动时向左移动时,L,L消耗的功率增大消耗的功率增大B.B.当滑动触头当滑动触头P P向左移动时向左移动时,L,L消耗的功率减小消耗的功率减小C.C.当滑动触头当滑动触头P P向右移动时向右移动时,L,L消耗的功率可能不变消耗的功率可能不变D.D.无论怎样移动触头无论怎样移动触头P P,L,L消耗的功率都不变消耗的功率都不变图图1111解析解析 触头触头P P左移左移, ,使其电阻减小使其电阻减小, ,流过二极管的电流流过二极管的电流增大增大, ,从而发光增强从而发光增强, ,使光敏电阻使光敏电阻R R减小减小, ,最终达
41、到增最终达到增大流过灯泡电流的效果大流过灯泡电流的效果. .答案答案 A4.4.图图1212是霍尔元件的工作原理示意是霍尔元件的工作原理示意图图, ,如果用如果用d d表示薄片的厚度表示薄片的厚度, ,k k为为霍尔系数霍尔系数, ,对于一个霍尔元件对于一个霍尔元件d d、k k为定值为定值, ,如果保持电流如果保持电流I I恒定恒定, ,则则可以验证可以验证U UH H随随B B的变化情况的变化情况. .以下说法中正确的是以下说法中正确的是( () )A.A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面 时时, ,U UH H将变大将变大B.B.在测定
42、地球两极的磁场强弱时在测定地球两极的磁场强弱时, ,霍尔元件的工作面霍尔元件的工作面 应保持水平应保持水平C.C.在测定地球赤道上的磁场强弱时在测定地球赤道上的磁场强弱时, ,霍尔元件的工作霍尔元件的工作 面应保持水平面应保持水平D.D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角, ,U UH H将发生变化将发生变化图图1212解析解析 根据公式根据公式U UH H= =k k 可以看出可以看出, ,当磁极靠近霍尔当磁极靠近霍尔元件的工作面时元件的工作面时, ,B B增大增大, ,U UH H将变大将变大; ;在地球两极附近在地球两极附近, ,可以认为地磁场与水平面垂直可
43、以认为地磁场与水平面垂直, ,霍尔元件的工作面保霍尔元件的工作面保持水平持水平, ,故故B B答案正确答案正确. .而在赤道上而在赤道上, ,地磁与水平面平地磁与水平面平行行. .若霍尔元件的工作面保持水平若霍尔元件的工作面保持水平, ,则无电压产生则无电压产生,C,C错误错误; ;改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角, ,相当于相当于改变了霍尔系数改变了霍尔系数k k, ,故故U UH H将发生变化将发生变化, ,故故D D正确正确. .答案答案 ABDdIB5.5.如图如图1313所示所示, ,是一个测定液体高度的传感器是一个测定液体高度的传感器, ,在导线在导
44、线芯的外面涂上一层绝缘物质芯的外面涂上一层绝缘物质, ,放在导电液中放在导电液中, ,导线芯导线芯和导电液构成电容器的两极和导电液构成电容器的两极, ,把这两极接入外电路把这两极接入外电路, ,当外电路中的电流变化使电容值增大时当外电路中的电流变化使电容值增大时, ,则导电液体则导电液体深度深度h h变化为变化为( () )A.A.h h增大增大B.B.h h减小减小C.C.h h不变不变D.D.无法确定无法确定图图1313解析解析 由题意知由题意知, ,导线芯和导电液体构成电容器的两导线芯和导电液体构成电容器的两极极, ,类似于平行板电容器的两极类似于平行板电容器的两极, ,当液面高度发生变
45、当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化化时相当于两极正对面积发生变化, ,会引起电容的变会引起电容的变化化, ,与平行板电容器类比可得与平行板电容器类比可得, ,导电液体深度导电液体深度h h增大时增大时, ,导线芯和导电液体正对面积增大导线芯和导电液体正对面积增大, ,电容器的电容值变电容器的电容值变大大. .答案答案 A6.6.如图如图1414所示所示, ,动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电信号信号( (交变电流交变电流),),产生的电信号一般都不是直接送给产生的电信号一般都不是直接送给扩音机扩音机, ,而是经过一只变压器之后再送给扩音机放大而是经
46、过一只变压器之后再送给扩音机放大, ,变压器的作用是减少电信号沿导线传输过程中的电变压器的作用是减少电信号沿导线传输过程中的电能损失能损失, ,关于话筒内的这只变压器关于话筒内的这只变压器, ,下列说法中正确下列说法中正确的是的是( () )图图1414A.A.一定是升压变压器一定是升压变压器, ,因为因为P P= =UIUI, ,升压后升压后, ,电流减小电流减小, ,导导线上损失的电能减少线上损失的电能减少B.B.一定不是升压变压器一定不是升压变压器, ,因为因为P P= ,= ,升压后升压后, ,导线上损导线上损失的电能会增加失的电能会增加C.C.一定是降压变压器一定是降压变压器, ,因
47、为因为I I2 2= ,= ,降压后降压后, ,电流增大电流增大, ,使到达扩音机的信号加强使到达扩音机的信号加强D.D.一定不是降压变压器一定不是降压变压器, ,因为因为P P= =I I2 2R R, ,降压后降压后, ,电流增大电流增大, ,导线上损失的电能会增加导线上损失的电能会增加解析解析 升压变压器能使电流变小升压变压器能使电流变小, ,再根据再根据P P= =I I2 2R R, ,减小的减小的电流在导线上传播时减小电能损失电流在导线上传播时减小电能损失. .答案答案 AD211nInRU27.7.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、
48、电源按如图如图1515甲所示电路连接甲所示电路连接, ,制成光电报警装置制成光电报警装置. .当报警当报警器有光照射时器有光照射时, ,蜂鸣器发声蜂鸣器发声, ,当没有光照或者光照很当没有光照或者光照很弱时弱时, ,蜂鸣器不发声蜂鸣器不发声. .光敏电阻光敏电阻: :光敏电阻受光照后光敏电阻受光照后, ,阻值会变小阻值会变小. .干簧管继电器开关干簧管继电器开关: :由干簧管和绕在由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成干簧管外的线圈组成, ,如图乙所示如图乙所示. .当线圈中有一定当线圈中有一定的电流时的电流时, ,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化
49、铁质簧片磁化, ,两个簧片在磁力作用下由原来的分离两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态状态变成闭合状态. .当线圈中没有电流或者电流很微当线圈中没有电流或者电流很微弱时弱时, ,磁场消失磁场消失, ,簧片在弹力的作用下回复到分离状簧片在弹力的作用下回复到分离状态态. .试说明光电报警器的工作原理试说明光电报警器的工作原理. .答案答案 当报警器有光照射时当报警器有光照射时, ,光敏电阻阻值减小光敏电阻阻值减小, ,电电路中电流增大路中电流增大, ,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化两个铁质簧片磁化, ,两个簧片由原来的分离状态变成两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态闭合状态, ,蜂鸣器电路接通蜂鸣器电路接通, ,蜂鸣器发声蜂鸣器发声. .反之反之, ,当没当没有光照射或光照很微弱时有光照射或光照很微弱时, ,光敏电阻阻值很大光敏电阻阻值很大, ,电路电路中的电流很小中的电流很小, ,干簧管内的两个铁质簧片处于分离状干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态态, ,连接蜂鸣器的电路断开连接蜂鸣器的电路断开, ,蜂鸣器不发声蜂鸣器不发声. .图图1515反思总结反思总结返回返回
