1、2.常见传感器的工作原理及应用3.利用传感器制作简单的自动控制装置 P77 第五章复习课 P134第五章传感器1.认识传感器一、神奇的传感器一、神奇的传感器【思考思考】当我们进入宾馆的大门时当我们进入宾馆的大门时,门自动开启门自动开启,当我们通过后当我们通过后,门自动关闭。门自动关闭。这是为什么这是为什么?提示提示:红外线传感器探测到有人进入时红外线传感器探测到有人进入时,将脉冲信号传给主控器将脉冲信号传给主控器,主控器判断后主控器判断后通知马达运行通知马达运行,使门扇开启。门扇开启后由控制器做出判断使门扇开启。门扇开启后由控制器做出判断,如需关门如需关门,通知马通知马达做反向运动达做反向运动
2、,关闭门扇。关闭门扇。1.1.传感器传感器:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_,_,并能把它们并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的按照一定的规律转换为便于传送和处理的_输出的一类器件或装置。输出的一类器件或装置。2.2.非电学量转换为电学量的意义非电学量转换为电学量的意义:把把_转换成电压、电流等电学量转换成电压、电流等电学量,或转换为电路的或转换为电路的_,_,可以很方便可以很方便地进行测量、传输、处理和地进行测量、传输、处理和_。被测量被测量可用信号可用信号非电学量非电学量通断通断控制控制二、传感器的种类二、传感器的种类1.1.根据
3、物质的物理特性或物理效应制作而成根据物质的物理特性或物理效应制作而成,如力传感器、磁传感器、声传感如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。器等物理传感器。2.2.利用电化学反应原理利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为_,_,如离子传感器、气体传感器等化学传感器。如离子传感器、气体传感器等化学传感器。3.3.利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质,如酶传感器、微生如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。物传感器、细胞传感器等生物传感器。电信电信号号三、传感器的组
4、成与应用模式三、传感器的组成与应用模式1.1.传感器的基本部分由传感器的基本部分由_、_组成。组成。2.2.传感器原理传感器原理:传感器感受的通常是传感器感受的通常是 _,_,如压力、温度、位移、浓如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是而它输出的通常是_,_,如电压值、电流值、电荷量如电压值、电流值、电荷量等等,这些输出信号是非常微弱的这些输出信号是非常微弱的,通常要经过通常要经过_后后,再送给控制系统产生各再送给控制系统产生各种控制动作。种控制动作。敏感元件敏感元件转换元件转换元件非电学量非电学量电学量电学量放大放大3.3.传感器的两个重要概念传感器的两
5、个重要概念:(1)(1)敏感元件敏感元件:是指能直接感受或响应外界被测是指能直接感受或响应外界被测_的部分的部分,执行执行_的的功能。功能。(2)(2)转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分,完成完成_基本功能。基本功能。(3)(3)如果敏感元件直接输出的是电学量如果敏感元件直接输出的是电学量,它就同时兼为它就同时兼为_。这种敏感元。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如,_,_、压电晶体等都是、压电晶体等都是这种形式的传感器。这种形式的传感器。非电学量非电学量检测
6、检测转换转换转换元件转换元件热电偶热电偶4.4.传感器应用的一般模式传感器应用的一般模式:四、光敏电阻四、光敏电阻1.1.组成组成:把把_涂敷在绝缘板上涂敷在绝缘板上,在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极状电极,这样就制成了一个光敏电阻。这样就制成了一个光敏电阻。2.2.光敏电阻的特性光敏电阻的特性:光敏电阻在暗环境光敏电阻在暗环境,电阻很电阻很_;_;光敏电阻在强光照射下光敏电阻在强光照射下,电电阻很阻很_。3.3.光敏电阻在被光照射时电阻发生变化的原理光敏电阻在被光照射时电阻发生变化的原理:硫化镉是一种半导体材料硫化镉是一种半导体材料,无光照时无光
7、照时,_,_极少极少,导电性能导电性能_;_;随着光照的增随着光照的增强强,_,_增多增多,导电性变导电性变_。4.4.光敏电阻的作用光敏电阻的作用:把光照强弱这个光学量转换为把光照强弱这个光学量转换为_这个电学量。这个电学量。硫化镉硫化镉大大小小载流子载流子载流子载流子好好电阻电阻差差五、金属热电阻和热敏电阻五、金属热电阻和热敏电阻【思考思考】随着温度的升高由某种材料制作的电阻一定增加吗随着温度的升高由某种材料制作的电阻一定增加吗?提示提示:不一定不一定,金属丝的电阻随温度的升高而增加金属丝的电阻随温度的升高而增加;某些半导体材料制作的电阻某些半导体材料制作的电阻随温度的增加而降低。随温度的
8、增加而降低。1.1.常见的感知温度的敏感元件。常见的感知温度的敏感元件。(1)(1)金属的电阻率随温度的金属的电阻率随温度的_而增大而增大,用金属丝可以制作温度传感器用金属丝可以制作温度传感器,称为称为_。(2)(2)有些半导体在温度升高时有些半导体在温度升高时,电阻减少电阻减少,用半导体材料制作用半导体材料制作_电阻。电阻。2.2.热敏电阻和金属热电阻的比较热敏电阻和金属热电阻的比较:(1)(1)金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为_这个电学这个电学量。量。(2)(2)金属热电阻化学稳定性好金属热电阻化学稳定性好,测温范围测温范围_
9、,_,但灵敏度较但灵敏度较_;_;热敏电阻灵敏度热敏电阻灵敏度较较_。升高升高热电阻热电阻热敏热敏电阻电阻大大差差好好六、电阻应变片六、电阻应变片1.1.电阻应变效应电阻应变效应:金属导体在外力作用下发生金属导体在外力作用下发生_(_(伸长或缩短伸长或缩短)时时,其其_随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种_元件。元件。2.2.电阻应变片的原理电阻应变片的原理:当金属丝受到拉力时当金属丝受到拉力时,长度变长度变_、横截面积变、横截面积变_,_,导致导致电阻变电阻变_;_;当金属丝受到压力时当金属丝受到压力时,长度变长
10、度变_、横截面积变、横截面积变_,_,导致电阻导致电阻变变_。3.3.电阻应变片能够把电阻应变片能够把_这个力学量转换为电阻这个电学量。应用有这个力学量转换为电阻这个电学量。应用有_。机械形变机械形变电阻电阻力敏力敏长长小小大大大大小小物体形变物体形变电子秤电子秤短短4.4.力传感器和电容式传感器力传感器和电容式传感器:(1)(1)力传感器力传感器:可以测量重力可以测量重力,也可测量其他各种力也可测量其他各种力,如汽车和卷扬机的牵引力如汽车和卷扬机的牵引力等。等。(2)(2)电容式传感器电容式传感器:电容器的电容电容器的电容C C取决于极板的正对面积取决于极板的正对面积S S、极板间的距离、极
11、板间的距离d d以以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化的变化,从而引起电容的变化从而引起电容的变化,那么那么,通过测定电容器的电容就可以确定这个物通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化理量的变化,由此可以制成电容式传感器。由此可以制成电容式传感器。一对传感器的认识一对传感器的认识1.1.传感器的组成和工作流程传感器的组成和工作流程:(1)(1)传感器的组成。传感器的组成。敏感元件敏感元件:相当于人的感觉器官相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏是
12、利用材料的某种敏感效应感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。制成的。转换元件转换元件:将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。信号的电子元件。转换电路转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如如电压、电流、电阻等电学量或电路的通断等。电压、电流、电阻等电学量或电路的通断等。(2)(2)传感器的工作流程。传感器的工作流程。2.2.传感器的原理传感器的原理:传感器感受的通常是非电学量传感器
13、感受的通常是非电学量,如力、温度、位移、浓度、如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等速度、酸碱度等,而输出的通常是电学量而输出的通常是电学量,如电压、电流、电荷量等。这些输如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的出的信号是非常微弱的,通常需要经过放大后通常需要经过放大后,再传送给控制系统产生各种控再传送给控制系统产生各种控制动作。制动作。3.3.传感器的作用传感器的作用:能像人的感觉器官那样感受外界信息能像人的感觉器官那样感受外界信息,并能按照一定的规律并能按照一定的规律和要求和要求,把这些信息转换成可用的输出信息的器件和装置把这些信息转换成可用的输出信息的器件和装置,叫作传感器。传
14、感叫作传感器。传感器是各种测量和自动控制系统的器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官感觉器官”。4.4.分类分类:(1)(1)按传感器所测量物理量分为按传感器所测量物理量分为:位移、力、速度、温度、流量、气体成分等位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器。传感器。(2)(2)按传感器工作原理分为按传感器工作原理分为:压电、电容、电感、磁电、光电、热电等传感器。压电、电容、电感、磁电、光电、热电等传感器。【思考思考讨论讨论】干簧管结构如图甲所示干簧管结构如图甲所示,它是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片它是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片,接入图乙电路接入图乙电路,当磁铁靠近干
15、簧管时。当磁铁靠近干簧管时。(1)(1)观察到什么现象观察到什么现象?(物理观念物理观念)提示提示:磁铁靠近干簧管时磁铁靠近干簧管时,灯泡就会发光灯泡就会发光;把磁铁移走把磁铁移走,灯泡熄灭。灯泡熄灭。(2)(2)干簧管的原理是什么干簧管的原理是什么?(科学思维科学思维)提示提示:干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化成相反磁性的磁极而连通干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化成相反磁性的磁极而连通,没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开。没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开。(3)(3)干簧管的作用是什么干簧管的作用是什么?(物理观念物理观念)提示提示:干簧管将盒子周围磁场的有无转化为电路的通
16、断干簧管将盒子周围磁场的有无转化为电路的通断,干簧管在电路中的作用干簧管在电路中的作用相当于自动开关。相当于自动开关。【典例示范典例示范】某电容式话筒的原理示意图如图所示某电容式话筒的原理示意图如图所示,E,E为电源为电源,R,R为电阻为电阻,薄片薄片P P和和Q Q为两金属极为两金属极板。对着话筒说话时板。对着话筒说话时,P,P振动而振动而Q Q可视为不动可视为不动,在在P P向左运动的过程中向左运动的过程中()A.PA.P、Q Q构成的电容器的电容增大构成的电容器的电容增大B.PB.P上电荷量保持不变上电荷量保持不变C.MC.M点的电势比点的电势比N N点的低点的低D.MD.M点的电势比点
17、的电势比N N点的高点的高【解题探究解题探究】如图所示的电容式话筒是怎样利用改变电容器电容实现把声音的变化转换为电如图所示的电容式话筒是怎样利用改变电容器电容实现把声音的变化转换为电信号的信号的?提示提示:话筒的振动膜前面有薄薄的金属层话筒的振动膜前面有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板膜后距膜几十微米处有一金属板,振振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压在两极间加一电压U,U,人对着人对着话筒说话时话筒说话时,振动膜前后振动振动膜前后振动,使电容发生变化使电容发生变化,声音信号被话筒转化为电信号。声音信号被话筒转化为电
18、信号。【解析解析】选选D D。当。当P P向左运动时向左运动时,据平行板电容器公式据平行板电容器公式C=C=知知d d增加增加,则则C C变小变小,选项选项A A错误错误;稳定后电容器两极板间的电压不变稳定后电容器两极板间的电压不变,则据则据Q=CUQ=CU知知C C减少减少,U,U不变不变,则则Q Q减减少少,选项选项B B错误错误;电容器两极板的电荷量减少电容器两极板的电荷量减少,产生放电电流产生放电电流,方向从方向从MN,MN,因此因此M M点的电势比点的电势比N N点的电势高点的电势高,D,D正确正确,C,C错误。错误。rS4 kd【规律方法规律方法】分析传感器时要明确的问题分析传感器
19、时要明确的问题(1)(1)核心元件是什么核心元件是什么;(2)(2)是怎样将非电学量转化为电学量的是怎样将非电学量转化为电学量的;(3)(3)是如何显示或控制开关的。是如何显示或控制开关的。【素养训练素养训练】1.1.传感器广泛应用在我们的生产生活中传感器广泛应用在我们的生产生活中,常用的计算机键盘就是一种传感器。常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示如图所示,键盘上每一个键的下面都连有一小金属片键盘上每一个键的下面都连有一小金属片,与该金属片隔有一定空气与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片间隙的是另一小的固定金属片,这两个金属片组成一个小电容器这两个金属片组成一个小电容器,当键
20、被按下时当键被按下时,此小电容器的电容发生变化此小电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下,从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是()A.A.温度传感器温度传感器B.B.压力传感器压力传感器C.C.磁传感器磁传感器D.D.光传感器光传感器【解析解析】选选B B。小金属片被按下时。小金属片被按下时,作用的压力不一样作用的压力不一样,小金属片下移的距离不小金属片下移的距离不同同,两个极板之间的距离不同两个极板之间的距离不同,电容就不同电容就不同,即将压力这个力学量转换为电容这即将压力这个
21、力学量转换为电容这个电学量个电学量,所以计算机键盘使用的是压力传感器所以计算机键盘使用的是压力传感器,选项选项B B正确正确,选项选项A A、C C、D D错误。错误。2.2.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示其工作原理如图甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表示数电流表示数的变化规律如图乙所示的
22、变化规律如图乙所示,下列判断正确的是下列判断正确的是()A.A.从从0 0到到t t1 1时间内时间内,小车做匀速直线运动小车做匀速直线运动B.B.从从t t1 1到到t t2 2时间内时间内,小车做匀加速直线运动小车做匀加速直线运动C.C.从从t t2 2到到t t3 3时间内时间内,小车做匀减速直线运动小车做匀减速直线运动D.D.从从t t2 2到到t t3 3时间内时间内,小车做匀加速直线运动小车做匀加速直线运动【解析解析】选选D D。在。在0 0t t1 1内内,电流电流I I恒定恒定,压敏电阻阻值不变压敏电阻阻值不变,由小球的受力不变可由小球的受力不变可知知,小车可能做匀速或匀加速直
23、线运动小车可能做匀速或匀加速直线运动;在在t t1 1t t2 2内内,电流电流I I变大变大,压敏电阻阻值变压敏电阻阻值变小小,压力变大压力变大,小车做变加速运动小车做变加速运动,选项选项A A、B B错误错误;在在t t2 2t t3 3内内,电流电流I I不变不变,压力恒压力恒定定,小车做匀加速直线运动小车做匀加速直线运动,选项选项C C错误错误,选项选项D D正确。正确。【补偿训练补偿训练】如图是一种测定油箱油量的装置。其中电源电压保持不变如图是一种测定油箱油量的装置。其中电源电压保持不变,R,R是滑动变阻器是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表它的金属滑片
24、是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表(图中没有画出图中没有画出),),通过观察电压表示数通过观察电压表示数,可以了解油量情况可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的你认为电压表应该接在图中的_(_(选填选填“c c、d”d”或或“a a、b”)b”)两点之间两点之间,按照你的接法请回答按照你的接法请回答:当油箱中当油箱中油量减少时油量减少时,电压表的示数将电压表的示数将_。【解析解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时由题图可知当油箱内液面高度变化时,滑动变阻器滑动变阻器R R的金属滑片将会移的金属滑片将会移动动,从而引起从而引起R R两端电压的变化。当油量减少时两端电压的变化。当油量减
25、少时,滑动变阻器滑动变阻器R R的阻值会增大的阻值会增大,电电路中的电流会减小路中的电流会减小,c,c、d d间的电压会减小。当把电压表接在间的电压会减小。当把电压表接在c c、d d两点间两点间,电压表电压表数值减小时数值减小时,表示油量在减少。表示油量在减少。答案答案:c c、d d减小减小二电阻式传感器的应用分析二电阻式传感器的应用分析1.1.电阻式传感器性能比较电阻式传感器性能比较:热敏电阻热敏电阻金属热电金属热电阻阻光敏电阻光敏电阻电阻应变片电阻应变片特点特点正温度系数的热敏正温度系数的热敏电阻电阻,随温度升高电随温度升高电阻变大阻变大;负温度系数负温度系数的热敏电阻的热敏电阻,随温
26、度随温度升高电阻减小升高电阻减小电阻率随电阻率随温度的升温度的升高高而增加而增加在强光下电阻小在强光下电阻小,在暗光下电阻大在暗光下电阻大受到拉力时受到拉力时,电阻变小电阻变小;受到压力时受到压力时,电阻变大电阻变大热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻光敏电阻光敏电阻电阻应变片电阻应变片敏感敏感材料材料半导体半导体金属金属把硫化镉涂敷把硫化镉涂敷在绝缘板上在绝缘板上,其表面镀银其表面镀银金属材料金属材料优点优点灵敏度好灵敏度好测温范围大测温范围大灵敏度好灵敏度好灵敏度好灵敏度好原理原理温度影响电阻率温度影响电阻率无光照时无光照时,载流子极载流子极少少,导电性能差导电性能差;随着随着光照的增强光
27、照的增强,载流子载流子增多增多,导电性变好导电性变好 应用应用空调机空调机电饭煲电饭煲照相机照相机电子秤电子秤SRL2.2.热敏电阻和金属热电阻随温度变化的特点热敏电阻和金属热电阻随温度变化的特点:(1)(1)热敏电阻热敏电阻:用半导体材料制成用半导体材料制成,电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图所示为某热敏电阻的电阻图所示为某热敏电阻的电阻温度特性曲线。温度特性曲线。(2)(2)金属热电阻金属热电阻:有些金属的电阻率随温度的升高而增大有些金属的电阻率随温度的升高而增大,如图所示如图所示,这样的电这样的电阻也可以制作温度传感器。阻也可以制作温度传感器。
28、【思考思考讨论讨论】如图是应变片的原理及力学传感器的应用的图片。如图是应变片的原理及力学传感器的应用的图片。(1)(1)电子秤的敏感元件是什么电子秤的敏感元件是什么?(物理观念物理观念)提示提示:电阻应变片。电阻应变片。(2)(2)电阻应变片是怎样把非电学量转化为电学量的电阻应变片是怎样把非电学量转化为电学量的?(科学思维科学思维)提示提示:当电阻应变片长度和横截面积发生变化时当电阻应变片长度和横截面积发生变化时,由电阻定律可知电阻发生变化。由电阻定律可知电阻发生变化。(3)(3)电子秤的工作原理是什么电子秤的工作原理是什么?(物理观念物理观念)【典例示范典例示范】(多选多选)在温控电路中在温
29、控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路量的控制。如图所示电路,R,R1 1为定值电阻为定值电阻,R,R2 2为半导体热敏电阻为半导体热敏电阻(温度越高电阻越温度越高电阻越小小),C),C为电容器为电容器,当环境温度降低时当环境温度降低时()A.A.电容器电容器C C的带电荷量增加的带电荷量增加B.B.电压表的读数增大电压表的读数增大C.C.电容器电容器C C两板间的电场强度减小两板间的电场强度减小D.RD.R1 1消耗的功率增大消耗的功率增大【思维建模思维建模】【解析解析】选选A A、B B。当环境温度降
30、低时。当环境温度降低时,R,R2 2变大变大,电路的总电阻变大电路的总电阻变大,由由I=I=知知I I变小变小,又又U=E-Ir,U=E-Ir,电压表的读数电压表的读数U U增大增大,故故B B正确正确;又由又由U U1 1=IR=IR1 1及及P P1 1=I=I2 2R R1 1可知可知U U1 1变变小小,R,R1 1消耗的功率消耗的功率P P1 1变小变小,故故D D错误错误;电容器两板间的电压电容器两板间的电压U U2 2=U-U=U-U1 1,U,U2 2变大变大,由电场由电场强度强度E=,Q=CUE=,Q=CU2 2可知可知Q Q、EE都增大都增大,故故A A正确正确,C,C错误
31、。错误。ER总2Ud【误区警示误区警示】含传感器的电路动态分析的四点注意含传感器的电路动态分析的四点注意(1)(1)如果涉及光敏电阻如果涉及光敏电阻,必须明确光照情况怎样变化必须明确光照情况怎样变化,从而判断出其阻值的变化。从而判断出其阻值的变化。(2)(2)如果涉及热敏电阻如果涉及热敏电阻,必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况度变化情况,从而判断其阻值的变化。从而判断其阻值的变化。(3)(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。(4)(4)结合电路结构特点及局部阻
32、值的变化结合电路结构特点及局部阻值的变化,根据闭合电路的欧姆定律等规律分析根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。有关物理量的变化。【素养训练素养训练】1.1.如图所示如图所示,R,R1 1为定值电阻为定值电阻,R,R2 2为金属热电阻为金属热电阻(是指阻值随温度的升高而增加的金是指阻值随温度的升高而增加的金属电阻属电阻),L),L为小灯泡为小灯泡,当温度升高时当温度升高时()A.RA.R1 1两端的电压增大两端的电压增大B.B.电流表的示数增大电流表的示数增大C.C.小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D.D.小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱【解析解析】选选C C。R R2 2与灯泡与
33、灯泡L L并联后再与并联后再与R R1 1串联串联,与电源构成闭合电路与电源构成闭合电路,当温度升高当温度升高时时,金属热电阻金属热电阻R R2 2电阻值增大电阻值增大,外电路电阻增大外电路电阻增大,电流表读数减小电流表读数减小,灯泡灯泡L L两端的电两端的电压增大压增大,灯泡的亮度变强灯泡的亮度变强,R,R1 1两端的电压减小两端的电压减小,故只有故只有C C正确。正确。2.2.如图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图如图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图,利用电压表利用电压表(内电阻很内电阻很大大)的示数来指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的弹簧相连的示数来指示物体的质量。托盘
34、与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时当托盘中没有放物体时,电压电压表的示数为零。设变阻器的总电阻为表的示数为零。设变阻器的总电阻为R,R,总长度为总长度为L,L,电源电动势为电源电动势为E,E,内阻为内阻为r,r,限限流电阻为流电阻为R R0 0,弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数为k,k,若不计一切摩擦和其他阻力。若不计一切摩擦和其他阻力。(1)(1)求出电压表示数求出电压表示数U Ux x与所称物体质量与所称物体质量m m的关系式。的关系式。(2)(2)由由(1)(1)的计
35、算结果可知的计算结果可知,电压表示数与待测物体质量不成正比电压表示数与待测物体质量不成正比,不便于制作刻不便于制作刻度。为使电压表示数与待测物体质量成正比度。为使电压表示数与待测物体质量成正比,请利用原有器材进行改进请利用原有器材进行改进,在如图在如图的基础上完成改进后的电路原理图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表示数并求出电压表示数U Ux x与待测物体质量与待测物体质量m m的关的关系式。系式。【解析解析】(1)(1)由胡克定律知由胡克定律知mg=kx,mg=kx,滑动变阻器滑动变阻器R R连入电路中的有效电阻连入电路中的有效电阻R Rx x=,=,根据闭合电路的欧姆定律可知根据
36、闭合电路的欧姆定律可知I=,I=,U Ux x=IR=IRx x=。(2)(2)改进后的电路图如图所示。改进后的电路图如图所示。U Ux x=答案答案:(1)U(1)Ux x=(2)(2)图见解析图见解析U Ux x=RmgRxLkL0 xERrR 0mgERkLRrmgR（）00ER mgmgERRrR LkRrRLk（）0mgERRrRLk（）0mgERkLRrmgR（）【补偿训练补偿训练】如图所示如图所示,R,R1 1、R R2 2为定值电阻为定值电阻,L,L为小灯泡为小灯泡,R,R3 3为光敏电阻为光敏电阻,当照射光强度增大时当照射光强度增大时()A.A.电压表的示数减小电压表的示数减
37、小B.RB.R2 2中电流强度增大中电流强度增大C.C.小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D.RD.R1 1中电流强度减少中电流强度减少【解析解析】选选C C。光强度增大。光强度增大,R,R3 3的电阻变小的电阻变小,总电阻变小总电阻变小,总电流总电流I I变大变大,路端电压路端电压变小变小,R,R1 1两端的电压变大两端的电压变大,则电压表的示数增加则电压表的示数增加,R,R2 2两端的电压变小两端的电压变小,通过通过R R2 2的电的电流变小流变小,则通过灯泡的电流变大则通过灯泡的电流变大,则小灯泡电功率变大则小灯泡电功率变大,故故A A、B B、D D错误错误,C,C正确。正确。三传感器应
38、用三传感器应用1.1.传感器的应用步骤传感器的应用步骤:物理传感器是将所感受的物理量物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤:(1)(1)信息采集。信息采集。(2)(2)信息加工、放大、传输。信息加工、放大、传输。(3)(3)利用所获得的信息执行某种操作。利用所获得的信息执行某种操作。2.2.分析传感器问题要注意三点分析传感器问题要注意三点:(1)(1)感受量分析感受量分析:要明确传感器所感受的物理量要明确传感器所感受的物理量,如力、热、光
39、、磁、声等。如力、热、光、磁、声等。(2)(2)输出信号分析输出信号分析:明确传感器的敏感元件明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号分析它的输入信号及输出信号,以及以及输入信号与输出信号间的变化规律。输入信号与输出信号间的变化规律。(3)(3)电路结构分析电路结构分析:认真分析传感器所在的电路结构认真分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用电子元件工作在熟悉常用电子元件工作特点的基础上特点的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律。分析电路输出信号与输入信号间的规律。【思考思考讨论讨论】电容器的电容电容器的电容C C取决于极板正对面积取决于极板正对面积S S、极板间距离、极板间距离d
40、d及极板间电介质这几个及极板间电介质这几个因素因素,如果某一物理量如果某一物理量(如角度如角度、位移、位移x x、深度、深度h h等等)的变化能引起上述某一因的变化能引起上述某一因素的变化素的变化,从而引起电容的变化从而引起电容的变化,那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。的变化。四个图中是怎样改变电容的四个图中是怎样改变电容的?(科学思维科学思维)提示提示:图是用来测定角度图是用来测定角度的电容式传感器的电容式传感器,当动片与定片之间的角度当动片与定片之间的角度发生发生变化时变化时,引起极板正对面积引起极板正对面积S S的变化的变化,使电容使
41、电容C C发生变化发生变化,反之反之,知道知道C C的变化的变化,就可就可以知道以知道的变化情况。的变化情况。图是测定液面高度图是测定液面高度h h的电容式传感器的电容式传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放放入导电液体中入导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两个极导线芯和导电液体构成电容器的两个极,导线芯外面的绝缘物质导线芯外面的绝缘物质就是电介质就是电介质,液面高度液面高度h h发生变化时发生变化时,引起正对面积发生变化引起正对面积发生变化,使电容使电容C C发生变化。发生变化。反之反之,知道知道C C的变化的变化,就可以知道就可以知道h h的变化情况
42、。的变化情况。图是测定压力图是测定压力F F的电容式传感器的电容式传感器,待测压力待测压力F F作用于可动膜片电极上的时候作用于可动膜片电极上的时候,膜膜片发生形变片发生形变,使极板间距离使极板间距离d d发生变化发生变化,引起电容引起电容C C的变化。反之的变化。反之,知道知道C C的变化的变化,就可以知道就可以知道F F的变化情况。的变化情况。图是测定位移图是测定位移x x的电容式传感器的电容式传感器,随着电介质进入极板间的长度发生变化随着电介质进入极板间的长度发生变化,电电容容C C发生变化。反之发生变化。反之,知道知道C C的变化的变化,就可以知道就可以知道x x的变化情况。的变化情况
43、。【典例示范典例示范】如图所示如图所示,厚度为厚度为h,h,宽度为宽度为d d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B B的匀强磁的匀强磁场中场中,实验表明实验表明,当磁场不太强时当磁场不太强时,电势差电势差U U、电流、电流I I和和B B的关系为的关系为U=U=。式中。式中的比例系数的比例系数k k称为霍尔系数。设电流称为霍尔系数。设电流I I是由电子的定向移动形成的是由电子的定向移动形成的,电子的平均电子的平均定向速度为定向速度为v v、电荷量为、电荷量为e e。(1)(1)求电子所受的洛伦兹力的大小求电子所受的洛伦兹力的大小;(2)(2)证明霍尔系数证明霍
44、尔系数k=k=。其中其中n n代表导体板单位体积中电子的个数。代表导体板单位体积中电子的个数。IBkd1ne【解题探究解题探究】(1)(1)霍尔元件的作用是什么霍尔元件的作用是什么?提示提示:霍尔元件的作用是把不易测量的磁感应强度这一磁学量转化为电压这一霍尔元件的作用是把不易测量的磁感应强度这一磁学量转化为电压这一易于测量的电学量的元件。易于测量的电学量的元件。(2)(2)霍尔元件的工作原理是什么霍尔元件的工作原理是什么?提示提示:在外部磁场的作用下在外部磁场的作用下,元件两侧聚集不同电荷形成电场元件两侧聚集不同电荷形成电场,当当q =qvBq =qvB时时,电电流稳定流稳定,元件两侧电压不变
45、元件两侧电压不变,得得 UB,UB,所以可以用电压反映磁场的强弱。所以可以用电压反映磁场的强弱。Ud【解析解析】(1)f=evB(1)f=evB。(2)(2)电子受到静电力与洛伦兹力的作用电子受到静电力与洛伦兹力的作用,两力平衡两力平衡,有有e =evBe =evB得得U=hvB,U=hvB,通过导体的电流通过导体的电流I=nevdh,I=nevdh,由由U=k ,U=k ,有有hvB=k hvB=k 得得k=k=。答案答案:见解析见解析UhIBdnevBdhd1ne【规律方法规律方法】霍尔电势高低的判断方法霍尔电势高低的判断方法(1)(1)由左手定则判断带电粒子的受力方向由左手定则判断带电粒
46、子的受力方向,如果带电粒子是正电荷如果带电粒子是正电荷,则拇指所指则拇指所指的面为高电势面的面为高电势面;如果是负电荷如果是负电荷,则拇指所指的面为低电势面则拇指所指的面为低电势面,但无论是正电荷但无论是正电荷还是负电荷还是负电荷,四指指的都是电流方向四指指的都是电流方向,即正电荷定向移动的方向即正电荷定向移动的方向,负电荷定向移负电荷定向移动的反方向。动的反方向。(2)(2)在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。【素养训练素养训练】1.1.如图所示如图所示,截面为矩形的金属导体截面为矩形的金属导体,放在匀强磁场中放在匀强磁场中
47、,当导体中通有电流时当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势有什么关系导体的上下表面的电势有什么关系()A.A.M MN NB.B.M M=N NC.C.M MN N。故选。故选A A。2.2.如图所示为测定压力的电容式传感器如图所示为测定压力的电容式传感器,将平行板电容器、灵敏电流计将平行板电容器、灵敏电流计(零刻度零刻度在中间在中间)和电源串联成闭合回路和电源串联成闭合回路,当压力当压力F F作用于可动膜片电极上时作用于可动膜片电极上时,膜片发生形膜片发生形变变,引起电容的变化引起电容的变化,导致灵敏电流计指针偏转导致灵敏电流计指针偏转,在对膜片开始施加压力使膜片在对膜片开始施加压力使膜片
48、电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中,灵敏电流计指针偏灵敏电流计指针偏转情况为转情况为(电流从电流计正接线柱流入时指针向右偏电流从电流计正接线柱流入时指针向右偏)()A.A.向右偏到某一刻度后回到零刻度向右偏到某一刻度后回到零刻度B.B.向左偏到某一刻度后回到零刻度向左偏到某一刻度后回到零刻度C.C.向右偏到某一刻度后不动向右偏到某一刻度后不动D.D.向左偏到某一刻度后不动向左偏到某一刻度后不动【解析解析】选选A A。压力。压力F F作用时作用时,极板间距极板间距d d变小变小,由由C=,C=,电容器电容电容器电容C C变大变大,
49、又又根据根据Q=CU,Q=CU,极板所带电荷量变大极板所带电荷量变大,所以电容器应充电所以电容器应充电,灵敏电流计中有由正接线灵敏电流计中有由正接线柱流入的电流柱流入的电流,所以指针将右偏所以指针将右偏,极板保持固定后极板保持固定后,充电结束充电结束,指针回到零刻度指针回到零刻度,则则A A正确。正确。rS4 kd【补偿训练补偿训练】如图所示是一个测定液面高度的传感器如图所示是一个测定液面高度的传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物在导线芯的外面涂上一层绝缘物质质,放在导电液体中放在导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两极导线芯和导电液体构成电容器的两极,把这两极接入外电把这两极接入外电路路
50、,当外电路中的电流变化说明电容值增大时当外电路中的电流变化说明电容值增大时,则导电液体的深度则导电液体的深度h h变化情况为变化情况为()A.hA.h增大增大B.hB.h减小减小C.hC.h不变不变D.D.无法确定无法确定【解析解析】选选A A。导电液体的深度。导电液体的深度h h变化时变化时,电容器极板的正对面积变化电容器极板的正对面积变化,由平行板由平行板电容器的电容电容器的电容C=C=可知可知,C,C增大增大,S,S增大增大,故知故知h h增大。增大。A A正确。正确。rS4 kd【课堂回眸课堂回眸】1.1.关于传感器关于传感器,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.A.电熨斗通过
