高中物理 第4章 传感器与现代社会章末分层突破教师用书 沪科版选修3-2-沪科版高二选修3-2物理学案VIP免费

第4章传感器与现代社会[自我校对]①非电学量②电学量③热敏④光敏⑤物理⑥化学⑦生物⑧光⑨温度⑩力传感器的原理及应用1.传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如图41所示.1图412.常见的敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大.(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大.(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种.正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小.(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化.(5)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，UH＝RH.3.传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息.(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构.(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.如图42所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程为6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大电阻为999.9Ω；S为开关.已知RT在95°C时的阻值为150Ω，在20°C时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在95°C到20°C之间的多个温度下RT的阻值.图42(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图.(2)完成下列实验步骤中的填空：①依照实验原理电路图连线.②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95°C.③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全.④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录.⑤将RT的温度降为T1(20°C＜T1＜95°C)；调节电阻箱，使得电流表的读数，记录.⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝.⑦逐步降低T1的数值，直至20°C为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.【解析】(1)由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示.而且热敏电阻RT在95℃和20℃时的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95℃，则电流表示数不变时，热敏电阻和电阻箱的阻值应保持150Ω和2电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20℃，则电流表示数不变时，热敏电阻和电阻箱的阻值应保持550Ω和电阻箱的初值之和不变.因此可以测量任意温度下的电阻.(2)①依照实验原理电路图连线.②调节控温容器M内的温度，使得RT温度为95℃.③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全.④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录电阻箱的读数R0.⑤将RT的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为I0，记录电阻箱的读数R1.⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝R0－R1＋150Ω.⑦逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.【答案】(1)实验原理电路图见解析(2)④电阻箱的读数R0⑤仍为I0电阻箱的读数R1⑥R0－R1＋150Ω传感器在生产、生活中的应用以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如下表.传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路动态分析温度传感器热敏电阻直流电路问题力传感器压敏电阻等力学、运动学与直流电路电容传感器电容力、运动与含容电路如图43所示是某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的线性电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动.弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连.若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小.已知弹簧的劲度系数为k，托盘...