高二物理传感器期末复习一

高二物理传感器期末复习一

高二物理传感器期末复习一 ‎ 一、自主学习 ‎1．传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如 、 、 、 、 等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成 、 流等电学量，或转化为电路的通断。‎ ‎2．传感器的作用是把 量转化为 量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。‎ ‎3．光敏电阻 ‎（1）光敏电阻的电阻率与 有关？‎ ‎（2）光敏电阻受到光照时会 ，解释：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。‎ ‎（3）光敏电阻能够将 量转化为 量。‎ ‎4．热敏电阻和金属热电阻 ‎（1）金属导体的导电性能随温度升高而 ；半导体材料的导电性能随温度升高而 。‎ ‎（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？‎ ‎（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？‎ ‎5．霍尔元件 如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成。若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中为薄片的厚度，为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关 推导：‎ 霍尔元件能够把 这个磁学量转化为 这个电学量。‎ 二、例题分析 例1．如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动。‎ 例2．传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）‎ A、 当F向上压膜片电极时，电容将减小 B、当F向上压膜片电极时，电容将增大 C、 若电流计有示数，则压力F发生变化 D、若电流计有示数，则压力F不发生变化 例3．如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）‎ 三、课后练习：‎ ‎1．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。‎ ‎2．如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）‎ A、R1两端的电压增大 B、电流表的示数增大 C、小灯泡的亮度变强 D、小灯泡的亮度变弱 ‎3．如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）‎ Ａ、电压表的示数增大 Ｂ、Ｒ２中电流减小 Ｃ、小灯泡的功率增大 Ｄ、电路的路端电压增大 ‎4．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（ ）‎ A、 如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B、 如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 C、 如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显 D、 如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显 ‎5．图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）‎ A、 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大 B、 在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C、 在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 D、 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化 ‎9、如图所示宽度为d，厚度为h 的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿‎ ‎《传感器》期末复习（二）‎ 一、自主学习 ‎1．传感器应用的一般模式 ‎2．力传感器的应用——电子秤 ‎（1）电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时 ,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用.‎ ‎（2）工作原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩, 上表面应变片的电阻＿＿＿,下表面应变片的电阻变小.F越大, 弯曲形变＿＿＿, 应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中 通过的电流保持恒定,那末上面应变片两端的电压变大, 下面应变片两端的电压变小. 传感器把这两个电压的差值输出.外力越大, 输出的电压差值也就 ＿＿＿‎ ‎（3）应变片能够把 力学量转化为 电学量。‎ ‎3．声传感器的应用——话筒 ‎（1）话筒的作用是什么？‎ ‎（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。‎ ‎（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？‎ ‎（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？‎ ‎4．温度传感器的应用——电熨斗 温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。‎ 电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。‎ 思考与讨论：‎ ‎（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？‎ ‎（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？‎ 二、例题分析 例1．用如图‎6-2-2‎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.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0㎏的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上其压力大小可以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, 传感器b在前,a在后.汽车静止时, 传感器a、b的示数均为10N（取g=‎10m／s2）‎ (1) 若传感器a示数为14N，b的示数为6.0N,求此时汽车的加速度和方向?‎ ‎(2)当汽车一怎样的加速度运动时, 传感器a的示数为零？‎ 例2.某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力.(比例系数为k)如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0,而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.‎ 现有下列器材:力电转换器,质量为m0的砝码,电压表,滑动变阻器,干电池各一个,电键及到县若干,待测物体(可置于力电转换器的受压面上).请完成对该物体质量的测量.‎ (1) 设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在图中画处完整的测量电路图.‎ (2) 简要说明测量步骤,求出比例系数K,并测出待测物体的质量m.‎ 练习题:‎ ‎1.电子秤使用的是 A. 超声波传感器 B温度传感器 C压力传感器 D红外线传感器 ‎2.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 A.应变片是由导体材料制成 B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之变小 C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大,输出的电压差值也越大 ‎3.下列器件不是应用温度传感器的是 A.电熨斗 B话筒 C电饭锅 D测温仪 ‎4. 电容式话筒的保真度比动圈式话筒好, 其工作原理如图所示,‎ ‎ Q是绝缘支架,M是薄金属膜和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,当膜片向右运动的过程中有 A.电容变大 B.电容变小 C.导线AB中有向左的电流 D.导线AB中有向右的电流 ‎5.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是( )‎ A .该传感器是根据电流的磁效应工作的 B. 该传感器是根据电磁感应原理工作的 C. 膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变 D. 膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动 ‎《传感器》期末复习（三）‎ 一、自主学习 ‎1．温度传感器的应用——电饭锅 问题：（1）电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？‎ ‎（2）感温铁氧体的组成物质是什么？‎ ‎（3）感温铁氧体有何特点？‎ ‎（4）什么是“居里点”？‎ 工作原理:‎ ‎(1).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恢复到图示的状态？为什么？‎ ‎(2).煮饭时水沸腾后锅内是否回大致保持一定的温度？为什么？‎ ‎(3).饭熟后，水分被大米吸收，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？‎ ‎(4).如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？‎ ‎2．温度传感器的应用——测温仪 问题：(1).温度传感器测温仪有何优点？(2).常见的测温元件有哪些？‎ ‎3．光传感器的应用——鼠标器 ‎（1）机械式鼠标器的内部组成是什么？‎ ‎（2）简述机械式鼠标器的工作原理。‎ ‎4．光传感器的应用——火灾报警器 工作原理：报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．‎ 二、例题分析 例1．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（‎103℃‎）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于‎70℃‎时会自动闭合；温度高于‎80℃‎时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1＝R2＝500Ω，计算加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计。‎ ‎（1）分析电饭煲的工作原理。‎ ‎（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。‎ ‎（3）简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？‎ 例2．如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；小车的速度表达式为V＝＿＿＿＿＿＿；行程的表达式为S＝＿＿＿＿。‎ 课后练习 1． 测温仪使用的是 （ ）‎ A、光传感器 B、红外线传感器 C、温度传感器 D、超声波传感器 ‎2.下列器件是应用光传感器的是 （ ）‎ A、鼠标器 B、火灾报警器 C、测温仪 D、电子称 ‎3.鼠标器使用的是 （ ）‎ A、压力传感器 B、温度传感器 C、光传感器 D、红外线传感器 ‎4.关于电饭锅的说法正确的是 （ ）‎ A、电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁 B、铁氧体在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性 C、用电饭锅烧水,水开时能自动断电 D、用电饭锅煮饭时,若温控开关自动断电后,它不能自动复位 ‎5．如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED相距不变，下列说法正确的是（ ）‎ A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变 ‎6．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，下列属于这类传感器的是（ ）‎ A、红外报警装置 B、走廊照明灯的声控装置 C、自动洗衣机中的压力传感装置 D、电饭煲中控制加热和保温的温控器 ‎《传感器》期末复习（四）‎ 一、自主学习 ‎1．实验1、光控开关 工作原理：白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的 问题：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？‎ ‎2．温度报警器 工作原理：‎ 二、例题分析 例1．如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．试分析电磁继电器的工作原理．‎ 例2电磁继电器与自动控制 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程．‎ 课后练习 ‎1、可以用型号为74LS14的非门集成电路，发光二极管和限流电阻来组成一个逻辑电平检测器，电路如图所示。使用时，将检测器的输入端Ａ接到被测点。‎ 请分析：当被测点为高电平时，LED是否发光？低电平时呢？说出道理。‎ ‎２、随着人们生活质量的提高，自动干手机已进入家庭洗手间，当人将湿手靠近干手机时，机内的传感器便驱动电热器加热，于是有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，这是因为（ ）‎ ‎ Ａ、改变了湿度 Ｂ、改变了温度 Ｃ、改变了磁场 Ｄ、改变了电容 ‎3．大多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。‎ （１） 控制电路中接入了哪几种传感器？‎ （２） 这几种传感器来的信号，应通过哪几种门电路后，再进入执行电路？‎ ‎4．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器，它有以下两种。‎ ‎(１)一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。‎ ‎(２)另一种叫做“开关型”的，当磁场到一定程度时它才会输出高电平，而在磁场弱到一定程度时输出低电平（或者相反），也就是说，它只能在高、低电平之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。‎ ‎5．图是一个为警报器装置的逻辑电路图．是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻．‎ ‎（1）要做到低温时电铃不响，出现为灾时产生高温，电铃响起．在图中虚线处画出接入的斯密特触发器．‎ ‎（2）为什么在高温时电铃会响起？‎ ‎（3）为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调的低些，那么R的值应该大一些还是小一些？‎ 答案：一、例1.左、右 例2、BC 例3、下表面电势高，U=BI/ned 练习：1、声，声，电 2、C 3、ABC 4、C 5、ABD 6、BI/ned 二、例1、（1）4m/s2，方向向右；（2）10m/s2，方向向左 例2、(1) 设计电路如图 ‎(2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零,②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换器上,记下输出电压U 由U0=km‎0g,得k=U0/m‎0g U=k m g,所以 m=m0U/U0‎ 练习：1、C 2、BD 3、B 4、AC 5、B 三、例1、（1）略（2）12/1（3）不能 例2、车轮半径R与齿轮的齿数P；2Rn/P；2RN/P 练习：1、C 2、AB 3、C 4、BD 5、A 6、A