【教师精编】2013-2014学年人教版高中物理选修3-2导学案:第六章 传感器(3份,无答案)

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名称 【教师精编】2013-2014学年人教版高中物理选修3-2导学案:第六章 传感器(3份,无答案)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2014-08-27 19:32:27

文档简介

课题 6.3实验:传感器的应用
学习目标 1.知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。2.知道晶体三极管的放大特性。3.掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。
学习重难点 重点1.了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电路的工作原理。2.温度报警器的电路工作原理。难点光控电路和温度报警器电路的工作原理。
学法指导 通过实验的方法,让学生在组装和调试中,更为深入地认识传感器的应用。
预习评价
温度传感器的应用——电饭锅电饭锅中的温度传感器主要元件是___, ( http: / / www.21cnjy.com )它的特点是:常温下具有铁磁性,能够被磁铁吸引,但是上升到约103℃时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。感温铁氧体是用_______和____混合烧制而成的。温度传感器的应用——测温仪(1)温度传感器可以把___转换成电信号,由指针式仪表或数字式仪表显示出来。(2)测温仪中的测温元件可以是___、____、____等,还可以是_____等光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器( ( http: / / www.21cnjy.com )1)机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管,两个红外接受管就是两个_____。(2)有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的,其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。
课堂学习流程设计
【课程导学】
【范例精析】
如图甲为在温度为10℃左右的环境中 ( http: / / www.21cnjy.com )工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示.当 a、b端电压 Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当Uab>0时,电压鉴别器使 S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在_________℃. ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )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为光电接收器,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接收并转换成电信号,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量和数据是 ,小车速度的表达式为v= ;行程的表达式为= 。 ( http: / / www.21cnjy.com )
达标检测
A类
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,它不能自动复位应用温度传感器可以远距离读取温度的数值,这是把____转变为____的一大优点.
B类
有一电学元件,温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是 (  )A.金属导体      B.绝缘体C.半导体       D.超导体如图所示的电路中,电源两端的电压恒定 ( http: / / www.21cnjy.com ),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 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示,R1、、R2为定值电阻,L为小灯泡,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中的电流强度减小C、小灯泡的功率增大 D、电路的路端电压降低 ( http: / / www.21cnjy.com )下面元件不属于温度传感器的是( )A、电熨斗 B、电饭锅 C、测温仪 D、鼠标器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火灾报警器使用的是( )A、光传感器 B、温度传感器 C、红外线传感器 D、超声波传感器将万用表的选择开关置于欧姆档,再将电表 ( http: / / www.21cnjy.com )的两支表笔分别与光敏电阻Rg的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的中央,若用不透光的黑纸将Rg包裹起来,表针将向 (填 “左”或“右”)转动,若用手电筒光照射Rg,表针将向 (填“左”或“右”)转动。请用仪器:热敏电阻,学生电源,继电器,滑动变阻器,开关,导线等设计一个由温度控制小灯泡发亮的电路。如图所示是电饭煲的电路图,S ( http: / / www.21cnjy.com )1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?如图所示甲为在温度为10℃ ( http: / / www.21cnjy.com )左右的环境中工作的自动恒温箱简图,箱内电阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40 kΩ,R1为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab﹤0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当Uab﹥0时,电压鉴别器使S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在 ℃。甲乙
学习反思
布置作业课题 6.2传感器的应用
学习目标 1.了解力传感器在电子秤上的应用。2.了解声传感器在话筒上的应用。3.了解温度传感器在电熨斗上的应用。
学习重难点 重点各种传感器的应用原理及结构。难点各种传感器的应用原理及结构。
学法指导 通过实验或演示实验,了解传感器在生产、生活中的应用。
预习评价
电子秤理有____片、电 ( http: / / www.21cnjy.com )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.工作原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元 ( http: / / www.21cnjy.com )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。 ( http: / / www.21cnjy.com )话筒是一种常用的____,其作用是把____转换成____. 话筒分为____,____,____等几种.电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜 ( http: / / www.21cnjy.com )和固定电极形成一个电容器,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 ,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.驻极体话筒:它的特点是____,____,____,____.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是____.在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是____,当温度发生变化时, 双金属片的____不同,从而能控制电路的通断。电熨斗的自动控温原理:常温下,上 ( http: / / www.21cnjy.com )、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀____,下部金属膨胀___,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后, 双金属片恢复原状,重新接通电源,从而保持温度不变.
课堂学习流程设计
【课程导学】
【范例精析】
用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上 ( http: / / www.21cnjy.com )做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由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 kg的滑块可无摩擦滑动,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,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b在的示数均为 10 N(取g=10 m/s2).(1)若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向.(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零. ( http: / / www.21cnjy.com )在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC 元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率随温度t的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能.对此,以下判断正确的是( )①通电后,其电功率先增大,后减小 ( http: / / www.21cnjy.com )②通电后,其电功率先减小,后增大 ③当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1不变 ④当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1和t2之间的某一值不变A.①③ B.②③ C.②④ D.①④ ( http: / / www.21cnjy.com )
达标检测
A类
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测温仪电容式话筒的保真度比动圈式话筒好, 其 ( http: / / www.21cnjy.com )工作原理如图6-2-5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 ( http: / / www.21cnjy.com )在家用电热灭蚊器中,电热部分主 ( http: / / www.21cnjy.com )要元件是PTC元件, PTC元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ随温度t的变化关系如图6-2-6所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能,对此,以下判断正确的是( )通电后,其电功率先增大,后减小 ② 通电后, 其电功率先减小,后增大③ 当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1不变④ 当其产生的热量与散发的热量相等时, ( http: / / www.21cnjy.com )温度保持在t1和t2之间的某一值不变 A①③ B②③ C②④ D①④ ( http: / / www.21cnjy.com )计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器, ( http: / / www.21cnjy.com )该电容器的电容可用公式C=εS/d计算,式中ε=9×10-12,S为金属片的正对面积,d表示两金属片间距.当键被按下时,此电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能检测出那个键被按下了,从而给出相应的信号.设每个金属片的正对面积为50mm2,键未按下时的金属片间距为0.6mm.如果电容变化0.25pF,电子线路恰能检测出必要的信号,则键至少需要被按下( )A、0.15mm B。0.25mm C、0.35mm D。0.45mm
B类
唱卡拉OK用的话筒,内有传感 ( http: / / www.21cnjy.com )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如图所示为一种测定角度的传感器,当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度θ发生变化时,试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。 ( http: / / www.21cnjy.com )图中电容式话筒右测固定不动的金属板b与 ( http: / / www.21cnjy.com )能在声波驱动下沿水平方向振动的渡上金属层的振动膜a构成一个电容器,a、 b分别通过导线与恒定电源两极相接。声源s做位移X=Asin(200πt)的振动,则有( )A、a振动过程中a、 b板之间的电场强度不变B、a振动过程中话筒会产生电磁波 C、导线ac的电流的频率为1000HzD、a向右位移最大时a 、b板形成的电流最大 ( http: / / www.21cnjy.com )如图是电容式话筒的示意图,它是利用电容 ( http: / / www.21cnjy.com )制作的传感器, 话筒的振动膜前面渡有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振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U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在的电路中的其他量发生变化,使声音信号被话筒转化电信号,其中导致电容变化的原因可能是电容两极板间的( )A.距离变化 B.正对面积变化 C.介质变化 D.电压变化 ( http: / / www.21cnjy.com )磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量 ( http: / / www.21cnjy.com )叫做能量密度,其值为B2∕2 .式中B是磁感应强度, 是磁导率,在空气中 为一已知常数,为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B,一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离ΔL,并测出拉力F,如图所示,因为F所做的功等于间隙中磁场的能量,所以由此可得此感应强度B与F、 A之间的关系为B= . ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示, 神州五号飞船发射升空时,火箭内测 ( http: / / www.21cnjy.com )试仪台上放一个压力传感器,传感器上面压一质量为M的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加速度为a=g∕2,压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的17/16,已知地球的半径为R, g为地面附近的重力加速度,试求此时火箭离地面的高度____.如图是电熨斗温度自动控制装置.常温时,上、下触点应是分离,还是接触 双金属片温度升高时,那一层形变大 假设原来温度上升到800C时,断开电源,现在要求600C时断开电源,应怎样调节调温旋钮 ( http: / / www.21cnjy.com )某学生为了测量一物体的质量,找到一个 ( http: / / www.21cnjy.com )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.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.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. ( http: / / www.21cnjy.com )
学习反思
布置作业课题 6.1传感器及其工作原理
学习目标 1.知道非电学量转换成电学量的技术意义。2.通过实验,知道常见传感器的工作原理。3.初步探究利用和设计简单的传感器。
学习重难点 重点认识各种常见的传感器;了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。难点光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
学法指导 1.通过对实验的观察、思考和探究,让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理。2.让学生自己设计简单的传感器,经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的实践能力和创新思维能力。
预习评价
传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力 ( http: / / www.21cnjy.com )、温度、光、声、化学成分等_____量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等____量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器一般由敏感元件和输出部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换____信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。常见的传感器有:_____、_____、_____、_____、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,无光 ( http: / / www.21cnjy.com )照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,光敏电阻能够把_____这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛,可以看到光线的强弱。金属热电阻和热敏电阻:金属热电阻的电阻率随 ( http: / / www.21cnjy.com )温度的升高而____,用金属丝可以制作____传感器,称为_____。它能用把____这个热学量转换为____这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而____或____。与热敏电阻相比,金属热电阻的_____好,测温范围___,但____较差。电容式位移传感器能够把物体的____这个力学量转换为___这个电学量。霍尔元件能够把______这个磁学量转换为电压这个电学量。
课堂学习流程设计
【课程导学】
如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是( )A.当有光照射 R1时,信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 ( http: / / www.21cnjy.com )有定值电阻、热敏电阻、光敏 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是( )A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化,这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数相同,这只元件一定是定值电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示,有电流I流过长方体金属块,金 ( http: / / www.21cnjy.com )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) ( http: / / www.21cnjy.com )
【范例精析】
达标检测
A类
简单的说,光敏电阻就是一个简单的_____传感器,热敏电阻就是一个简单的_____传感器。为解决楼道的照明,在楼道内安装一个 ( http: / / www.21cnjy.com )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。如图所示,是一个测定液面高度的传感 ( http: / / www.21cnjy.com )器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放在导电液体中,导线芯和导电液构成电容品的两极,把这两极接入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h变化为( )A、 h增大 B、h减小 C、h不变 D、无法确定 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示,为一种测定角度的传感器,当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时,试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。
B类
关于光敏电阻,下列说法正确的是( )光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子极少,导电性能不好硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子较少,导电性能良好半导体材料的硫化镉,随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好霍尔元件能转换哪两个量( )把温度这个热学量转换为电阻这个电学量把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量把力转换为电压这个电学量把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量如图所示是测定位移的电容式传感器,其工作原理是哪个量的变化,造成其电容的变化( )A、电介质进入极板的长度B、两极板间距C、两极板正对面积D、极板所带电量 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示,R3是光敏电阻,当开关S闭合后在没有光照射时,a、b两点等电势,当用光照射电阻R3时,则( )A、R3的电阻变小,a点电势高于b点电势B、R3的电阻变小,a点电势低于b点电势C、R3的电阻变小,a点电势等于b点电势D、R3的电阻变大,a点电势低于b点电势 ( http: / / www.21cnjy.com )有一电学元件,温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是( )A、金属导体 B、绝缘体 C、半导体 D、超导体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( )如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显 ( http: / / www.21cnjy.com )图是霍尔元件的工作原理示意图,用d表示薄片的 ( http: / / www.21cnjy.com )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( )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改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,UH将发生变化 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示宽度为d,厚度为h ( http: / / www.21cnjy.com )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=
学习反思
布置作业