课件160张PPT。1 传感器及其工作原理
2 传感器的应用
3 实验：传感器的应用
本章总结提升 第六章 传感器第六章 传感器1 传感器及其工作原理1 传感器及其工作原理1 传感器及其工作原理│ 三维目标三维目标【知识与技能】
(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)初步探究使用和设计简单的传感器．1 传感器及其工作原理│ 三维目标【过程与方法】
(1)通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器的工作原理．
(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．1 传感器及其工作原理│ 三维目标【情感、态度与价值观】
在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣. 1 传感器及其工作原理│ 重点难点重点难点【重点】
几种常见传感器的工作原理(演示实验)．
【难点】
学生自己设计简单的传感器．1 传感器及其工作原理│ 教学建议教学建议学生有较强的解题能力，但学生的技术知识甚至技术常识十分贫乏，动手能力也不强，因此本章内容并非想象中的那样易学．教师在教学过程中要充分运用演示、讲解和动手实验等多种教学方式，培养学生分析实际问题的能力和设计有关技术的能力．
对于物理实验，无论是演示实验还是分组实验，学生都表现出极大的兴趣．本堂课课前，允许全班学生自由组合成八个探究小组，这样一来，学生实验和思考就更加自然化和常态化，能表现出最佳的思维状态．1 传感器及其工作原理│ 教学建议用几个有趣的传感器实验引入课题，激发学生探究传感器原理的兴趣．给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后，重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻．安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用．结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器，进一步深化传感器的工作原理．1 传感器及其工作原理│ 新课导入新课导入【导入一】
准备知识：从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”．传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位．本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫．教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神．1 传感器及其工作原理│ 新课导入今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操控的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确地检测体温的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器．1 传感器及其工作原理│ 新课导入【导入二】
2003年6月10日，勇气号发射升空；
接下来的7个多月里，勇气号成功完成6次轨道调整；
登陆前一小时左右，推进器旋转，调整热挡板，准备着陆；
滑行台分离，进入火星大气层；打开降落伞，着陆器从它的后舱里脱离出来；
启动雷达系统开始测定它的高度和直降落速度；
同时，气囊充气，准备软着陆；反向推动器点火，离地面只有100米左右，三个火箭同时点火，确保在距离火星表面13米时达到0速度，抛弃降落伞，自由下落；1 传感器及其工作原理│ 新课导入在火星地表开始滚动，最后停下；着陆后，同时收回气囊，展开太阳能电池板，启动广角照相机；通过奥德赛飞船向地球传输完数据，勇气号就进入休眠状态了．
这台十多个小时前成功登陆的火星车，迎来抵达“红色星球”后的第一个早晨．火星时间早上8点12分，地面控制人员用英国摇滚乐队披头士的歌曲《Good Day Sunshine》“唤醒”了远在火星上的“勇气”号，它在地面控制下展开电池板为自己充电，开始一天繁忙的工作．勇气号的主要任务是探测火星上是否存在水和生命，并分析其物质成分，以推断火星能否通过改造适合生命生存．1 传感器及其工作原理│ 新课导入远离我们亿万公里之遥的小小探测器为什么能如此听话地“任人摆布”？人们又是如何操控它的？其实人们不必直接接触，就可以控制一些电器．例如用红外线遥控器控制电视的开关；用声音的强弱控制走廊内照明灯的开关等．要想知道这些自动控制的道理，就要学习一些有关传感器的知识．1 传感器及其工作原理│ 知识必备知识必备1．能够感受诸如力、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便于传送和处理的物理量(通常是电压、电流等_____量)，或转换为电路的______的元件叫传感器．
2．制作传感器常用的元器件有__________、__________和金属热电阻、_________等．物理通断电学光敏电阻热敏电阻霍尔元件1 传感器及其工作原理│ 学习互动学习互动考点一 传感器
[想一想] 如图6-1-1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭．
盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？图6-1-11 传感器及其工作原理│ 学习互动【答案】盒子里用到了干簧管，把干簧管串入电路，当磁铁靠近时两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用． 1 传感器及其工作原理│ 学习互动物理电压电流敏感元件电学量1 传感器及其工作原理│ 学习互动例1 (多选)下列说法正确的是( )
A．传感器担负着信息采集的任务
B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分等转换为电信号的主要工具1 传感器及其工作原理│ 学习互动ABD [解析] 传感器的任务就是采集信息，A对；干簧管的主要构造是由平行不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，B对；由传感器的定义知D对．1 传感器及其工作原理│ 学习互动考点二 光敏电阻
[想一想] 工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，图6-1-2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什么？图6-1-21 传感器及其工作原理│ 学习互动【答案】当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品信号处理系统就获得一次低电压，就计数一次．1 传感器及其工作原理│ 学习互动[要点总结]
1．光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，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______，即光敏电阻的阻值随光照增强而______．
2．光敏电阻能够把_________这个光学量转换为______这个电学量．减小变好光照强弱电阻1 传感器及其工作原理│ 学习互动例2 (多选)如图6-1-3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( )图6-1-31 传感器及其工作原理│ 学习互动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1 传感器及其工作原理│ 学习互动ABC [解析] 当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，因内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．由干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．1 传感器及其工作原理│ 学习互动考点三 热敏电阻和金属热电阻
[想一想] 如图6-1-4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻(温度升高，电阻减小)RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在RT上擦一些酒精，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？图6-1-41 传感器及其工作原理│ 学习互动【答案】由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏． 1 传感器及其工作原理│ 学习互动[要点总结]
1．热敏电阻：用________材料制成，对于具有负温度系数的热敏电阻，其电阻值随温度______而减小．
2．金属热电阻：金属的电阻率随温度______而增大，利用这一特性金属丝也可以制作______传感器，这种传感器称为金属热电阻．
3．热敏电阻和金属热电阻都能够把_____这个热学量转换为______这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的________较好．升高半导体升高温度温度电阻灵敏度1 传感器及其工作原理│ 学习互动例3 如图6-1-5所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )图6-1-51 传感器及其工作原理│ 学习互动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1 传感器及其工作原理│ 学习互动C [解析] R2与灯泡L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻R2温度降低时，它的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错． 1 传感器及其工作原理│ 学习互动考点四 霍尔元件
[要点总结]
1．霍尔元件如图6-1-6所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件．图6-1-61 传感器及其工作原理│ 学习互动电压磁感应强度1 传感器及其工作原理│ 学习互动例4 在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab＝1.0×10－2 m、长bc＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3 m，水平放置在方向竖直向上的磁感应强度大小为B＝1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图6-1-7所示，沿薄片宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．图6-1-71 传感器及其工作原理│ 学习互动(1)假定载流子是电子，a、b两端中的哪端电势较高？
(2)薄片上形成电流I的载流子定向运动的速率多大？1 传感器及其工作原理│ 学习互动1 传感器及其工作原理│ 备用习题备用习题1．如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，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，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，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的( )1 传感器及其工作原理│ 备用习题A．距离变化
B．正对面积变化
C．电介质变化
D．电压变化1 传感器及其工作原理│ 备用习题A [解析]振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．1 传感器及其工作原理│ 备用习题2．如图所示是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R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(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况．1 传感器及其工作原理│ 备用习题(1)你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．
(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？1 传感器及其工作原理│ 备用习题 (1)c、d 减小 (2)见解析
[解析] (1)由图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化．当油量减少时，R接入电路的电阻会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小．当把电压表接在c、d两点间，电压表示数减小时，表示油量在减少．
(2)①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R接入电路的电阻减小，电压表的示数减小；油量减少时，R接入电路的电阻，电压表的示数增大．
②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R接入电路的电阻减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．1 传感器及其工作原理│ 备用习题3．(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻．当入射光强度增大时( )1 传感器及其工作原理│ 备用习题A．电压表的示数增大
B．R2中的电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大1 传感器及其工作原理│ 备用习题ABC [解析]当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压随干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，电路的路端电压减小，A正确，D错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压减小，则R2中的电流减小，B正确．结合干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C正确．1 传感器及其工作原理│ 备用习题4．(多选)如图所示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(工作面是指较大的平面)( )1 传感器及其工作原理│ 备用习题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1 传感器及其工作原理│ 备用习题1 传感器及其工作原理│ 备用习题5．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(即单位时间内通过管内横截面的流体的体积)．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚线)．图中流量计的上、下两面是金属材料，前、后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前、后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为( )1 传感器及其工作原理│ 备用习题1 传感器及其工作原理│ 备用习题1 传感器及其工作原理│ 备用习题1 传感器及其工作原理│ 自我检测自我检测1．(传感器)传感器是把非电学量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．图6-1-8为一种电容传感器示意图，电路可将声音信号转化为电信号．电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中( )图6-1-81 传感器及其工作原理│ 自我检测A．a、b板之间的电场强度不变
B．a、b板所带的电荷量不变
C．电路中始终有方向不变的电流
D．向右位移最大时，电容器的电容最大1 传感器及其工作原理│ 自我检测1 传感器及其工作原理│ 自我检测2．(光敏电阻)如图6-1-9所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为θ ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( )图6-1-91 传感器及其工作原理│ 自我检测A．θ′＝θ
B．θ′＜θ
C．θ′＞θ
D．不能确定1 传感器及其工作原理│ 自我检测B [解析] 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针偏转角度变小． 1 传感器及其工作原理│ 自我检测3．(热敏电阻和金属热电阻)在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性实验时，安装好如图6-1-10所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )1 传感器及其工作原理│ 自我检测图6-1-101 传感器及其工作原理│ 自我检测A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡1 传感器及其工作原理│ 自我检测D [解析] 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B均错；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确． 1 传感器及其工作原理│ 自我检测4．(霍尔元件)霍尔元件能( )
A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C．把力这个力学量转换成电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量1 传感器及其工作原理│ 自我检测2 传感器的应用2 传感器的应用3 实验：传感器的应用3 实验：传感器的应用2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 三维目标三维目标【知识与技能】
(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)了解两个实验的基本原理．
(4)通过实验，加深对传感器作用的体会，培养学生的动手能力．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 三维目标【过程与方法】
(1)通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用．
(2)通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用． 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 三维目标【情感、态度与价值观】
(1)在了解传感器的原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度．
(2)在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 重点难点重点难点【重点】
(1)各种传感器的应用原理及结构．
(2)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．
(3)温度报警器电路的工作原理．
【难点】
(1)各种传感器的应用原理及结构．
(2)光控电路和温度报警器电路的工作原理．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 教学建议教学建议传感器是新课程教材中新增设的十分重要的一部分内容．
在课程标准中传感器部分却属于“了解”水平．对传感器的概念和传感器的工作原理都只是要求知道．事实上，课本对于传感器的定义也是属于描述性的，并没有确切的一个定义．而传感器的工作原理是十分复杂的，涉及大学里面数字电路的一些知识，对于高中生的认知水平来说，要想完全理解还是有很大困难的．因此，教材对于传感器的工作原理也只是作为简单电路中的一个器件来进行讲述，并没有涉及传感器的内部结构和复杂的逻辑电路等．所以，在给学生讲解时，需要注意难度的把握．通过课本或者日常生活中的实例或者小实验来进行讲解．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 教学建议绝大多数同学亲眼见过或者听说过“声控灯”，使用过冰箱、空调、饮水机，看到过电子秤、自动门等．他们对这些东西十分熟悉，但却并不了解其自动控制的奥秘，所以心中一直心存疑惑．教师可以利用学生的疑惑来进行新课的引入，从“生活走向物理”，引导学生逐渐深入地揭开传感器的神秘面纱．
有条件的话，本节课教学要尽量让学生多观察、多动手，至少要让学生多看看相关的视频文件．
教学中多举一些生活相关的实例，如走廊里的声、光控开关及温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 新课导入新课导入【导入一】
师：上节课我们学习了传感器及其工作原理．传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件．请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？
生：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量．热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量．霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量．
师：这节课我们来学习传感器的应用．
[板书课题]传感器的应用2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 新课导入【导入二】
师：同学们，我们今天在上新课之前，先来做一个小实验．同学们都见过过道里的声控灯吧？
生：见过．
师：同学们看到声控灯一般亮是在什么情况下呀？
生1：夜晚．
生2：要大声说话或者跺脚．
师：很好．声控灯就是在天黑之后，有脚步声或者说话声时才会亮．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 新课导入师：老师这里也有一个声控灯，现在是白天，大家觉得我们现在拍手或者大声说话，灯会亮吗？
生：(猜测．有的觉得会亮，有的觉得灯不会亮．)
师：(把灯放在讲台上，插好电源．一拍手，灯不亮．)
生：(猜不亮的同学很高兴．)
师：(故弄玄虚．把灯用手捧住，吹一口气，灯亮了．)
生：(很惊讶．)
师：(故意留下悬念)同学们，是不是觉得很神奇呀？想知道白天声控灯为什么也会亮吗？那我们就来学习今天的新课——第五章传感器第二节传感器的应用．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 新课导入【导入三】
师：随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关及温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器．传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大、处理均是通过电子元件组成的电路来完成的．
这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 新课导入【导入四】
上节课我们学习了力传感器、温度传感器、声音传感器及其工作原理．请大家回忆一下我们学了哪些具体的力、温度、声音传感器？
学生思考后回答：电子秤、动圈式话筒、电容式话筒、驻极体话筒、电熨斗，它们都是传感器．
这节课我们继续来学习一些传感器的应用．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 知识必备知识必备1．传感器应用的一般模式图6-3-1传感器执行计算机2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 知识必备2．应变式力传感器是由________和________组成的，应变片能够把物体______这个力学量转换为______这个电学量．
3．感温铁氧体具有这样的性质，常温下具有_______，能够被磁体吸引，但是温度上升到约________时，就失去了________，不能被磁体吸引，这个温度叫作该材料的“居里温度”或“居里点”．应变片金属梁形变电压铁磁性铁磁性103 ℃ 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动学习互动考点一 力传感器的应用——电子秤
[要点总结]
1．应变式力传感器主要由________和________组成．
2．工作原理：如图6-3-2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，在梁的自由端施加力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______，下表面的电阻______．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压______，下面应变片两端的电压______．传感器把这两个电压的差值输出．力F越大，输出的________也就越大．应变片金属梁变大变大变小变小电压差值2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动图6-3-12 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动例1 (多选)关于电子秤中应变式力传感器，正确的说法是( )
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，其电阻变小
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2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动BD [解析] 应变片多用半导体材料制成，故选项A错；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之，其电阻变小，B对；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错，D对． 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动考点二 温度传感器的应用——电熨斗
[想一想] 图6-3-3为电熨斗的构造图，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属．图6-3-32 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动1．常温下，电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？
2．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动【答案】 (1)常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数大，故上层膨胀得厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开电热丝停止加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动[要点总结]
1．电熨斗内部的双金属片温度传感器的作用是控制电路的______．
2．常温下，上、下触点是______的，当温度过高时，双金属片弯曲，使触点______，从而切断电源，停止加热．当温度降低后，双金属片___________，重新_____电路加热．通断接触分离恢复原状接通2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动例2 一般的电熨斗用合金丝作为发热元件，合金丝电阻随温度的关系如图6-3-4中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，电熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3(被称为“PTC”的特殊材料)作为发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析： 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动(1)处于冷态的PTC电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快的原因是_________________________________________．
(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动稳定在____[想一想] 电饭锅的结构如图6-3-5所示．图6-3-52 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动(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会恢复到图示的状态？为什么？
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会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 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动 【答案】(1)煮饭时压下开关按钮，感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，手松开后，由于锅内的温度低，感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态．
(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点．因为水沸腾时，温度不变．
(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约为103 ℃)时，感温铁氧体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位．
(4)不能，因为如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”103 ℃，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃才能自动断电，因此电饭锅用来烧水、煲汤不能实现自动控温．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动[要点总结]
1．感温铁氧体的“居里温度”约为_______．
2．电饭锅煮饭时，水沸腾后锅内温度保持在______不变，当水分被大米吸干，锅底温度升高至______时感温铁氧体失去磁性，永磁体被______，触点______，从而停止加热．103 ℃ 103 ℃ 沸点 弹开 分离 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动例3 图6-3-6是电饭煲工作的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到“居里点”(103 ℃)时会自动断开；S2是一个自动温控开关，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＝500 Ω，加热电阻R3＝50 Ω，两灯电阻不计．图6-3-62 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动(1)分析电饭煲的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的功率之比；
(3)简要回答，如果不闭合开关S1能将饭煮熟吗？2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动考点四 光传感器的应用——火灾报警器
[要点总结]
1．组成：如图6-3-7乙所示，发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．图6-3-72 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动2．工作原理：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．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动例4 图6-3-8为利用烟雾对光的散射原理工作的一种火灾报警器，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(注：光电三极管受到光照射时，电阻变小)，请分析它的工作原理． 图6-3-82 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动【答案】平时，光电三极管接收不到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．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动考点五 光控开关和温度报警器
[想一想] 如图6-3-9所示的光控电路，用二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大阻值为51 kΩ，R2为330 Ω.试分析其工作原理．图6-3-92 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动【答案】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(1.6 V)，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．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动非门高电平低电平高电平模拟信号数字信号2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动例5 图6-3-10是一个温度报警器的电路图，RT为热敏电阻，温度升高，电阻减小．
(1)试分析它的工作原理；
(2)若要调高报警温度，需怎样调节R1?图6-3-102 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 学习互动[解析] (1)常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同．
(2)若使报警温度变高，则应调节R1使其阻值减小．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题备用习题1．如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是( )2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题A．L1灯亮
B．L2灯亮
C．L1、L2两灯同时亮
D．L1、L2两灯都不亮2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题B [解析]由电路结构可以看出，当杯中的水的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用，使之向下移动，这样L2所在的电路被接通．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题2．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称物体的重量G与电流大小I的关系为( )2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题3．按如图所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是______________________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡__________，原因是________________________________；停止吹风，会发现____________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现______________________________________．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题【答案】 由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱，吸不住衔铁 亮了 电吹风对热敏电阻加热，使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁 小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高 小灯泡熄灭2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题4．电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成．S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)；S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合；红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻．由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(选填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热；当温度达到70～80 ℃时，S2断开；当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开；当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态．由以上描述可知R2________(选填“＜”“＝”或“＞”)R3.若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题 限流 闭合的 ＞ 水的沸点(100 ℃)低于103 ℃
[解析] R1、R2起的作用是限流，防止指示灯因电流过大而烧毁；S2是自动控制温度开关，当温度低于70 ℃时自动闭合，当温度达到70～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题5．如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题[解析] 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．
天较暗时，光敏电阻RG阻值增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．
天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题6．2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁阻效应(GMR)而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小．下列说法正确的是( )2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题C [解析]如果存在磁铁矿，则GMR的阻值大幅度减小，流过GMR和R电路的电流大幅度增大，由UR＝IR知，R两端电压增大，因此，GMR两端电压减小，即A端电平升高，则非门电路输出端Y电平降低，则指示灯两端电压升高，指示灯亮；如果将电阻R调大，则A端电平调得更高，Y端更易输出低电平，则指示灯更易变亮，该探测仪的灵敏度提高，故A、B、D错误，C正确．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题7．图是一个火警报警装置的逻辑电路图，RT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．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？
(2)为什么高温时电铃会被接通？
(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 备用习题 (1)“非门” (2)见解析 (3)大一些
[解析] (1)温度较低时RT的阻值很大，R的阻值比RT小得多，因此P、X之间电压较大．要求此时电铃不发声，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门．
(2)高温时， RT阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，电铃响起．
(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用， RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此R较大时，反应较灵敏．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测自我检测1．(力传感器的应用)下列器件应用力传感器的是( )
A．鼠标器
B．火灾报警器
C．测温仪
D．电子秤2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测D [解析] 鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确． 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测2．(温度传感器的应用)(多选)图6-3-11是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是( )图6-3-112 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度达到103 ℃，这时开关按钮会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测ACD [解析] 电饭锅煮饭时，水沸腾后锅内温度保持在沸点不变，当水分被大米吸干，锅底温度升高至103 ℃时感温磁体失去磁性，永磁体被弹开，触点分离，从而停止加热． 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测3．(光传感器的应用)(多选)关于光传感器的应用，下列说法中正确的是( )
A．火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的
B．火灾报警器中的光电三极管平时收不到LED发出的光，呈现高电阻状态
C．机械式鼠标器的传感器是红外线发射管
D．当鼠标器在桌面上移动时，红外线接收管收到的是不连续的红外线脉冲2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测ABD [解析] 火灾报警器是利用烟雾对光的散射工作的，故A正确；光电三极管收不到LED发出的光处于断路状态(呈高电阻状态)，B正确；机械式鼠标器的传感器是红外线接收器，C错；鼠标器移动时，码盘转动，红外线接收器收到的是不连续的脉冲信号，故D正确．2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测4．(光控开关和温度报警器)(多选)图6-3-12为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )图6-3-122 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用│ 自我检测BC [解析] A为低电平时，Y为高电平，LED不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED发光，故B、C正确． 本章总结提升本章总结提升本章总结提升│ 单元回眸单元回眸本章总结提升│ 整合创新整合创新本章总结提升│ 整合创新本章总结提升│ 整合创新例1 广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的．如图6-T-2甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内阻不可忽略，G为内阻不计的灵敏电流表，R0为保护电阻，R为热敏电阻，其阻值与温度变化关系的R-t图像如图乙所示，则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R＝________．闭合开关S，当R的温度等于40 ℃时，电流表的示数I1＝2.25 mA，则当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是_________℃.本章总结提升│ 整合创新图6-T-2本章总结提升│ 整合创新－18.75t＋4.25×103 (Ω) 120
[解析] 设热敏电阻R与摄氏温度t的关系式为R＝kt＋b，在R-t图线上取两点，例如取40 ℃对应的电阻3.5 kΩ，120 ℃对应的电阻2 kΩ，代入R＝kt＋b解得k＝－18.75 Ω/℃，b＝4.25×103 Ω，所以该热敏电阻的R-t关系式为R＝－18.75t＋4.25×103 (Ω)．闭合开关S，当R的温度等于40℃时，热敏电阻R的阻值为3.5 kΩ，电流表的示数I1＝2.25 mA，由闭合电路的欧姆定律得E＝I1(R0＋r＋3500 Ω)，则当电流表的示数I2＝3.6 mA时，E＝I2(R0＋r＋R)，联立以上各式解得R＝2 kΩ，由R-t图可得热敏电阻R的温度是120℃.本章总结提升│ 整合创新[点评] 本题中，热敏电阻是时间的一次函数，根据图像求出斜率和纵截距就能确定热敏电阻与温度的函数关系，结合闭合电路的欧姆定律就能得出电流对应的温度．本章总结提升│ 整合创新【变式】 (多选)如图6-T-3所示，RT为随温度的升高而阻值增大的热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源的电动势为E，内阻为r，V为理想电压表．现发现电压表的示数增大，则可能的原因是( )图6-T-3本章总结提升│ 整合创新A．热敏电阻温度升高，其他条件不变
B．热敏电阻温度降低，其他条件不变
C．光照增强，其他条件不变
D．光照减弱，其他条件不变本章总结提升│ 整合创新BD [解析] 电压表的示数变大，R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻的特性知，可能是由于温度降低或光照减弱造成的，故选项B、D正确，选项A、C错误．本章总结提升│ 整合创新类型二 传感器的使用
1．传感器的内容涉及知识点多、综合性强、能力要求高，传感器的形式又多种多样，其原理有的还较难理解，因此搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键．
2．日常生产、生活中常见的传感器有：温度传感器、光传感器、压力传感器、红外线传感器、位移传感器等．本章总结提升│ 整合创新例2 图6-T-4为一种利用低压控制电路操纵路灯工作的电路，试分析其工作原理．图6-T-4本章总结提升│ 整合创新【答案】天较亮时，光敏电阻RG的阻值较小，斯密特触发器的输入端A的电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG的阻值增大，斯密特触发器的输入端A的电势升高，当升高到一定值时，输出端Y由高电平突然跳到低电平，这时有电流通过线圈，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，光敏电阻RG的阻值减小，斯密特触发器的输入端A的电势逐渐降低，降到一定值时，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．本章总结提升│ 整合创新[点评] 本题具备了传感器的三个完整的环节：利用传感器采集信息，将信息加工、放大、传输，输入执行机构执行操作．其中光敏电阻负责采集光照强度的信息，斯密特触发器负责将信息加工、放大并传输给执行机构——继电器，从而控制电路的通断．本章总结提升│ 整合创新【变式】 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0，照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开．电磁开关的内部结构如图6-T-5所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中的电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.本章总结提升│ 整合创新图6-T-5本章总结提升│ 整合创新本章总结提升│ 整合创新(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻的阻值范围为________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答：___________________________________________.
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
答：___________________________________________.本章总结提升│ 整合创新(1)电路原理图如图所示．
(2)①20 160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机本章总结提升│ 整合创新单元测评(三)
第六章
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共100分，考试时间90分钟．
第Ⅰ卷 (选择题 共40分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分)
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．热敏电阻能够把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．电熨斗中的双金属片是温度传感器
D．霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的传感元件
2．(多选)关于传感器，下列说法正确的是( )
A．光照越强，光敏电阻的阻值越大
B．所有传感器都是由半导体材料做成的
C．霍尔元件可以把磁场的强弱转化为电压的大小
D．温度升高到居里点时铁氧体就会失去磁性
3．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是( )
A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照的增强而减小，随光照的减弱而增大
B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器
C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏
D．热敏电阻是把电学量转换为热学量的传感器
4．图C-3-1是火电报警器电路的示意图．其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况分别是( )
图C-3-1
A．I变大，U变小 B．I变小，U变大
C．I变小，U变小 D．I变大，U变大
5．在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像，则图C-3-2中的图像可能正确的是( )
A B C D
图C-3-2
6．(多选)传感器是一种采集信息的重要器件．图C-3-3是用电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于可动膜片电极上时，以下说法正确的是( )
图C-3-3
A．若F向上压膜片电极，则电路中有从a到b的电流
B．若F向上压膜片电极，则电路中有从b到a的电流
C．若电流表有示数，则说明压力F发生变化
D．若电流表有示数，则说明压力F不会发生变化
7．(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，图C-3-4甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器示意图，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是( )
图C-3-4
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3600个工件
D．该传送带每小时输送7200个工件
8．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断小车运动状态的装置，其工作原理如图C-3-5甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘小球．小车向右做直线运动的过程中，电流表的示数如图乙所示，下列判断正确的是( )
图C-3-5
A．t1～t2时间内，小车做匀速直线运动
B．t1～t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．t2～t3时间内，小车做匀速直线运动
D．t2～t3时间内，小车做匀加速直线运动
9．(多选)某电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图C-3-6所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)．为了确定各元件的种类，小华同学用电流传感器(相当于电流表)与直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将“A、B”“B、C”“C、D”接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图C-3-7甲、乙、丙所示，则下列判断中正确的是( )
图C-3-6
图C-3-7
A．A、B间是电容器 B．B、C间是电感线圈
C．C、D间是电容器 D．C、D间是定值电阻
10．如图C-3-8甲所示，面积S＝0.2 m2的线圈，匝数n＝630匝，总电阻r＝1.0 Ω，线圈处在变化的磁场中，设磁场方向垂直于纸面向外为正方向，磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律变化，方向垂直于线圈平面．图甲中的传感器可看成一个纯电阻R，并标有“3 V 0.9 W”的字样，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，则下列说法正确的是( )
图C-3-8
A．通过电流表的电流方向向左
B．为了保证电路的安全，电路中允许通过的最大电流为1 A
C．线圈中产生的感应电动势随时间在变化
D．若滑动变阻器的滑片置于最左端，为了保证电路的安全，图乙中t0的最小值为40 s
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、实验题(本题共2小题，11题6分，12题9分，共15分)
11．图C-3-9是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？
图C-3-9
12．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材如下：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在如图C-3-10所示的实物图上连线．
图C-3-10
(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，______________，______________，断开开关；
③重复第②步操作若干次，测得多组数据．
(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得R-t关系图像如图C-3-11所示，请根据图像写出该热敏电阻的R-t关系式：R＝________＋________t(Ω)(保留三位有效数字)．
图C-3-11
三、计算题(本题共3小题，13题12分，14题15分，15题18分，共45分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分)
13．逻辑电路在电子线路中有着重要的应用．某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路．天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭．图C-3-12中的RG是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著减小．R是可调电阻，起分压作用．“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号，J为路灯总开关控制继电器，它在获得高电压时才启动(图中未画路灯电路)．
(1)当天黑时，RG变大还是变小？“非”门电路获得高电压还是低电压？J得到高电压还是低电压？
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应将R调大一些还是调小一些？
图C-3-12
14．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．图C-3-13为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.
(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？
(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？
图C-3-13
15．在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度，角速度计的结构如图C-3-14所示，当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知元件A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源的电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器的触头P在中点，与固定接头Q正对．当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧的形变量x与ω的关系式；
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．
图C-3-14
参考答案
单元测评(三)
1．BCD [解析] 热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，选项A错误；选项B、C、D正确．
2．CD [解析] 光敏电阻由半导体材料制成，温度升高，半导体导电性增强，光敏电阻阻值减小，选项A错误；并不是所有传感器都是由半导体材料制成的，例如金属热电阻就是由金属制成的，选项B错误；在磁场中霍尔元件可以输出霍尔电压，将磁感应强度的大小转化为电压的大小，选项C正确；铁氧体常温下具有磁性，当温度升高到103 ℃附近的居里点时，磁性就会消失，选项D正确．
3．A [解析] 光敏电阻是把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量的元件；热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量的元件，故选项B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是用半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，故选项A正确，选项C错误．
4．D [解析] 当R3所在处出现火情时，R3的阻值增大，电路中的总电阻增大，总电流减小，路端电压增大，所以报警器两端的电压增大，电流表所在支路的电流也增大，选项D正确．
5．D [解析] 该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作的过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度先向下后向上，即先失重后超重，选项D正确．
6．AC [解析] 当F向上压可动膜片电极时，电容C变大；而C＝，U不变，故Q变大，电容器充电，选项A正确，选项B错误；若电流表有示数，说明压力F发生变化，选项C正确，选项D错误．
7．BC [解析] 从乙图可以知道，每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v＝ m/s＝0.2 m/s.故A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为s＝vt＝0.2×3600 m，工件个数为n＝＝3600个，C正确，D错误．
8．D [解析] 由小球的受力情况可知a∝FN，而压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，则电流的大小反映了加速度的大小，故t2～t3时间内小车做匀加速运动，t1～t2时间内小车做加速度增大的变加速运动，选项D正确．
9．ABD [解析] 由题图甲可知，电流先达到最大，然后变为零，因电容器在充电时，电路中有充电电流，充电完毕后，电路中的电流为零，所以A、B间应是电容器，选项A正确；题图乙中电流先慢慢增大，然后不再发生变化，而电感线圈由于自感的作用，使得电路中的电流只能先慢慢增大，然后稳定不变，故B、C间是电感线圈，选项B正确；题图丙中电流立即达到最大值，最后电流的大小保持不变，所以C、D间是定值电阻，选项C错误，选项D正确．
10．D [解析] 由楞次定律可知，通过电流表的电流方向向右；传感器正常工作时的电阻R＝＝＝10 Ω，工作电流I＝＝＝0.3 A，由于滑动变阻器的工作电流是1 A，所以电路中允许通过的最大电流为Imax＝0.3 A；由于磁场随时间均匀变化，所以线圈中产生的感应电动势是不变的；滑动变阻器的滑片位于最左端时，外电路的电阻为R外＝20 Ω，故电动势的最大值Emax＝＝＝，又Emax＝Imax(R外＋r)，联立解得t0＝40 s．故只有选项D正确．
11．a、b 之间 e、f之间
[解析] P、Q应该分别接在触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是，当水温升高时，热敏电阻的阻值减小，电磁铁中的电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻阻值增大，电磁铁中的电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制．
12．(1)如图所示
(2)②记录电压表的示数 记录温度计的示数
(3)100 0.400
[解析] 每次添加热水后，都需要重新读出温度计和电压表的示数．根据绘得的R-t图像可以看出，电阻值R与温度t之间是线性关系，故可写成数学表达式R＝a＋bt(Ω)，其中b为直线的斜率，据图线可得b＝＝0.400，a＝100，所以上式可写为R＝100＋0.400t(Ω)．
13．(1)变大 低 高 (2)大
[解析] (1)天黑时，光线减弱，光敏电阻的阻值RG变大，A端输入低电压，Y端输出高压信号，J得到高压，开始控制路灯工作．
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R调大，这样A端输入电压较高，不会触发继电器．
14．(1)S闭合时，处于加热状态；S断开时，处于保温状态
(2)121 Ω 1089 Ω
[解析] (1)当S闭合时，R2被短路，此时电路总电阻最小，由P＝知功率最大，此时为加热状态，当S断开时，R1、R2串联，电路总电阻最大，功率最小，此时为保温状态．
(2)S闭合时，处于加热状态，有Pmax＝；
S断开时，处于保温状态，有Pmin＝.
联立解得R1＝121 Ω，R2＝1089 Ω.
15．(1)x＝
(2)U＝
[解析] (1)由牛顿第二定律知kx＝mω2(l0＋x)，即kx－mω2x＝mω2l0，
故x＝.
(2)由串联电路的规律知U＝E＝.
模块终结测评(一)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共100分，考试时间90分钟．
第Ⅰ卷(选择题 共36分)
一、选择题(本题共9小题，每小题4分，共36分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分)
1．(多选)下列应用中与涡流有关的是( )
A．高频感应冶炼炉
B．金属探测器
C．电磁灶
D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生电流
2．一只“220 V 100 W”的灯泡接在u＝311sin 314t(V)的交变电源上，则下列判断错误的是( )
A．在1 min内，灯泡上产生的热量是22 000 J
B．与灯泡串联的电流表的示数为0.45 A
C．与灯泡并联的电压表的示数为220 V
D．通过灯泡的电流的表达式为i＝0.64sin 314t(A)
3．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是用动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的闭合线圈，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势
4．长为4L的粗细均匀的金属杆围成一个正方形闭合框架，框架放在光滑的水平桌面上，另一根长为L的同种材料、同样粗细的金属杆ab搁在其上，如图M-1-1所示．匀强磁场垂直穿过框架平面，不计一切摩擦．当金属杆ab获得一个初速度沿框架从左向右运动的过程中( )
图M-1-1
A．任一时刻ab杆的加速度大小均是框架加速度大小的4倍
B．任一时刻ab杆的加速度方向均和框架的加速度方向相同
C．ab杆对地做匀减速运动，框架对地做匀加速运动
D．任一时刻ab杆的发热功率均是框架发热功率的
5．(多选)在如图M-1-2(a)所示的虚线框内有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁感应强度随时间变化规律如图(b)所示．边长为l，电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则下列说法正确的是( )
图M-1-2
A．磁感应强度B0＝ B．线框中感应电流为I＝2
C．线框cd边的发热功率为P D．a端电势高于b端电势
6．(多选)半导体中参与导电的电流载体称为载流子．N型半导体的载流子是带负电的电子，P型半导体的载流子是带正电的“空穴”．一块厚度为d、底面边长为l的长方体半导体样品，置于方向如图M-1-3所示、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当半导体样品中通以图示方向、大小为I的恒定电流时，样品的上、下底面出现恒定电势差U，且上表面带正电、下表面带负电．设半导体样品中每个载流子带电荷量为q，半导体样品中载流子的密度(单位体积内载流子的个数)用n表示，则下列关于样品材料类型的判断和其中载流子密度n的大小，正确的是( )
图M-1-3
A．是N型半导体 B．是P型半导体
C．n＝ D．n＝
7．如图M-1-4所示，交流电流表A1、A2、A3分别与电阻R1、电容器C和电感线圈L串联后接在正弦式交流电源上，交流电流表A4与电阻R2串联后接在理想变压器副线圈的两端．如果保持供电电压的最大值不变，而增大供电电压的频率，电流表示数不变的是( )
图M-1-4
A．电流表A1和A2 B．电流表A1和A4
C．电流表A3 和A2 D．电流表A3和A4
8．(多选)利用如图M -1-5所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶100，交流电流表A的示数是50 mA，则( )
图M-1-5
A．被测电路的电流的有效值为5 A
B．被测电路的电流的平均值为0.5 A
C．被测电路的电流的最大值为5 A
D．原、副线圈中的电流同时达到最大值
9．随着社会经济的发展，人们对能源的需求日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电．若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是( )
A．输电线上损耗的功率为
B．输电线上损耗的功率为
C．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电
D．采用更高的电压输电会降低输电的效率
第Ⅱ卷(非选择题 共64分)
二、实验题(本题共2小题，10题6分，11题9分，共15分)
10．在研究光敏电阻的阻值与光照强弱的关系的实验时：
(1)应将多用电表的选择开关置于________挡；
(2)将红表笔插入________(选填“＋”或“－”)接线孔；
(3)将光敏电阻接在多用电表的两表笔上，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断θ________(选填“＞”“＜”或“＝”)θ′；
(4)测试后应将选择开关置于________________挡．
11．图M-1-6是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态．
图M-1-6
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比________(选填“增大”或“减小”)；
(2)门打开时________(选填“红”或“绿”)灯亮．
三、计算题(本题共4小题，12题11分，13题11分，14题13分，15题14分，共49分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分)
12．交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一台小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T．为了用此发电机产生的交变电流带动两个标有“220 V 11 kW”字样的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图M-1-7所示．求：
(1)发电机的输出电压；
(2)变压器原、副线圈的匝数比；
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数．
图M-1-7
13．均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd的边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B的水平匀强磁场的上方h处，如图M-1-8所示．线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与磁场边界平行．当cd边刚进入磁场时，求：
(1)线框中产生的感应电动势大小；
(2)c、d两点间的电势差；
(3)若此时线框的加速度恰好为零，求线框下落的高度h.
图M-1-8
14．为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置，如图M-1-9所示，自行车的后轮由半径r1＝5.0×10－2 m的金属内圈、半径r2＝0.40 m的金属外圈和绝缘辐条构成．后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联一个阻值为R的小灯泡．在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B＝0.10 T、方向垂直于纸面向外的“扇形”匀强磁场区域，其内半径为r1、外半径为r2、张角θ＝.后轮以ω＝2π rad/s的角速度相对于转轴转动．若不计其他电阻，忽略磁场的边缘效应．
(1)当金属条ab进入“扇形” 磁场区域时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向．
(2)从金属条ab进入“扇形” 磁场区域开始，经计算画出后轮转一圈的过程中，内圈与外圈的之间电势差Uab随时间t变化的图像．
(3)若选择的是“1.5 V 0.3 A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小可以优化小明同学的设计方案，请给出你的评价．
图M-1-9
15．光滑的平行金属导轨长为L＝2 m，两导轨间距d＝0.5 m，轨道平面与水平面的夹角为θ＝30°，导轨上端接一个阻值为R＝0.6 Ω的电阻，导轨所在空间有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度B＝1 T，如图M-1-10所示，一根质量m＝0.5 kg、电阻r＝0.4 Ω的金属棒ab垂直于导轨放在导轨最上端，且与导轨接触良好，其余部分电阻不计．已知棒ab从导轨最上端由静止开始下滑到最底端脱离导轨的过程中，电阻R上产生的热量Q1＝0.6 J，棒与导轨始终垂直，g取10 m/s2，试求：
(1)当棒的速度v＝2 m/s时，电阻R两端的电压；
(2)棒下滑到导轨最底端时速度的大小；
(3)棒下滑到导轨最底端时加速度a的大小．
图M-1-10
模块终结测评(二)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共100分，考试时间90分钟．
第Ⅰ卷(选择题 共36分)
一、选择题(本题共9小题，每小题4分，共36分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分)
1．在一些星级宾馆的洗手间中经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，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，是因为( )
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
2．(多选)无线电力传输目前取得了重大突破，已有一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图M-2-1所示．下列说法正确的是( )
图M-2-1
A．只要A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势
B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势
C．A线圈中电流越大，B线圈中感应电动势越大
D．A线圈中电流变化越快，B线圈中感应电动势越大
3．矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的情况如图M-2-2所示．下列说法中正确的是( )
图M-2-2
A. 此交变电动势的频率为0.2 Hz
B. 此交变电动势的有效值为1 V
C. t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行
D. t＝0.1 s时，通过线圈的磁通量最大
4．如图M-2-3所示，矩形线圈abcd的面积为S，匝数为N，线圈电阻为R，在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度ω匀速转动(P1与ab边重合，P2过ad边的中点)，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过90°的过程中，绕P1及P2轴转动产生的交变电流的大小、通过线圈的电荷量及线圈中产生的热量分别为I1、q1、Q1及I2、q2、Q2，则下列判断正确的是( )
图M-2-3
A．线圈绕P1和P2轴转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d
B．q1>q2
C．I1＝I2
D．Q15．(多选)我国“西电东送”采用高压输电，继三峡至常州的500 kV直流输电工程后，又实现了三峡至广东的500 kV直流输电工程．采用高压直流输电有利于不同发电机为同一电网供电和不同电网的互联．关于高压直流输电，下列说法正确的是( )
A．高压输电可以减小输电电流，从而减少输电线上的能量损失
B．恒定的直流输电可以有效地消除交流高压输电中感抗和容抗的影响
C．可以加快输电的速度
D．为实现高压直流输电，可以用变压器直接改变恒定电流的电压
6．(多选)如图M-2-4所示，光滑水平面上存在垂直于水平面的有界匀强磁场，直径与磁场宽度相同的圆形金属线框以一定的初速度斜向上匀速通过磁场．在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其匀速运动，则( )
图M-2-4
A．线框内的感应电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向
B．线框内的感应电流经历两次先增大后减小
C．水平拉力的方向与速度同向
D．水平拉力的方向与速度方向无关
7．如图M-2-5所示，用长度相同、粗细相同的铜导线绕成两个匝数不同、边长不同的正方形闭合线圈A、B，其中A、B的边长分别为a、b，且a＝2b，现在拉力作用下将两个线圈从同一匀强磁场中以相同的速度匀速拉出，则( )
图M-2-5
A．通过A、B两个线圈的电荷量之比为1∶2
B．A、B两个线圈受到的拉力之比为1∶1
C．A、B两个线圈所受的拉力的功率之比为1∶2
D．A、B两个线圈所受的拉力做功之比为1∶1
8．某同学学了电学以后，为了了解调光灯的调光原理，将调光灯拆卸开，发现并没有电阻的串、并联现象．实际调光灯是用可控硅电子元件来实现的．一般调光灯有四个挡，每个挡截去电流的四分之一周期．在第三挡时，即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，从而改变电灯的功率．如果调光灯最亮时功率为Pm，那么在第三挡时电灯的功率为( )
A．Pm B. C. D.
9．(多选)如图M-2-6所示，电动机牵引一根原来静止的长为1 m、质量为0.1 kg的导体棒MN上升，导体棒的电阻为1 Ω，架在竖直放置的金属框架上，它们处于磁感应强度为1 T的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直．当导体棒上升3.8 m时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2 J，电动机牵引导体棒时，电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A，电动机的内阻为1 Ω，不计框架电阻及一切摩擦，g取10 m/s2，则以下判断正确的是( )
图M-2-6
A．导体棒向上做匀减速运动
B．电动机的输出功率为49 W
C．导体棒达到的稳定速度为2 m/s
D．导体棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为1 s
二、实验题(本题共6分)
10．如图M-2-7所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则
甲 乙
图M-2-7
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)．
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.
三、计算题(本题共5小题，11题10分，12题10分，13题11分，14题13分，15题14分，共58分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分)
11．有一种测量压力的电子秤，其原理如图M-2-8甲所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为400 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是压敏电阻，其阻值可随压力大小的变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台所受的重力忽略不计.
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…
(1)在图乙所示的坐标系中画出电阻R随压力F变化的图线，并归纳出电值R随压力F变化的函数关系式．
图M-2-8
(2)写出压力与电流的关系式，说明该测力显示器的刻度是否均匀．
(3)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的量程是多少？
12．图M-2-9甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u-t图像如图乙所示．若只在c、e间接一只Rce＝400 Ω的电阻，或只在d、e间接一只Rde＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式．
(2)求只在c、e间接400 Ω的电阻时，原线圈中的电流I1.
(3)求c、e和d、e间线圈的匝数比.
甲 乙
图M-2-9
13．如图M-2-10所示，PN与QM两平行金属导轨相距1 m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R1＝6 Ω，导体棒ab的电阻为2 Ω，在导轨上可无摩擦地滑动且与导轨接触良好，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T．现导体棒以恒定的速度v＝3 m/s向右移动，这时导体棒上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等．
(1)求R2的阻值．
(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少？
图M-2-10
14．如图M-2-11所示，P、Q为水平面内平行放置的光滑长直金属导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中．一根导体杆ef垂直于导轨放置，在外力作用下向左做匀速直线运动且与导轨始终保持良好接触．质量为m、边长为L2、每边电阻均为r的正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直于金属框向里，金属框恰好处于静止状态．不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力．
(1)通过ab边的电流Iab是多大？
(2)导体杆ef运动的速度v是多大？
图M-2-11
15．风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，如图M-2-12所示，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等．
(1)利用总电阻R＝10 Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率P0＝300 kW，输出电压U＝10 kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值．
(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r.求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm.
(3)已知风力发电机的输出功率P与Pm成正比．某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW.我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5000小时，则这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时？
图M-2-12
参考答案
模块终结测评(一)
1．ABC [解析] 真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；金属探测器和电磁灶是利用涡流工作的；闭合线圈在匀强磁场中转动产生感应电流，不同于涡流．故选项A、B、C正确，选项D错误．
2．A [解析] 在1 min内，灯泡上产生的热量是W＝Pt＝100×60 J＝6000 J，选项A错误；从电压瞬时值的表达式知，电压的有效值为220 V，通过灯泡的电流I＝＝0.45 A，也是与灯泡串联的电流表的示数，故选项B正确；电压表与灯泡并联，测得的是灯泡电压的有效值，故示数为220 V，所以选项C正确；通过灯泡的电流的有效值为0.45 A，故其最大值Im＝×0.45 A＝0.64 A，故选项D正确．
3．B [解析] 当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号，可见这是利用电磁感应原理，故选项B正确．
4．A [解析] 任一时刻ab杆和框架所受的安培力大小相等、方向相反，由于ab杆的质量只有框架质量的，故ab杆的加速度大小是框架加速度大小的4倍，选项A正确，选项B错误．由于安培力的大小在变化，故ab杆和框架的加速度是变化的，选项C错误．ab杆在框架上滑动时，框架的等效电阻不断变化，选项D错误．
5．BC [解析] 由题图(b)可知，线框中产生的感应电动势恒定，线框ab边的发热功率为P＝，感应电动势E＝S＝·＝，所以B0＝，A错误；由P＝I2R可得线框中的感应电流I＝2，B正确；cd边电阻等于ab边电阻，而两边流过的电流相等，因此发热功率相等，C正确；由楞次定律可判断，线框中感应电流方向为adcba方向，因此a端电势比b端低，D错误．
6．BD [解析] 若载流子为电子，则可判断电子受洛伦兹力而向上表面运动，故上表面带负电，因此，此材料为P型半导体．根据I＝nqSv＝nqdlv，所受洛伦兹力与电场力平衡，q＝qB.解得n＝.综上所述，选项B、D正确．
7．B [解析] 随着交变电流频率的增大，电阻原件的阻抗(电阻)不变，电感原件的感抗增大，电容器的容抗减小，根据欧姆定律可得：通过电阻的电流不变，通过电容器的电流变大，通过电感线圈的电流变小，选项B正确．(由于供电电压的最大值不变，原、副线圈的匝数比不变，故电流表A4的示数也不变)
8．AC [解析] 交流电流表的示数为副线圈中电流的有效值，即I2＝50 mA＝0.05 A，根据＝得，I1＝5 A，选项A正确，选项B错误．原线圈(被测电路)中电流的最大值I1m＝I1＝5 A，选项C正确．原、副线圈中的电流有相位差，故不能同时达到最大值，选项D错误．
9．C [解析] 在计算输电线上损耗的功率时，ΔP＝I2R＝中I指的是通过输电线的电流，U指的是输电线上损耗的电压，选项A、B错误；采用更高的电压输电，可以减小输电线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，提高输电的效率，选项C正确，选项D错误．
10．(1)欧姆 (2)＋ (3)> (4)OFF或交流电压最高
[解析] 用手掌挡住部分光线，电阻变大，偏角变小．
11．(1)减小 (2)红
[解析] 当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，总电流增大，R2两端的电压减小，通过R2的电流减小，故通过R3的电流增大，线圈产生的磁场增强，吸引衔铁，红灯亮．
12．(1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A
[解析] (1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝2πnBSf＝2π×220××0.05×50 V＝1100 V
发电机的输出电压U1＝＝1100 V.
(2)变压器原、副线圈的匝数比为＝＝＝.
(3)由P＝UI得副线圈的总电流为I2＝＝ A＝100 A，
由＝得I1＝I2＝×100 A＝20 A.
13．(1)BL (2)BL (3)
[解析] (1)cd边刚进入磁场时，线框的速度v＝，
线框中产生的感应电动势E＝BLv＝BL.
(2)此时线框中的电流I＝，
由右手定则可知，通过cd边的电流方向为d→c，故c点电势较高．
c、d两点间的电势差U＝I·＝BL.
(3)安培力F＝BIL＝，
根据牛顿第二定律得mg－F＝ma，又a＝0，
联立解得下落高度h＝.
14．(1)4.9×10－2 V 电流方向由b到a (2)见解析 (3)见解析
[解析] (1)金属条ab在磁场中切割磁感线时，其所构成的回路的磁通量发生变化，有E＝Brω－Brω，
代入数据解得E＝4.9×10－2 V，
根据右手定则可知电流方向由b到a.
(2)设电路中的总电阻为R总，根据如图所示的电路可知R总＝R＋R＝R，
a、b两点间的电势差Uab＝E＝1.2×10－2 V，
设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，则
t1＝＝ s，t2＝＝ s，
设后轮转一圈的时间为T，则T＝＝1 s，
在T＝1 s内，金属条有四次进出，后三次与第一次相同．
可画出Uab-t图像如图所示．
(3)“闪烁”装置不能正常工作．(金属条产生的感应电势只有4.9×10－2 V，远小于小灯泡的额定电压，因此无法正常工作)
B增大，E增大，但有限度；r2增大，E增大，但有限度；ω增大，E增大，但有限度；θ增大，E不变．
15．(1)0.6 V (2)4 m/s (3)3 m/s2
[解析] (1)当棒的速度v＝2 m/s时，棒中产生的感应电动势E＝Bdv＝1 V，
此时电路中的电流I＝＝1 A，
所以电阻R两端的电压U＝IR＝0.6 V.
(2)根据Q＝I2Rt∝R可知，在棒下滑的整个过程中金属棒中产生的热量
Q2＝Q1＝0.4 J，
设棒到达导轨最底端时的速度为v2，根据能量守恒定律，有
mgLsin θ＝mv＋Q1＋Q2，
解得v2＝4 m/s.
(3)棒到达导轨最底端时回路中产生的感应电流I2＝＝2 A，
根据牛顿第二定律有mgsin θ－BI2d＝ma，
联立解得a＝3 m/s2.
模块终结测评(二)
1．D [解析] 手靠近时电热器工作，手撤离时电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容．用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作，那它就成了室内烘干机．故选项D正确．
2．BD [解析] 根据产生感应电动势的条件可知，只有处于变化的磁场中，B线圈才能产生感应电动势，选项A错误，选项B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，选项C错误，选项D正确．
3．D [解析] 由e-t图像可知，交变电动势的周期为0.2 s，故频率为5 Hz，该交变电动势的最大值为1 V，有效值为 V，选项A、B错误．t＝0.1 s时，电动势的瞬时值为零，方向改变，线圈处在中性面上，通过线圈的磁通量最大，故选项C错误，选项D正确．
4．C [解析] 本题考查电磁感应中电荷量、热量、电流的计算和感应电流方向的判断．绕P1、P2轴转动时电流的方向相同，但电流的方向为a→d→c→b→a，选项A错误；电荷量q＝，与绕哪个轴转动没有关系，选项B错误；线圈分别绕两轴转动时产生的电动势相同，所以电流相同，产生的热量也相同，选项C正确，选项D错误．
5．AB [解析] 根据P＝IU可知，在功率一定时，采用高压输电，可以减小电流，从而减少输电线上的能量损失，选项A正确；交变电流由于感抗和容抗的作用，对输电有影响，而利用直流输电可以有效地弥补这个缺陷，选项B正确；两种输电方式都不能改变输电的速度，选项C错误；变压器只能改变交变电流的电压，选项D错误．
6．ABD [解析] 圆形金属线框的磁通量先增加后减少，由楞次定律可知，线框内的感应电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向，选项A正确；切割磁感线的有效长度为直径时最大，故线框产生的感应电动势经历两次先增大后减小，选项B正确；水平拉力的方向与安培力的方向相反，与速度方向无关，选项C错误，选项D正确．
7．B [解析] 由题意知nB＝2nA，某一回路的总电阻为R，在Δt时间内产生的感应电动势为E＝n，平均感应电流为I＝，根据I＝得通过线圈的电荷量为q＝It＝n＝，且a＝2b，得qA∶qB＝2∶1，选项A错误；线框A、B被匀速拉出时，拉力与安培力大小相等，所受的安培力的大小为F安＝nBIl，而I＝，E＝nBlv，所以F＝F安＝，得FA∶FB＝1∶1；拉力的功率P＝Fv，故PA∶PB＝1∶1；拉力所做的功W＝Fl，故WA∶WB＝2∶1，选项B正确，选项C、D错误.
8．C [解析] 根据每个二分之一周期中，前四分之一周期被截去，则在一个周期中有二分之一周期被截去，由有效值的定义可知，PmT＝T＝·2T＝P·2T，即P＝，故选项C正确．
9．CD [解析] 由于电动机的输出功率恒定，由P出＝Fv及F－mg－＝ma可知，导体棒的加速度逐渐减小，故选项A错误；电动机的输出功率为P出＝IU－I2r＝6 W，选项B错误；电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率，P出＝Fv，当棒达稳定速度时，F＝mg＋BI′L，感应电流I′＝＝，解得棒达到的稳定速度为v＝2 m/s，选项C正确；由能量守恒定律得P出t＝mgh＋mv2＋Q，解得t＝1 s，选项D正确．
10．(1)A、B端 (2)260
[解析] (1)恒温箱内的加热器应接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．
(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈中的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样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50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路的欧姆定律得I＝，r为继电器的电阻．由图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R′＝－R－r＝260 Ω.
11．(1)如图所示
R＝300－0.4F.
(2)F＝－ 不均匀
(3)550 N
[解析] (1)要求用描点法画成直线，如图所示．
由图可知R与F成线性关系，即R＝kF＋b，代入数值得R＝300－0.4F.
(2)由I＝和R＝kF＋b可得F＝－，F与I不成线性关系，所以刻度不均匀．
(3)Fm＝550 N.
12．(1)uab＝400sin 200πt(V) (2)I1≈0.28 A (3)
[解析] (1)由题图知ω＝＝200π rad/s，电压瞬时值uab＝400sin 200πt(V)．
(2)电压的有效值U1＝200 V，理想变压器P1＝P2，原线圈中的电流I1＝
解得I1≈0.28 A.
(3)设原线圈的匝数为n1，＝，同理，＝，
由题意知 ＝，
解得 ＝＝.
13．(1)3 Ω (2)0.375 W 0.75 W
[解析] (1)内、外电路消耗的功率相等，则内、外电阻相等，有＝2，
解得R2＝3 Ω.
(2)导体棒产生的感应电动势E＝Blv＝1×1×3 V＝3 V，
总电流I＝＝ A＝0.75 A，
路端电压U＝IR外＝0.75×2 V＝1.5 V，
故P1＝＝ W＝0.375 W，P2＝＝ W＝0.75 W.
14．(1) (2)
[解析] (1)设通过正方形金属框的总电流为I，ab边的电流为Iab，dc边的电流为Idc，则Iab＝I，Idc＝I，
金属框受重力和安培力，处于静止状态，有mg＝B2IabL2＋B2IdcL2，
联立解得Iab＝.
(2)I＝Iab＝.
设导体杆切割磁感线产生的电动势为E，有E＝B1L1v，
设ad、dc、bc三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R，则R＝r，
根据闭合电路的欧姆定律，有I＝，
联立解得v＝.
15．(1)3∶100 (2)πρr2v3 (3)8×105 kW·h
[解析] (1)导线上损失的功率为P＝I2R＝R＝9 kW，
损失的功率与输送功率的比值＝＝3∶100.
(2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大．
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，其中S＝πr2，风能的最大功率可表示为Pm＝(ρvS)v2＝πρr2v3.
(3)风力发电机的输出功率为P2＝P1＝×540 kW＝160 kW，
最小年发电量为W＝P2t＝160×5000 kW·h＝8×105 kW·h.
运动的描述 匀变速直线运动的研究
