第五章 传感器 章末素养提升
物理观念 传感器 及其工 作原理 1.定义:将____________________转换为____________或控制电路的通断的元件 2.敏感元件: 3.工作流程:非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
科学思维 1.理解传感器的原理 2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置 2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用;增强民族自豪感
例1 传感器被广泛应用于生产、生活中,下列关于传感器的说法正确的是( )
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
例2 在一些洗手间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.改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场 D.改变了电容
例3 如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻、R2为定值电阻,A、B接监控装置。则( )
A.当有人通过而遮住光时,A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光时,A、B之间电压不变
C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
例4 (2022·扬州市高二期末)把光敏电阻(光照越强,阻值越小)接入如图所示电路,制成光电报警装置。闭合开关,当光照达到一定强度时,报警器的蜂鸣器发声,下列说法正确的是( )
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大电阻箱R的阻值,报警器在光照更强时才会报警
C.增加电源B的电动势,报警器在光照更强时才会报警
D.增加电源A的电动势,报警器在光照更强时才会报警
例5 (2022·徐州市高二期中)电饭锅的内部结构如图所示,电饭锅中应用了温度传感器,它的主要元件是感温铁氧体,其特点是:常温下感温铁氧体具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是温度上升到103 ℃时,就失去了铁磁性,不能被磁体吸引了,这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃,下列说法正确的是( )
A.当温度达到“居里点”时,感温铁氧体的磁性最强
B.如果用电饭锅烧水,在水沸腾后,电热板电源开关会自动断开
C.煮饭时水刚沸腾,锅内还有一定的水时,电热板电源开关不会自动断开
D.煮饭前是常温,感温铁氧体具有较强的磁性,永磁体被吸引,不用压下开关按钮就可以自动煮饭
例6 (2023·江苏省如皋中学校考阶段练习)利用如图所示的加速度计可探究弹簧振子的位移随时间变化的关系。取滑块从图示的平衡位置向右运动为零时刻,此时滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置,电压传感器得到PQ两端的电势差UPQ随时间t变化的图像是( )
例7 某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱____相连,指示灯的接线柱D应与接线柱______相连(均选填“A”或“B”);
(2)当环境温度升高时,热敏电阻阻值将______,继电器的磁性将________(均选填“增大”“减小”或“不变”),当环境温度达到________℃时,警铃报警;
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警,下列方案可行的是________。
A.适当减小U1
B.适当增大U1
C.适当减小U2
D.适当增大U2
第五章 传感器 章末素养提升
物理观念 传感器及其工作原理 1.定义:将非电学量转换为电学量或控制电路的通断的元件 2.敏感元件: 3.工作流程:非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
科学思维 1.理解传感器的原理 2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置 2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用;增强民族自豪感
例1 传感器被广泛应用于生产、生活中,下列关于传感器的说法正确的是( )
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
答案 A
解析 冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度,A正确;夜间自动打开的路灯使用了光传感器,B错误;电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器,C错误;霍尔元件把磁场变化转换为电压信号,D错误。
例2 在一些洗手间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.改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场 D.改变了电容
答案 D
解析 根据自动干手机工作的特征,手靠近干手机时电热器开始工作,手撤离干手机时电热器停止工作,人是一种导体,干手机内设有电容式传感器,由于手的靠近改变了电容,电热器便开始工作。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、温度的变化而工作就成了室内烘干机。故选D。
例3 如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻、R2为定值电阻,A、B接监控装置。则( )
A.当有人通过而遮住光时,A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光时,A、B之间电压不变
C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
答案 C
解析 R1是光敏电阻,有光照射时,电阻变小,当有人通过而遮住光时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小,故A、B项错误;由闭合电路欧姆定律得:U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故C项正确;当仅减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故D项错误。
例4 (2022·扬州市高二期末)把光敏电阻(光照越强,阻值越小)接入如图所示电路,制成光电报警装置。闭合开关,当光照达到一定强度时,报警器的蜂鸣器发声,下列说法正确的是( )
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大电阻箱R的阻值,报警器在光照更强时才会报警
C.增加电源B的电动势,报警器在光照更强时才会报警
D.增加电源A的电动势,报警器在光照更强时才会报警
答案 B
解析 干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时,簧片的触点部分就会被磁力吸引,当吸引力大于簧片的弹力时,常开接点就会被吸合;当磁力减小到一定程度时,接点被簧片的弹力打开。则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,故A错误;线圈中电流不变,总电阻不变,增大电阻箱R的阻值,光敏电阻阻值更小时才会报警,即报警器在光照更强时才会报警,故B正确;线圈中电流不变,增加电源B的电动势,报警时,电路中总电阻变大,光敏电阻变大,报警器在光照更弱时就会报警,故C错误;增加电源A的电动势,不影响线圈中电流,报警器在原光照强度时会报警,故D错误。
例5 (2022·徐州市高二期中)电饭锅的内部结构如图所示,电饭锅中应用了温度传感器,它的主要元件是感温铁氧体,其特点是:常温下感温铁氧体具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是温度上升到103 ℃时,就失去了铁磁性,不能被磁体吸引了,这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。已知水沸腾时电饭锅内温度为100 ℃,下列说法正确的是( )
A.当温度达到“居里点”时,感温铁氧体的磁性最强
B.如果用电饭锅烧水,在水沸腾后,电热板电源开关会自动断开
C.煮饭时水刚沸腾,锅内还有一定的水时,电热板电源开关不会自动断开
D.煮饭前是常温,感温铁氧体具有较强的磁性,永磁体被吸引,不用压下开关按钮就可以自动煮饭
答案 C
解析 温度上升到“居里点”时,感温铁氧体就失去了铁磁性,故A错误;如果用电饭锅烧水,在水沸腾后温度为100 ℃,无法达到“居里点”,电热板电源开关不会自动断开,故B错误;煮饭时水刚沸腾,锅内还有一定的水时温度为100 ℃,无法达到“居里点”,电热板电源开关不会自动断开,故C正确;煮饭前是常温,感温铁氧体具有较强的磁性,有弹簧在,永磁体不会被吸引,不可以自动煮饭,故D错误。
例6 (2023·江苏省如皋中学校考阶段练习)利用如图所示的加速度计可探究弹簧振子的位移随时间变化的关系。取滑块从图示的平衡位置向右运动为零时刻,此时滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置,电压传感器得到PQ两端的电势差UPQ随时间t变化的图像是( )
答案 B
解析 设电阻丝总长度为L,电源电动势E,内阻r,当滑块下方的滑片在均匀电阻丝R的中间位置时,UPQ=0;当滑片向右滑动位移为x时,则UPQ=··x,振子做简谐振动,则x=Asin ωt,可得UPQ=·Asin ωt,故选B。
例7 某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。
(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱______相连,指示灯的接线柱D应与接线柱________相连(均选填“A”或“B”);
(2)当环境温度升高时,热敏电阻阻值将______,继电器的磁性将________(均选填“增大”“减小”或“不变”),当环境温度达到________℃时,警铃报警;
(3)如果要使报警电路在更高的温度报警,下列方案可行的是________。
A.适当减小U1 B.适当增大U1
C.适当减小U2 D.适当增大U2
答案 (1)B A (2)减小 增大 80 (3)A
解析 (1)根据题意知警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(2)由题图乙知,当环境温度升高时,热敏电阻阻值减小,由闭合电路欧姆定律知电路中电流增大,则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50 mA时,继电器的衔铁刚好被吸合,此时控制电路中总电阻最大值为R总== Ω=60 Ω,此时热敏电阻阻值为R=R总-R0=(60-30) Ω=30 Ω,由题图乙知,此时环境温度为80 ℃,所以环境温度在达到80 ℃时,警铃报警。
(3)要使报警电路在更高的温度报警,则线圈中的电流等于50 mA时,热敏电阻R的阻值变小,由(2)知,热敏电阻R=-R0,则可通过适当减小U1达到这个目的,故选A。