粤教版选修3-2 物理：第三章 传感器（章综合）

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选修3-2第三章传感器复习学案
——传感器
知识要点
1. 传感器应用的一般模式：
2．电子秤使用的测力装置是 ，它是由 和 组成的。其中应变片能够把物体 这个力学量转化为 这个电学量。
3. 话筒的作用是 。动圈式话筒的工作原理是 。电容式话筒的工作时，电路中的电流是由 而形成的。驻极体话筒利用了电介质的极化现象，原理同电容式话筒，
4. 温度传感器能把 信号转变成 信号。电熨斗就是靠双金属片温度传感器来控制温度的，这种传感器的作用是 。
典型例题
1.用如图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．
分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N．
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有21世纪教育网
得4 m/s221世纪教育网
a1与F1同方向，即向前（向右）．
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．
2.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（ D ）
①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，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
A．①③ B．②③ C．②④ D．①④
课堂检测
1.如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上物品，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（ AD）
（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
2.（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在B点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I/，此时风力大小为F，试写出：
①风力大小F与θ的关系式；
②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。
③此装置所测定的最大风力是多少？
解：①F= Mgtgθ21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
②设电源电压为E，BC长为x
∴E=I(R0+kL) 又 tgθ=x/h
③
课后练习
1.如图5是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，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可能是容器两板间的（A）
（A）距离变化
（B）正对面积变化
（C）介质变化
（D）电压变化
2.如图9所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4（如图10所示），左边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图11所示，试回答下列问题：
（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？
（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？
（3）电阻变化后，电阻的A、B两点哪点电压高？它为什么能测量电压？
(提示：当O点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的（由上图），因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽。)
解析：
（1）本题是电路中A、B两点间电压与4个电阻的关系，由于电压表的电阻可看作无穷大，因此本电路是R1、R2的串联电路与R3、R4的串联电路并联，伏特表电路相当于一根电桥，要使伏特表无读数，即A、B两点电势相等则有：R1/R2= R3/R4或R1R4= R2R3。
（2）当O点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的（由上图），因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽，根据电阻定率，则R1、R4增大，R2、
R3减小，显然，这时A、B两点电压不再相等。
（3）电阻增大，电压降增大，电阻减小，电压降减小，故在R1、R2的串联电路上R1上的电压降增大，R3、R4串联电路上R3电压降减小，所以A点电压高于B点电压。测量血压时，血压越高，压力F越大，金属片形变越显著，电阻变化越大，因而电压表示数越大，于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了。当然在实际上由于金属片形变较小，所以电阻变化也较小，A、B两点间电压还要经过放大才能通过电表指示出来，有的还可以转换成数字显示出来。
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A
R1
R2
信号处理系统
图3
金属板
金属膜
振动膜
外电路
图5
P
图9
F
O
P
R1
R4
R2
R3
O
图10
V
R1
R2
R3
R4
B
A
图11
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