高考物理新宠儿——传感器

高中物理微课堂 2018-06-12 13:34:23


董书生,男江苏省物理学会会员,中学高级教师,大学本科,南通市骨干教师,海门市骨干教师,海门市优秀青年教师,海门市优秀教育工作者,有四十余篇论文发表于《中学物理教学参考》《物理教师》《物理通报》《中学物理教学探讨》等国家级、省级刊物,主持1项南通市级课题,参与了6项省级课题,且全部结题。开设过省级公开课,课例被北师大评为优秀课例。

摘要

传感器已经广泛应用在工业环保、自动化、 化工、医疗、汽车工业、大气和海洋测量等各个领域。所以教育部制定的新课标把传感器作为选修3-2模块的三个二级主题之一,新教材为传感器专门安排一章。近几年来的高考传感器的考题频繁出现,传感器已经成为高考物理的新宠儿。

01

1. 传感器的工作原理

传感器是将非电学量转换成电学量的器件,传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如图所示.

02

2. 常见传感器

21光敏电阻

 1)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量.

 2)光敏电阻的电阻随光照的增强而减小.

    光敏电阻一般由半导体材料做成,当半导体材料受到光照或者温度升高时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明显增强.

题1:右图为包含某逻辑电路的一个简单电路图,L为小灯泡。光照射电阻时,其阻值将变得远小于R,则下列说法正确的是 ()                     A.该逻辑电路是非门电路;当电阻受到光照时,小灯泡L不发光

B.该逻辑电路是非门电路;当电阻受到光照时,小灯泡L发光

C.该逻辑电路是与门电路;当电阻受到光照时,小灯泡L不发光

D.该逻辑电路是或门电路;当电阻受到光照时,小灯泡L发光


答案:B

22.  热敏电阻

热敏电阻用半导体材料制成,其电阻值随温度变化明显.随温度的升高而减小.

2:如图所示是一火警报警器的部分电路示意图.其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器.值班室的显示器为电路中的电流表,ab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的变化情况是      

A.I变大,U变大

B.I变大,U变小 

C.I变小,U变小 

D.I变小,U变大


答案:C



23. 霍耳元件

如图所示,厚度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当恒定电流I通过导体板时,导体板的左右侧面出现电势差,这种现象称为霍耳效应.在这个矩形半导体上制作四个电极EFMN就成为一个霍耳元件,能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.

3为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为abc,左右两端开口,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是      

A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高

B.前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多无关

C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大

D.污水流量QU成正比,与ab无关


答案:BD

24、力传感器

    1)电子秤组成:由金属架和应变片组成.

    2)电子秤的工作原理: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变大,下表面的电阻变小.F越大,弯曲形变越大,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,那么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越大


题4:如图是测量汽车质量的地磅示意图,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是  (     )                

A.电流表的示数越大说明被测汽车质量越大

B.电流表的示数越大说明被测汽车质量越小

C.地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关 

D.把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量


答案:A



25、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上时,可使膜片产生形变,从而引起电容的变化,如果将电容器与灵敏电流计、电源串联,组成闭合电路,当F向上压膜片电极时,电容器的电容将增大。电流计有示数,则压力F发生了变化(如图所示)。


题5: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上时,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接成闭合电路,那么以下说法正确的是(     )

A、当F向上压膜片电极时,电容将减小

B、若电流计有示数,则压力F发生变化

C、若电流计有向右的电流通过,则压力F在增大

D、电流计有向右的电流通过,则压力F在减小

答案:BC   


传感器在各个领域的应用将越来越广泛,如在工业中,可做成高度计,工业自动控制温度传感器、湿度传感器、天气预报计、位移传感器等;在日常生活应用:人体感光开关、路灯控制器、门窗报警器、家用燃气报警器等;在医疗中应用:微型高频超声传感器 、光纤生物医学传感器等。






同步训练:


参考答案:1.B2.A3.A4.BD 5.C 、6.AD 、7.BC、 8.B 

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