湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：传感器及其应用
合集下载
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：动+++量
例： 科学家设想在未来的航天事业中用太阳 帆来加速星际宇宙飞船．按照近代光的粒子 说，光由光子组成，飞船在太空中张开太阳 帆，使太阳光垂直射到太阳帆上，太阳帆面 积为S，太阳帆对光的反射率为100﹪，设太 阳帆上每单位面积每秒到达n个光子，每个 光子的动量为p，如飞船总 质量为m，求飞 船加速度的表达式。如太阳帆面对阳光一面 是黑色的，情况又如何？
2.冲量 （1）冲量的定义：力F和力的作用时间t的乘积Ft叫 做力的冲量，通常用符号I表示冲量.I=Ft，单位N·s， 1 N·s=1 kg·m/s. （2）物理意义：表示物体在力的作用下经历一段时 间的累积的物理量.
3.动量定理 （1）内容：物体在一个过程始末的动量变化量 等于它在这个过程中所受合外力的冲量.即： I=Δ p. （2）物理意义： ①动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的 原因，冲量是物体动量变化的量度. （此处所说的冲量是指合外力的冲量！） P ②现代物理学把力定义为动量的变化率F t ③动量定理的表达式是矢量式。在一维的情况 下，各个矢量必须以同一个规定的方向为正
M
①
思考：如果题目告知的炮弹速度v是
相对于炮舰的速度，该如何处理？
例：
BC
BCD
A. 滑块m从A滑到B的过程,物体与滑块组成的系统动量守 恒、 机械能守恒 B. 滑块滑到B点时，速度大小等于
如图示:质量为M的滑槽静止在光滑的水平面上， 滑槽的AB部分是半径为R的1/4的光滑圆弧,BC 部分是水平面,将质量为m 的小滑块从滑槽的A点 静止释放,沿圆弧面滑下,并最终停在水平部分BC 之间的D点,则( D )
碰后：vA′≤vB′，pA′=3 kg·m/s，pB′=8 kg·m/s
3 8 m A mB
mA
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：电磁场在科技中的应用
密立根实验—电场力与 速度选择器—电场力与洛伦
重力实验
兹力的平衡
直线加速器—电场的加 速
质谱仪—磁场偏转
示波管—电场的加速和 回旋加速器—电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ加速、磁
偏转
场偏转
电流表—安培力矩 电视机显像管—电场加速、 磁场偏转
电动机—安培力矩 磁流体发电—电场力与洛伦 兹力的平衡
霍尔效应—电场力与洛 磁流体发电机—电场力与洛 伦兹力作用下的偏转与 伦兹力作用下的偏转与平衡
冲电压）
2 R m (1 1 1 1 )
2qU
23
n
(5)不可以。因为这样粒子在A、B之间飞行时电场对其做功＋qU， 使之加速，在A、B之外飞行时电场又对其做功－qU，使之减速， 粒子绕行一周电场对其所做总功为零，能量不会增大。
6.PET所用回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形 盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S， 匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷 量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在 加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运 动时间），质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，加
qE m v2 R
联立可得
U ER 2
（2）
v2 qE m
R
Bvq m v2
Rx
联立可得
Rx
1 B
mER q
间距为2Rx
相同的荷质比
加速器
串列加速器 环形加速器
回旋加速器 直线加速器
北京正负电子对撞机电子直线加速器
直线加带器内部图
兰州重离子加速器
劳伦斯与回旋加速器
7．如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直 纸面向外、大小可调节的均匀磁场。质量为m、电量为+q的粒子在 环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原 来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电 势仍为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开时，A
重力实验
兹力的平衡
直线加速器—电场的加 速
质谱仪—磁场偏转
示波管—电场的加速和 回旋加速器—电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ加速、磁
偏转
场偏转
电流表—安培力矩 电视机显像管—电场加速、 磁场偏转
电动机—安培力矩 磁流体发电—电场力与洛伦 兹力的平衡
霍尔效应—电场力与洛 磁流体发电机—电场力与洛 伦兹力作用下的偏转与 伦兹力作用下的偏转与平衡
冲电压）
2 R m (1 1 1 1 )
2qU
23
n
(5)不可以。因为这样粒子在A、B之间飞行时电场对其做功＋qU， 使之加速，在A、B之外飞行时电场又对其做功－qU，使之减速， 粒子绕行一周电场对其所做总功为零，能量不会增大。
6.PET所用回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形 盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S， 匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷 量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在 加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运 动时间），质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，加
qE m v2 R
联立可得
U ER 2
（2）
v2 qE m
R
Bvq m v2
Rx
联立可得
Rx
1 B
mER q
间距为2Rx
相同的荷质比
加速器
串列加速器 环形加速器
回旋加速器 直线加速器
北京正负电子对撞机电子直线加速器
直线加带器内部图
兰州重离子加速器
劳伦斯与回旋加速器
7．如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直 纸面向外、大小可调节的均匀磁场。质量为m、电量为+q的粒子在 环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原 来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电 势仍为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开时，A
湖北省华中师大一附中高二国际班物理大小班、长短课重点班附加课件：原子物理
9
10
11
12
13
14
15
天然放射现象
16
天然放射现象
17
衰变
18
19
20
21
核反应
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
光的电磁理论的困难
爱因斯坦光量子假设 （以普朗克能量子假说为基础）
不应存在截止频率、 遏止电压应与光强有关、 光弱时电子逸出需很长时间
数学推理--爱因斯坦光电效应方程
Ek h W0
3
密立根的精密测量直接证实这个方程
爱因斯坦的光子说
光可以看成是由光源发出的不连续的粒子流，这种粒子叫做光子或光量子。每
阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，
发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电
压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴
极材料的逸出功为
A.1.9eV
P
B.0.6eV
V
C.2.5eV
A
D.3.1eV
K
解：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，
1913年玻尔提出了他的原子理论，玻尔把量子观念引入原子理论中，提出 不能用经典概念解释的假设，是一个创举。玻尔原子理论的假设称为能级 假设、跃迁假设、轨道假设。从宏观现象的“连续”的概念过渡到微观世 界的“不连续”的概念，是人类认识的一次飞跃。
En
E1 n2
rn n 2 r1
h E2 E1
n为量子数
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性 中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。 ⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现 为波动性。 ⑵ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。 ⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒 子性。 ⑷由光子的能量E=hν，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子 性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特 征的物理量——频率ν和波长λ。 由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = p c。
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：单导棒专题.
求解．
1. 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁 场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框 的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向 平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边 a 、 b 两点间的电势差绝对值最大的是（ B ）
a
v
b a a b b a b
v
v
v 以不同的速度从磁场中匀速拉出(V,2V,3V,4V),哪种情况通过回路 中电量最多?发热最多?
垂，绳上穿有质量m2＝0.05 kg的小环．
已知小环以a＝6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止， Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力 F作用下匀速运动．不计 导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g＝10 m/s2，sin37°＝ 0.6，cos37°＝0.8.求： (1)小环所受摩擦力的大小； (2)Q杆所受拉力的瞬时功率．
2 当导体棒ab通过磁场Ⅱ时，若安培力恰好等于重
力，棒中电流大小始终不变，即 B 2r vt 4 B 2 r 2 vt mg BI 2r B 2r R并 R并 12 R 4 R 式中R并 3R 12 R 4 R mgR并 3mgR 解得vt 2 2 4B r 4B 2 r 2 导体棒从MN 到CD做加速度为g的匀加速直线运动，有
(1) m2g－f＝m2a①
得 f＝0.2 N② (2) K杆受力平衡，有f＝B1I1L③
I＝2I1
R总＝3/2R
④
⑤
I＝E/R总 ⑥ E＝B2lv⑦ F＋m1gsinθ＝B2IL⑧
P＝Fv⑨
联立以上方程，代入数据得 P＝2 W
知识扫描
二.电磁感应与力电的综合问题
1.动力学过程分析
2. 电磁感应现象实质是能量转化与守恒. “外力”克服安培力做了 多少功,就有多少 其他形式的 能转化为 电 能。同理,安培力做了多 少功,就有多少 电 能转化为 其它形式的 能。 3. 安培力的冲量
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：磁场对电流的作用力教材
电流 元法
等效 法
把整段导线分为多段直电流元,先用 左手定则判断每段电流元受力的方 向,然后判断整段导线所受合力的方 向,从而确定导线运动方向
环形电流可等效成小磁针,通电螺线 管可以等效成条形磁铁或多个环形 电流,反过来等效也成立
特殊位 置法
通过转动通电导线到某个便于分析的特殊 位置,然后判断其所受安培力的方向,从而 确定其运动方向
电流元分析法：
如图所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形
磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通
入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下
看)(
A)
A.顺时针方向转动，同时下降； B.顺时针方向转动，同时上升； C.逆时针方向转动，同时下降； D.逆时针方向转动，同时上升；
特殊位置法：
磁电式电流表有什么优缺点?
优点：灵敏度高,能测出很弱的电流. 缺点：线圈的导线很细,允许通过的电流很弱.
典型题例
题型1 通电导体在安培力作用下运动方向的判断
例1如图所示, 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁
N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈
平面.当线圈内通以如图方向的电流后,线圈的运
动情况是
B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线
段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°.流
经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线段abcd所
受到的磁场的作用力的合力
(
)
A.方向沿纸面向上,大小为( 2 +1)ILB
B.方向沿纸面向上,大小为( 2 -1)ILB
C.方向沿纸面向下,大小为( 2 +1)ILB
（）
A.线圈向左运动
湖北省华中师大一附中高二物理(国际板大小班、长短课重点班)电磁感应切割现象
m
)g
B2(L L )2
1
2
2
1
P
I
2R
[F
(m 1
m )g 2
]2
R
热
B(L L )
2
1
Blv1 Blv2
两棒产生焦耳热之比：
两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一 水平面内，两导轨间的距离为，导轨上面横放着 两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示， 两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其 余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖 直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，设两导体棒 均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd静止，
对AC，由动量定理可知 IBl t m v m v
1
11
10
对DE，由动量定理可知 结合l1v1=l2v2
IBl t m v 0
2
22
32 m v2 45 0 0
三、受外力作用时等长双棒切割的分析
电路特点：棒2相当于电源;棒1受安
培力而起动.
I
Bl(v 2
v) 1
v) c
cd
2Rm
二、不受外力作用下不等长双棒切割的分析
电路特点：棒1相当于电源;棒2受安培力而 起动,运动后产生反电动势.
在安培力作用下，棒1减速、棒2加速，回
路中电流变小；最终当Bl1v1 = Bl2v2时,电流 为零,两棒都做匀速运动，此时两棒速度不
同。
I Bl1v1 Bl2v2
R1 R2
类型一、不受外力作用下等长双棒切割的分析
电路特点：棒2相当于电源;棒1受安培力而加 速起动,运动后产生反电动势.
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：圆周运动与几何知识的结合分解
v1 = ω 1 r v2 = ω 2 R
m2a2= m2 ω 22 R
v1 r = v2 R ω 1= ω 2 v1 2 r v2 2
a1 r a2 = R
ω 1= ω 2
选 C
a1= a2=
v12= a1r
v22= a2R
错因：情景混淆。第一 宇宙速度v2是在地面附 近绕地球的环绕速度， 不是随地球自转的线速 度，式中 ω1≠ ω 2
2 2 0
3 R 2g 4 m C．等于 0 0 0 D．以上均不对
R0 h
BC
近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T1和 T2,设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分 别为g1、g2，则
g1 T1 A． g2 = T2
4/3
g1 T2 B． g2 = T1
设同步卫星质量为m1，
地球质量为M， 地球赤道上的物体质量为m2 据万有引力定律
Mm1 G 2 m1a1 r Mm2 G 2 m2 a2 R 2 a1 R a2 r
选B
赤 道 上 物 体错 受因 力： 分 析 错
错解分析3
据线速度和角速度的关系
错解分析4 据牛顿第二定律有 m1a1= m1 ω 12 r
2 2
R
AD
O
A
例2. 某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者， 他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，试问，春分 那天（太阳光直射赤道）在日落12小时内有多长时间该观 察者看不见此卫星？已知地球半径为R，地球表面处的重 力加速度为g，地球自转周期为T，不考虑大气对光的折射。 解：设所求的时间为t，用m、M 分别表示卫星和地球的质量，r 表示卫星到地心的距离.
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：楞次定律及其应用.
如图，在水平光滑的两根金属导轨上放置两根导体棒AB、 CD，当条形磁铁插入与拔出时导体棒如何运动？ （不考虑导体两棒之间相互作用的磁场力）
插入时： AB、CD相互靠近
B D
拔出时： AB、CD相互远离 大 (小 )
A
C
原因: 插入(拔出)---φ变
结果：靠近 (远离)---阻碍变大 (小)
楞次定律的应用技巧
如何判定感应电流的方向呢？
N
S
G
+
G
+
左进左偏
右进右偏
N S
G
+
N 极插入
N
N 极拔出
S
G
示意图
G
原磁场方向 原磁场的磁 通变化 感应电流方 向(俯视） 感应电流的 磁场方向
向下
向下
向上
向上 减小 逆时针
增加 逆时针
减小 顺时针
增加 顺时针
增
向上
反
向下
减
向下
同
向上
来
阻
去
留
Ｂ.从回路面积变化趋势角度看：面积的变化趋势总阻碍磁通 量的变化。（注意磁通量变大，回路的面积不一定是变小的 趋势，反之亦然．此 问 题 请 同 学 们 思 考）
Ｃ.从阻碍电流变化的角度（即：自感）（在稍后的内容中会学）
推广：回路具有一切阻碍磁通量变化的趋势
如图,滑动头向右滑动,问线圈如何转动?
碍相对运动。
来
阻
去
留
楞次定律的应用技巧
1.右手定则(注意:不是右手螺旋定则) 2.从效果的角度分析应用 Ａ.从相对运动角度看：感应电流的磁场总是阻碍相对运动。
来
阻
去
湖北省华中师大一附中高二物理(国际板大小班、长短课
（3）在线框向上刚进入磁场到刚离开磁场的过程中，根据能量守恒
定律可得
1 2
m(2v1)2
1 2
mv12
mg (b
a)
Q
+f(b+a)
解得：Q＝
3m(mg f )(mg 2B4a4
f )R2
mg(b a)
-f(a+b)
六、电磁感应中的生产、科技实际 问题
F
安
Ff I
F压
E Bav
三、电磁感应中的电路问题
如图所示，在跟匀强磁场垂直的平面内放置一个折 成锐角的裸导线MON，∠MON=α。在它上面搁置另一 根与ON垂直的导线PQ，PQ紧贴MO，ON并以平行于 ON的速度v，从顶角O开始向右匀速滑动，设裸导线单位 长度的电阻为R0，磁感强度为B，求回路中的感应电流。
设经过t时间，导线PQ运动距离为vt
v P
P
10m / s
F mg sin mg cos
（3） I vBl P=I2R R
B PR 0.4T 磁场的方向垂直导
vL
轨平面向上
引申： v v0
0
v v0
1.若闭合电键时金属棒刚好匀速下滑，则有
mg sin
mg
cos
B2l 2v 0
R
t
v
v0
0
t
一、电磁感应中电流方向问题
如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧
长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于O点，
悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂 直纸面向里的匀强磁场，且d0《L。先将线框拉开到如图 所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦。 下列说法正确的是 （ ）
湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：电场
(2 3) V、 (2 3) V A．
b
B．0 V、4 V
4 3 4 3 (2 ) (2 )V C． 3 V 、 3
a
30°
c
M
D．0 V、
3
V
b
答案：B
O
a
N
P
c
【例6】如图所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水 平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子（不计 重力）以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触， 一段时间后，粒子以速度vN折回N点。则（ ） A.粒子受电场力的方向一定由M指向N B.粒子在M点的速度一定比在N点的大 C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大 D.电场中M点的电势一定高于N点的电势
t
油滴受到的合力为mg，所以加速度为g，达 到板上速度的大小为：V 2 gd
g
【例16】如图所示，A、B为两块平行金属板，A板带正电、B板 带负电。两板之间存在着匀强电场，两板间距为d、电势差为U， 在B板上开有两个间距为L的小孔。C、D为两块同心半圆形金属 板，圆心都在贴近B板的O’处，C带正电、D带负电。两板间的距 离很近，两板末端的中心线正对着B板上的小孔，两板间的电场 强度可认为大小处处相等，方向都指向O’。半圆形金属板两端与 B板的间隙可忽略不计。现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止 释放一个质量为m、电量为q的带正电微粒（微粒的重力不计）， 问：⑴微粒穿过B板小孔时的速度多大； ⑵为了使微粒能在CD板间运动而不碰板，CD板间的电场强度大 小应满足什么条件； ⑶从释放微粒开始，经过多长时间微粒会通过半圆形金属板间的 最低点P点？
C1 C2
V
Y
提示：电容、和静电计Y在电路中都起断路作用，故没有电流通过电压表
b
B．0 V、4 V
4 3 4 3 (2 ) (2 )V C． 3 V 、 3
a
30°
c
M
D．0 V、
3
V
b
答案：B
O
a
N
P
c
【例6】如图所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水 平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子（不计 重力）以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触， 一段时间后，粒子以速度vN折回N点。则（ ） A.粒子受电场力的方向一定由M指向N B.粒子在M点的速度一定比在N点的大 C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大 D.电场中M点的电势一定高于N点的电势
t
油滴受到的合力为mg，所以加速度为g，达 到板上速度的大小为：V 2 gd
g
【例16】如图所示，A、B为两块平行金属板，A板带正电、B板 带负电。两板之间存在着匀强电场，两板间距为d、电势差为U， 在B板上开有两个间距为L的小孔。C、D为两块同心半圆形金属 板，圆心都在贴近B板的O’处，C带正电、D带负电。两板间的距 离很近，两板末端的中心线正对着B板上的小孔，两板间的电场 强度可认为大小处处相等，方向都指向O’。半圆形金属板两端与 B板的间隙可忽略不计。现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止 释放一个质量为m、电量为q的带正电微粒（微粒的重力不计）， 问：⑴微粒穿过B板小孔时的速度多大； ⑵为了使微粒能在CD板间运动而不碰板，CD板间的电场强度大 小应满足什么条件； ⑶从释放微粒开始，经过多长时间微粒会通过半圆形金属板间的 最低点P点？
C1 C2
V
Y
提示：电容、和静电计Y在电路中都起断路作用，故没有电流通过电压表
湖北省华中师大一附中高二国际班物理大小班、长短课重点班附加课件：光的折射与全反射
D．只能是4、6中的某一条
B
全反射
光由玻璃介质射入空气时，同时发生反射和折射，折 射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来 越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90°时， 折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做 全反射．
在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即折射
角等于90°时的入射角叫做临界角，临界角用C 表
A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射
C
如图所示，空气中在一折射率为 2 的玻璃柱体，
其 横 截 面 是 圆 心 角 为 90° 、 半 径 为 R 的 扇 形 OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射 角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入 射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为 多少？
玻璃 1.5-1.8 水
1.33
水晶 1.55 空气 1.00028
真空本身的折射率 n = 1
例、如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单
色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心）， 产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率
为24°）3，现，保入持射入角射为光4不5°变（，相将应半的圆折柱射绕角通为过O
在实际的 潜望镜里 用全反射 棱镜代替 平面镜
ห้องสมุดไป่ตู้
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜， 用来检查人体内脏的内部
内窥镜的结构
光导纤维在 医学上的应用
如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它 虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽 车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去， 使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所 示，下面说法中正确的是
B
全反射
光由玻璃介质射入空气时，同时发生反射和折射，折 射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来 越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90°时， 折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做 全反射．
在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即折射
角等于90°时的入射角叫做临界角，临界角用C 表
A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射
C
如图所示，空气中在一折射率为 2 的玻璃柱体，
其 横 截 面 是 圆 心 角 为 90° 、 半 径 为 R 的 扇 形 OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射 角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入 射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为 多少？
玻璃 1.5-1.8 水
1.33
水晶 1.55 空气 1.00028
真空本身的折射率 n = 1
例、如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单
色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心）， 产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率
为24°）3，现，保入持射入角射为光4不5°变（，相将应半的圆折柱射绕角通为过O
在实际的 潜望镜里 用全反射 棱镜代替 平面镜
ห้องสมุดไป่ตู้
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜， 用来检查人体内脏的内部
内窥镜的结构
光导纤维在 医学上的应用
如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它 虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽 车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去， 使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所 示，下面说法中正确的是
华中师范大学第一附属中学高中物理选修二第五章《传感器》提高练习(含答案解析)
一、选择题1．下列说法不正确的是（）A．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的一种元件B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号C．电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断2．常用的计算机键盘就是一种传感器。
如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。
当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。
这种计算机键盘使用的是（）A．温度传感器B．电容式传感器C．磁传感器D．光传感器3．关于发光二极管，下列说法正确的是（）A．发光二极管能发光，不具有单向导电性B．发光二极管能直接把光能转化为电能C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光4．汽车轮胎气压自动报警装置的主要部件是压阻式压力传感器，某压阻式压力传感器的特点是压力F越大其电阻越小，现将该压力传感器R0接入如图所示电路中，开关S闭合，当压力传感器所受压力增大时，下列说法正确的是（）A．R1的电功率增大B．电压表的示数增大C．电流表的示数增大D．R2的电功率增大5．下列关于传感器说法正确的是（）A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．霍尔元件能够把磁学量（如磁感应强度）转化为电学量（如电压）C．光敏电阻随光照强度增加电阻增大D．热敏电阻的阻值随温度的升高而升高6．如图所示，将一光敏电阻连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，表针的偏角变为θ′，则可判断（）A．θ′=θB．θ′<θC．θ′>θD．不能确定θ和θ′的关系7．某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1—固定铁心 2—气隙 3—线圈 4—衔铁 5— 弹簧 6—磁力线 7—绝缘外壳
自感传感器常见的形式有变隙式、变面积式和螺线管式等三种， 原理示意图分别如图a、b、c所示，螺线管式自感传感器外形如图 所示。
例5： 磁 传 感 器
汽车防抱死制动系统（ABS）
霍尔传感器 霍尔传感器
用霍尔传感器检测车轮的转速，以此控制制动系统，使车 轮处于稍有转动、接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹 车时不致失去方向性和稳定性。
压力 F/N
0 300
50 270
100 240
150 210
200 180
250 150
300 120
…… ……
（1）利用表中数据归纳出 电阻R随压力F变化的函数 关系式； （2）该秤零刻度线（即踏 板空载时的刻度线）应标在 电流表刻度盘多少毫安处？ （3）如果某人站在踏板上，电流 表刻度盘示数为20mA，这个人的 体重是多少？
IB UH k d
第二节和第三节传感器的应用
传感器应用的一般模式示意图 传感 器 转换或放 大电路 执 行 机构 仪 表 显示 微 机 系统
1． 第二节：侧重力、声、热传器的应用 2．第三节：侧重电、温度、光传感器的应用
第四节传感器的应用实验
主要了解二极管、门电路和传感器的简单应用设计（如 集成门电路（斯密特触发器），单个的门电路）
羽毛球馆穹顶结构的测试
对斜拉桥钢索进行应变测试
加速度传感器
质量块 固定电极1
传感器内有一个用 弹簧片支撑的质量块， 可以上下活动。 C1 C2 固定电极1与质量块 之间构成电容C1 质量块与固定电极2 之间构成电容C2
α
固定电极2
电容式加速度传感器的工作原理
d1
C1
α
C2 d2 加速度 位移 电容量 电压
CMOS芯片
图象传感器
例1：力传感器的应用——电子秤 （1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？ （2）简述力传感器的工作原理。 （3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ （4）如何设计一个转换电路？
例2：：温度传感器的应用——电熨斗 思考与讨论： （1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时 ，双金属片将怎样起作用？ （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如 何使用调温旋钮来实现的？
2005年5月19日，“勇气号”火星车在火星古塞夫环 形山附近拍摄到的落日图片
勇气号火星车
勇气号火星车
勇气号火星车
勇气号火星车
第一节 传感器及其工作原理
1．传感器概念： 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。 2．传感器常见分类： A．按传感的物理量分类，可分为位移、力、光、速度、 温度、 流量、气体成份等传感器。 B．按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、 电压、 霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。 3．传感器的构成：敏感元件和转换电路
（电阻应变式）电子计价秤
固定端
应变片
悬臂梁
力传感器在电子秤中的应用
应变片 悬臂梁
电子计价秤中的应变片
应变片的应用
将应变片粘贴在机械、桥梁、建筑等被测构件上， 通过专用的“电阻应变仪”直接测定其工作状态下的应 力和变形情况。
桥面 应变片
F
对桥梁进行多点测量
崇明跃进桥检测——布置应变片
桥梁加载，检测桥梁的应变
先将加速度的变化转换成质量块的位移， 然后将位移转换成电容量的变化，最后将电 容量转换成电压信号。
三维加速度传感器
显微镜下， 利用MEMS技术加工的 芯片
加速度测试单元
信号处理电路
三维加速度传感器结构
斜支撑 质量块（活动电极）
当框架作上下运动时，质量块 2、4不动，质量块1、3产生相反 的前后位移。 当框架作左右运动时，质量块 1、3不动，质量块2、4产生相反 的前后位移。 当框架作前后运动时，4个质 量块均产生位移。
测量电路
F
R1
应变片（R1、R4）
R3
UB R4 UOUT
UA R2
应变片（R2、R3）
悬臂梁的上、下表面各粘贴2片应变片，它们的电 阻值相同。 当悬臂梁受力时，梁的上表面伸长， R1 、 R4 电阻 值增大；梁的下表面压缩，R2、R3电阻值减小。此时 UA ＜ UB ，输出与外力成正比的电压值（模拟信号）。
例3： 热 电 偶
热电偶的工作原理是：两种不同成分的导体两端经焊接、 形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。 当测量端和参比端存在温差时，就会在回路产生热电流， 接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产生的热电流， 接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势 的温度值。
例4：电感式位移传感器
例6:有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由 三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R（一个阻值可随压力大小 而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（其实质是电流表）。其中AO：BO=5： 1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两 端的电压恒为4.68V，则：
A—B
外形：6×4×1.4（mm）
活动电极的位移
固定电极
固定电极
活动电极
活动电极
斜支撑
向右运动，间隙加大，定电极
A—B
光电鼠标中的图象传感器
当鼠标移动时，其移动轨迹通过图象传 感器，形成一组高速拍摄的连贯图像，鼠 标内的数字微处理器对图像特征点位置的 变化进行分析，判断鼠标的移动方向和移 动距离，从而完成光标的定位。
受力端
力传感器
固定端
悬臂梁是一种弹性元件， 其一端固定，另一端受力。
F
固定端
在受力时，悬臂梁的上、 下表面将产生微小的形变 （应变）：上表面伸长，下 表面压缩。
F
应变片
在悬臂梁产生应变的部位 粘贴应变片，将悬臂梁的应 变传递到应变片上，从而将 悬臂梁的应变转换为电阻的 变化。
受力方向
当应变片产生形变时，金属电阻 丝被拉伸或压缩，它的电阻发生相 应的变化。
踏板
A
压力传感器 G
O
B
解析：（1）由表中数据可归纳得出：R=300－0.6F （2）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压 力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R1=300, 电路中的电流为
I U 4.68 A 15 .6mA R 300
所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA 处。 （3）当电流表刻度盘的读数为I2=20毫安时，压 力传感器的电阻 U 4.68 R2 234 I 2 0.02 由 R=300－0.6F，算得F2=110N， 再由F2· AO=G· BO得G=550N
力 温度 压强 声音 磁场 光 加速度
各 类 传 感 器
电信号
湿度
……
磁敏感元件(干簧管中的簧片， 磁场 霍尔元件） 光敏感元件（光敏电阻） 热敏感元件（热敏电阻和金属 热电阻）
光照
干簧管 电路通断 光敏电阻
电阻变化
热敏电阻
温度
电阻变化
非电学 传感器 物理量
电学物理 量或电路 的通断
霍尔效应