高中物理 第5章 传感器及其应用本章高效整合课件 鲁科

如图所示是一火警报警器的部分电路示意图．其
中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显 示器，a、b之间接报警器．当传感器R2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变大 D．I变小，U变小 解析： R2处出现火情，温度升高，R2减小，导致R2两端 电压减小，通过R3的电流减小． 答案： D
解析： 由题可知，消防队员先做自由落体运动，然后和
地面发生碰撞，在和地面碰撞过程中，他用双腿弯曲的方法缓
冲，使自身重心又下降了0.5 m，最后停止．力F是地面对消防 队员的冲击力，在t1～t2时间段，F<mg，F逐渐增大，消防队 员的速度在增大；而在t2～t4时间段，F>mg，消防队员做减速 运 动 ， 至 t4 时 刻 停 在 地 面 上 ． 所 以 t2 时 刻 消 防 队 员 的 速 度 最 大，t4时刻消防队员的动能最小．故正确答案为B、D．
利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大 小，实验时让某消防队员从一平台上跌落，自由下落2 m后双 脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲．使自身重心又下降了 0.5 m，最后停止，用这种方法获得消防队员受到地面冲击力 随时间变化的图线如图所示，根据图线所提供的信息，以下判 断正确的是 ( )
A．t1时刻消防队员的速度最大 B．t2时刻消防队员的速度最大 C．t3时刻消防队员的动能最小 D．t4时刻消防队员的动能最小
提供的器材如： 光敏电阻 Rp，电源 E(电动势 3 V，内阻不计)；定值电阻： R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其阻的阻值随光照变化的曲线如图所 示．
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而非线性减小
(2)设计电路如图所示． 当天色渐暗照度降低至 1.0(Lx)时 启动照明系统，此时光敏电阻阻值为 20 kΩ，两端电压为 2 V，而电源电动势为 3 V，所以应加上一个分压电阻，分得的 电压为 1 V，由串联电路的分压特点得， 分压电阻阻值应为 10 kΩ，故选用定值 电阻 R1. 答案： 见解析
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照 度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
(2)如图所示，当 1、2 两端所加电压上 升至 2 V 时，控制开关自动启动照明系统， 请利用下列器材设计一个简单电路．给 1、 2 两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低 至 1.0(Lx)时启动照明系统，在虚线框内完 成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计 电路的影响)
3．电容 平行板电容器的电容与极板面积，极板间距及电介质材料 有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其 转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而 引起电容变化． 考查敏感元件的特性，尤其是考查光敏电阻和热敏电阻特 性的高考题，近年来多次出现，解决这类问题的两个关键是： (1)各种敏感元件的特性； (2)外界信息会引起敏感元件发生什么变化．
力运动与含容电路
为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控 制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻 值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱， 光越强照度越大，照度单位为Lx)．某光敏电阻Rp在不同照度 下的阻值如表：
照度(Lx) 电阻(kΩ)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 75 40 28 23 20 18
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知识网络
专题归纳
本章的思想方法
转换法 转换法是将不易直接测量的物理量转换为容易测量的物理 量后再进行测量的方法(又称间接测量法)，它是物理实验设计 中常用的方法之一，本章从生活中常见的传感器入手，以对传 感器的认识过程为主线，以转换思想为理论依据，深入研究了 传感器的工作原理、应用以及自动控制电路的设计．传感器的 工作原理是将非电学量按照一定规律转换为电学量，作为本章 的一条纽带，紧紧地将电学与力学、光学和热学联系在一起．
传感器的综合应用
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在 实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件 的敏感特性．几种传感器及与其相联系的物理知识，如表：
传感器种类 光电传感器 温度传感器
力传感器 电容传感器
敏感元件 光敏电阻 热敏电阻 压敏电阻等
电容
与之相联系的物理知识 光照直流电路动态分析 热学(如气体)直流电路 力学、运动学与直流电路
答案： BD
几种敏感元件的特性
1．光敏电阻 光敏电阻由金属硫化物等半导体材料制成，其电阻率对光 非常敏感，光照增强时电阻率明显减小． 2．热敏电阻 (1)热敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率对温度 非常敏感． (2)热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻，其 电 阻 随 温 度 升 高 而 增 大 ) 和 负 温 度 系 数 热 敏 电 阻 (NTC 热 敏 电 阻，其阻值随温度升高而减小)．