{高考必备]高二物理教科版选修3-2学案：3.1传感器Word版含解析(经典).docxVIP

第1讲　传感器[目标定位]　1.知道什么是传感器及其工作原理.2.掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用．一、传感器1．定义把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置．2．结构由敏感元件和处理电路组成．把微小电信号进行放大，并除去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成电学量(如电压、电流和频率等)，这类电路称为处理电路．二、敏感元件的原理1．原理利用物理学中能直接感受到的非电信息转换成易于测量的物理量，形成电信号．2．敏感元件分类(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应．(2)化学类：基于化学反应原理．(3)生物类：基于酸、抗体和激素等分子识别功能．3．半导体热敏电阻的热敏特性热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量．4．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件．它由密封在玻璃管内的两个铁磁体簧片构成．簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁.一、传感器1．传感器的原理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，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．2．在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示的或如何控制开关的．例1　如图1所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极．把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化情况为(　)图1A．h增大B．h减小C．h不变D．无法确定答案　A解析　由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极．当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化．与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．例2　卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片振动时，就将声音信号转换为电信号，下列说法正确的是(　)A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势答案　B解析　当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号，故该传感器是根据电磁感应原理工作的．二、敏感元件的原理1．热敏电阻的特点热敏电阻的电阻率随温度升高而减小并且变化灵敏．2．热敏电阻的用途(1)利用热敏电阻的温度特性来测量温度、控制温度．(2)利用热敏电阻的非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用．3．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件．当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触；当磁力小于簧片的弹力时，两者分开．因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关．例3　在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图2所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是(　)图2A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡答案　D解析　多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，A、B均错；当温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确．例4　关于干簧管，下列说法中正确的是(　)A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管能够感知磁场答案　CD解析　干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选C、D.对传感器的理解1．如图3所示是变隙电感式压力传感器的结构图．它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起．根据变隙电感式压力传感器的结构图分析其工作原理．图3答案　见解析解析　当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力F的作用下产生与压力F大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使铁芯和衔铁之间的