25秋金牌学案物理选修二粤教版学生用书23　第五章　第四节　利用智能手机中的磁传感器研究磁现象(略)　章末综合提升.docxVIP

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*第四节利用智能手机中的磁传感器研究磁现象(略)

主题1传感器的工作原理、常见

敏感元件及其应用

1．传感器的工作原理

传感器是能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置．

其组成框图如下：

被测量敏感元件―→转换元件―

2．光敏电阻

光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转化为电学量．

3．热敏电阻和金属热电阻

金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．

热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转化为电学量．

4．电容器

平行板电容器的电容大小与极板正对面积、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相应的电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．

5．霍尔元件

霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转化成电压这一电学量，霍尔电压UH＝kIBd

【典例1】如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图．

(1)为了通过测量得到图甲所示I-U关系的完整曲线，在图乙和丙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：___________________________________

_____________________________________________________________________．

(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)

(2)在如图丁所示电路中，电源电压恒为9V，内阻不计，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω．由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______V；电阻R2的阻值为________Ω．(结果保留整数)

[听课记录]

对传感器的进一步理解

(1)不同的传感器的原理不同，但都是通过敏感元件把非电学量的变化转变为电学量的变化．

(2)传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等，不一定是电压．

(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分，并不一定就是一个完整的传感器．

主题2传感器在实际问题中的应用

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，如表所示：

传感器种类

敏感元件

与之相联系的物理知识

光电传感器

光敏电阻

直流电路动态分析

温度传感器

热敏电阻

直流电路问题

力传感器

压敏电阻

力学、运动学与直流电路

电容传感器

电容器

力、运动与含电容电路

【典例2】青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．

光敏电阻的阻值随照射光照强度的变化而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，夜晚打开．电磁开关的内部结构如图所示．1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于或等于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA．

(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在下面虚线框中画出电路原理图．

光敏电阻R1，符号

灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号?L

保护电阻R2，符号

电磁开关，符号

蓄电池E，电压36V，内阻不计

开关S，导线若干

(2)回答下列问题：

①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω．

②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如