《實驗 傳感器的簡單應(yīng)用 新課標 人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《實驗 傳感器的簡單應(yīng)用 新課標 人教版（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗 傳感器的簡單應(yīng)用 一、實驗?zāi)康? 1、了解傳感器的工作原理 2、能夠進行簡單的應(yīng)用 3、能處理涉及三種類型傳感器（光電傳感器、熱電傳感器、電容式傳感器）問題 二、實驗原理 傳感器是把非電物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、聲強、光照等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學量（如電壓、電流、電阻、電容等）的一種組件.如圖所示. 非電物理量→傳感器→電學量 其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號. 例如： （1）光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。 它是利用光敏電阻的阻值會隨光照強度的變化而變化的原理制成的；如果是光

2、電管，它是利用在光照的條件下，電子能逸出物體表面的現(xiàn)象制成的. 光電傳感器在實際中有廣泛的應(yīng)用，例如：路燈的控制、光電計數(shù)器、烘手機、遙控器、煙霧報警器、磁帶的自動控制都是利用光電傳感器工作的。 （2）熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號。 熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的。熱電傳感器在實際中有廣泛的應(yīng)用.例如： 各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機）的溫度控制、耳溫機.電路中的無結(jié)點保護（當電源發(fā)生異常時切斷電源，電源正常后又自動恢復(fù)），都是利用熱電傳感器工作的. （3）電容式傳感器把角度、深度、壓力、位移等信號轉(zhuǎn)換成電容. 三、總結(jié)本實驗

3、所用的器材. 鐵架臺、溫度計、燒杯、熱敏電阻、光敏電阻、冷水、熱水、多用電表、小燈泡、學生電源、導(dǎo)線、開關(guān)、電鈴或報警器、光電計數(shù)器、滑動變阻器. 四、實驗過程 1.研究熱敏電阻的熱敏特性. (1)按圖所示連接好電路，多用電表選擇開關(guān)置于“R×100檔”. (2)將熱敏電阻放入有少量冷水并插有溫度計的燒杯中，記下溫度計的示數(shù)和熱敏電阻的阻值. (3)將熱水分幾次注入燒杯中，記下在不同溫度下，熱敏電阻的阻值. (4)實驗結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而_______.（減?。? 2.研究光敏電阻的光敏特性 （1）按下圖所示連接好電路，多用電表選擇開關(guān)置于“R×1 k”檔.

4、(2)先測出小燈泡不發(fā)光時光敏電阻的阻值. (3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光.調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡的亮度由暗變亮，觀察光敏電阻的阻值變化情況. (4)實驗結(jié)論：光敏電阻在光照加強的條件下，其阻值逐漸_______.(減?。? 3.光電計數(shù)實驗 （1）將光電傳感器、小燈泡、計數(shù)器、學生電源按下圖所示電路連接好. (2)接通電源，使小燈泡發(fā)光，照射到光電傳感器上. (3)拿一厚紙板插入光源與光電傳感器之間，每插入一次，計數(shù)器就記下一次，即計數(shù)器開始計數(shù). 4.溫度自動報警實驗 (1)按圖所示將電鈴、繼電器、電源、開關(guān)、滑動變阻器、熱敏電阻連成電路. (2)合上電鍵S，由于熱敏電阻的

5、阻值較大，左側(cè)電路中電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵，電鈴不響.把燒杯中加入熱水，熱敏電阻的阻值減小，左側(cè)電路中電流較強，電磁鐵磁性增強，吸引銜鐵，電鈴電路接通，電鈴發(fā)聲. 5、電容器在傳感技術(shù)中的應(yīng)用 電容器，在無線電中的應(yīng)用是人們所熟知的.此外，人們還利用電容器的電容隨參數(shù)變化而改變的特性，將電容器作為敏感元件，制成電容式傳感器，用于生產(chǎn)和生活中許多非電變化量的自動檢測，這也是電容器眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個重要方面. 電容式傳感器的測量過程是信息的被采集與轉(zhuǎn)換過程.通過敏感元件和配用電路的操作，可以將被測量轉(zhuǎn)換成易于處理和顯示的電信號，從引起電容變化的參量來劃分，電容式傳感器有三種基本

6、類型：（1）變間隙式；（2）變面積式；（3）變介電常數(shù)式. 五、例題分析 圖7-3-8 例1．某學生為測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U． 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，電鍵及導(dǎo)線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)．請完成對該物體質(zhì)量的測量． (1)設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能

7、大，在方框中畫出未完成的測量電路圖． (2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)K，并測出待測物體的質(zhì)量m． (3)請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題． 答案：（1）對力電傳感器的輸入電壓的連接、輸出電壓的測量電路如圖所示，滑線變阻器采用分壓型接法，以滿足電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大的題設(shè)要求。 （2）步驟如下： ①．按所設(shè)計的測量電路將有關(guān)儀器正確地接入電路； ②．閉合電鍵S后，移動滑線變阻器的滑動頭，調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使力電轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0； ③．將質(zhì)量為的砝碼放置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面，穩(wěn)定后讀出此時力電轉(zhuǎn)器的輸出電壓，因為力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與受壓面所受壓力的大

8、小成正比，所以有=kg，∴比例系數(shù) k= U0 /mo g ④．將待測物體放置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓力面，穩(wěn)定后讀出此時力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U ∵U = k m g ∴ mg = ；故只要讀出此時力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U，就可以計算出待測物體的質(zhì)量或重力，也可以對其它形式的力進行測量。 （3）①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。 ②待測物體的質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。 例2、如圖，甲為在10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1=2kΩ，R2 = 1.5kΩ，R3 = 4kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示，當a、b端電壓Uab＜0，電壓鑒別

9、器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當Uab＞0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱．則恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在　　　℃． 解析：從題目給出的條件可知：當a、b之間的電壓Uab= 0即為電熱絲在工作與不工作的臨界狀態(tài)，此時a、b電勢相等．電壓鑒別器中無電流通過。則R1與R3的電壓必相等，R2與Rt兩端電壓勢必相等，因此就有： I1 = I2 ， I3 = I4；I1R1 =I3R3， I2R2 =I4Rt;； ∴ ，由此可算得Rt＝3kΩ．從熱敏電阻的R－t圖像可知Rt＝3kΩ時，溫度為25℃． 思路點撥：本題的關(guān)鍵是從條件推出a、b兩點的臨界電壓為零，并導(dǎo)出

10、純電阻電橋的平衡條件。由此算出臨界狀態(tài)下熱敏電阻的阻值，再通過查R－t圖像的方法推得溫度值． 例3、如圖所示的裝置可以測量飛行器在豎直方向上做勻加速直線運動的加速度。該裝置是在矩形箱子的上、下壁各安裝一個可以測力的傳感器，分別連接兩根勁度系數(shù)相同（可拉伸可壓縮）的輕彈簧的一端，彈簧的另一端都固定在一個滑塊上，滑塊套在光滑豎直桿上?，F(xiàn)將該裝置固定在一個飛行器上，傳感器P在上，傳感器Q在下。飛行器在地面靜止時，傳感器P、Q顯示的彈力大小均為10N。求： ⑴滑塊的質(zhì)量。（地面處的 g =10m/s2） ⑵當飛行器豎直向上飛到離地面R /4高處，此處的重力加速度為多大？（R是地球的半徑）

11、 ⑶若在此高度處傳感器P顯示的彈力大小為F1′=20N，此時飛行器的加速度是多大？ 解：⑴ 設(shè)P、Q顯示的彈力大小分別為F1、F2，根據(jù)滑塊平衡條件可知，F(xiàn)1應(yīng)為拉力，方向應(yīng)向上，F(xiàn)2應(yīng)變支持力，方向向上。所以滑塊質(zhì)量 m g = F1 + F2 = 20 ∴ m = 2 kg . ⑵ 由 mg = 得： g = G∝, ∴ g = ()2 go = ()2 ×10 m/s2 = 1.6 m/s2 ⑶ 彈簧總長度不變，當P傳感器顯示的彈力變?yōu)镕′=20N，即增加10N，亦即上面彈簧的伸長量變?yōu)轱w行器在地面靜止時的兩倍，而下面的彈簧的壓縮量也變?yōu)?/p>

12、原來的兩倍，即 F2′=20N 。 對滑塊應(yīng)用牛頓第二定律： F1′+F2′— mg = m a ∴ a = 18. 4 m/s2 例4、 在科技活動中，某同學利用自制的電子秤來稱量物體的質(zhì)量.圖所示為電子秤的原理圖，托盤和彈簧的電阻與質(zhì)量均不計，滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接，當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零.設(shè)變阻器的總電阻為R，總長度為l，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，限流電阻的阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計一切摩擦和其他阻力，電壓表為理想表，當托盤上放上某物體時，電壓表的示數(shù)為U，求此時稱量物體的質(zhì)量。 解：電子稱的原理圖有甲、乙兩種。因為不計托盤和彈簧的質(zhì)量，

13、所以當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零，此時滑動變阻器的滑動頭正好在最上端。 kx = mg 回路電流強度 設(shè)彈簧奢縮量 x 對應(yīng)部分的電阻R1 = 電壓表的讀數(shù) ： U = I R1 由以上幾式運算得到：U= ∴ m = 六、強化訓練題（6—12） 《傳感器的應(yīng)用及強化訓練題》 1、傳感器是一種采集信息的重要器件，圖示的是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路。當待測壓力F作用于可動膜片電極上時，以下說法中正確的是（ ） ①若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流； ②若F向上壓膜片電極，電路中有從b到

14、a的電流； ③若F向上壓膜片電極，電路中不會出現(xiàn)電流； ④若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變化； ⑤若電流表有示數(shù)，則說前壓力F不發(fā)生變化 A、②④； B、①④； C、③⑤； D、①⑤ 2、傳感器是把非電學量（如速度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應(yīng)用，如圖所示是一種測量液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線與導(dǎo)電液體之間形成一個電容器。從電容大小的變化就能反映液面的升降情況。當測得電容值增大，可以確定h將（ ） A、增大； B、減??； C、不變； D無法確定。 解釋：導(dǎo)電液體相當于電容器的另一個極板

15、，由公式C = εS/ d可知：電容增大時，在介質(zhì)及其厚度均不變時，必然是正對面積增大，所以液面應(yīng)上升。 3、某儀器內(nèi)部的電路如圖所示，其中M是一個質(zhì)量較大的金屬塊，左右兩端分別與金屬絲制作的彈簧相連，并套在光滑水平細桿上，當金屬塊處于平衡時兩根彈簧均處于原長狀態(tài)，此時兩燈都不亮。若將儀器固定在一輛汽車上，則下列說法中正確的是：（ ） （A）當汽車加速前進時，甲燈亮； （B）當汽車加速前進時，乙燈亮； （C）當汽車剎車時，甲燈亮； （D）當汽車剎車時，乙燈亮。 4、如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度，該裝置是在矩形箱子的前、后壁上安裝一個由力敏電

16、阻組成的壓力傳感器，用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2.0kg的滑塊，滑塊可以無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a 、b 上，其壓力大小可直接從傳感器原液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后，汽車靜止時，傳感器a、b的示數(shù)均為10N。（取 g =10m/s2 ⑴若傳感器a的示數(shù)為14N，b的示數(shù)為6.0N，求此時汽車的加速大小如何？ ⑵當汽車以怎樣的加速度運動時，傳感器a的示數(shù)為零。 5、兩上質(zhì)量不計的彈簧將一金屬塊支在箱子的上頂板與下頂板之間，箱子只能沿豎直方向運動，如圖所示。兩彈簧原長均為0.80cm，勁度系數(shù)均為60N /m。當箱子以a

17、= 2.0m/s2 的加速度勻減速上升時，上彈簧的長度為0.70m，下彈簧的長度為0.60m（g取10m/s2 ）。若上頂板壓是下頂板壓力的四分之一，試判斷箱子的運動情況。 6．加速度計是測定物體加速度的儀器，在現(xiàn)代科技中它已成為導(dǎo)彈、飛機、潛艇或宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如圖3所示為應(yīng)變式加速度計的原理示意圖，當系統(tǒng)加速時，加速度計中的敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件下端滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當系統(tǒng)加速時敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。 已知敏感元件的質(zhì)量為m，兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)均為k，電源的電動勢為E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器總電阻為R，有效長度為L，系統(tǒng)靜止時滑片位于

18、滑動變阻器中央，電壓表指針恰好位于表盤中央，求：（1）系統(tǒng)加速度a與電壓表示數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。（2）將電壓表的刻度盤改為加速度的示數(shù)后，其刻度是均勻的，還是不均勻的？為什么？（3）若電壓表的指針指向滿刻度的3/4位置，此時系統(tǒng)處于加速狀態(tài)，還是減速狀態(tài)？加速度的值是多大？（設(shè)向右方向為飛行器前進的方向） 7、有一種角速度計可以測量航天器的轉(zhuǎn)動角速度。其結(jié)構(gòu)如圖所示，角速度計固定在待測裝置上，當裝置繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A在光滑桿上發(fā)生位移并輸出電壓信號，成為航天器制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，自然長度為Lo ，電源的電動勢為E。當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，求電壓表讀

19、數(shù)U與角速度ω的函數(shù)關(guān)系。 8、如圖所示為大型電子地磅電路圖，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計。 不稱物體時，滑片P在A端，滑動變阻器接入電路的有效電阻最大，電流較??；稱重物時，有壓力作用下使滑片P下滑，滑動變阻器有效電阻變小，電流變大，這樣把電流對應(yīng)的重量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重量值。若滑動變阻器上A、B間距離為L，最大阻值等于電阻阻值Ro ，已知兩只彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，所稱重物的重量G與電流大小I的關(guān)系為：（ ） A、G = 2kL—； B、G =2kL +; C、G = + kL； D、 G = K I L 9、如圖所示為某種電子

20、秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線變阻器，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動觸頭，與P1相連的金屬桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿M收保持水平狀態(tài)，金屬細桿與托盤相連，金屬桿所受重力不計。彈簧處于原長時P1剛好指向A端。若P1、P2間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為mo ，電源的電動勢為E，電源的內(nèi)阻忽略不計，信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計。求： ⑴ 托盤上未放物體時，在托盤的自身重力作用下，P1距A端的距離x1 ； ⑵ 在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1距A端的距離x2 ； ⑶ 在托

21、盤上未放物體時通常先校準零點，其方法是：調(diào)節(jié)P2，從而使P1、P2間的電壓為零。校準零點后，將被稱物體放在托盤上。試推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量m與P1、P2間電壓U的函數(shù)關(guān)系。 10、如圖所示一種測量血壓的壓力傳感器在工作時的示意圖．薄金屬片P固定有4個電阻Rl、R2、R3、R4（如圖），左邊是它的側(cè)面圖，這4個電阻連接成電路如圖所示，試回答下列問題： （1）開始時金屬片中央O點未加任何壓力，欲使電壓表無示數(shù)，則4個電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系? （2）當O點加一個壓力F后發(fā)生形變，這時4個電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻大小如何變化? （3）電阻變化后，電路的A、B兩點哪點電壓高?它為什么能測量血

22、壓? 11、（2001年高考物理科研測試卷）將一個動力傳感器接到計算機上，我們就就可以測量快速變化的力．圖中所示就是用這種方法測得的某小滑塊在半球形碗內(nèi)的豎直平面內(nèi)來回滑動時，對碗的壓力隨時間變化的曲線．請分析小滑塊的運動并從這根曲線獲取的各種信息，你能對小滑塊本身及其運動做出哪些推論和判斷？要求陳述得出這些信息以及推論和判斷的論證過程． 12、右圖中的實線所示是某同學利用力傳感器懸掛一砝碼在豎直方向運動時，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況．從圖中可以知道該砝碼的重力約為 N，A、B、C、D四段圖線中砝碼處于超重狀態(tài)的為 ，處于失重狀態(tài)的為 ．

23、13、如圖所示，有的計算機鍵盤的每一個鍵下面都連一小塊金屬片，與該金屬片隔有一定空氣隙的是另一塊小的固定金屬片，這兩塊金屬片組成一個小電容器，其電容可用式C =εS /d計算，式中常量 ε =9×10—12 F·m—1，S為金屬片的正對面積，d為兩金屬片間的距離。當鍵被按下時，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能夠檢測出哪個鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號。設(shè)S＝50mm2，鍵未被按下時d＝0.6mm，如果電容變化了0. 25 pF，電子線路恰能檢測出必要的信號，則鍵至少需要被按下（ ） A、0.45mm； B、0.3mm； C、0.2mm； D、0.15m

24、m。 14、1981年，美國IBM公司發(fā)明了世界上第一臺掃描隧道顯微鏡，在技術(shù)上實現(xiàn)了對單個原子的控制與操作．掃描隧道顯微鏡的探測精度取決于探針長度的控制，一般用壓電陶瓷片來控制探針在原子表面的上下移動．如圖所示，當在壓電陶瓷片z方向兩側(cè)面施加電壓U時，在x方向就產(chǎn)生一個伸長量ΔL，它們之間的關(guān)系是ΔL=kU，其中k為與壓電陶瓷片的材料和形狀有關(guān)的常數(shù)．現(xiàn)有一實驗用壓電陶瓷片，當所加電壓U=1000V時，伸長量為ΔL=2.0×10—4 m，（此時通過壓電陶瓷片的電流幾乎為零）．如果要求壓電陶瓷片的最大伸長量控制在4.0×10-—6m，求： （1）壓電陶瓷片上下兩側(cè)所加電壓的最大值為多大？

25、 （2）若實驗室有一個電動勢為E=24V、內(nèi)阻為r=2．0Ω的電源，一個調(diào)節(jié)范圍為0~100Ω的滑動變阻器，一個量程為0～30V的理想電壓表，另外還有導(dǎo)線及開關(guān)若干．試從以上提供的器材中選擇必須的器材設(shè)計一個測量壓電陶瓷片伸長量的電路，要求該電路能測到壓電陶瓷片的伸長量的最大變化范圍． （3）在你所畫的電路中，滑動變阻器上與壓電陶瓷片并聯(lián)部分的阻值的范圍如何？ 15、（廣州）一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10kΩ，當供電電壓等于24V時能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧. 現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧，黑暗時不產(chǎn)生臭氧，擬用 P R1 一個光敏電

26、阻R1對它進行控制，R1的阻值在光照時為100Ω、黑暗時為1000Ω、允許通過的最大電流為3mA；電源E的電壓為36V、內(nèi)阻不計；另有一個滑動變阻器R2，阻值0—100Ω、允許通過的最大電流為0.4A；一個開關(guān)S和導(dǎo)線若干. 臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如右圖所示. （1）設(shè)計一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母A、B（電路畫在答卷的方框內(nèi)）. （2）滑動變阻器R2兩固定接線柱相距12 cm，滑片與某固定接線柱之間的阻值跟滑片與該接線柱的距離成正比，滑片應(yīng)調(diào)到離圖中A接線柱______cm處(保留一位有效數(shù)字). 16、如圖所

27、示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是： （ ） A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得較低電壓 C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 17、一熱敏電阻阻隨溫度為化的圖象如圖甲所示，請應(yīng)用這一熱敏電阻自行設(shè)計一控制電路，當溫度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時綠色指示燈亮。 給你的器材有；如圖乙所示的繼電器一只（a、b為常閉觸點，c、d為常開觸點、熱敏電阻一只、滑動變阻器一個、紅綠色指示燈各一個，兩個獨立的電池組、開

28、關(guān)兩個、導(dǎo)線若干等。并且請說明滑動變阻器的作用。 18、光電管在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，街道路燈自動控制就是其中應(yīng)用之一。如圖所示的電路為其模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達到日出路燈熄，日落路燈亮的效果。 １9、如圖所示，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成；當用綠光照射圖中光電管陰極K時，可發(fā)生光電效應(yīng)，則以下說法正確的是：（　?。? （A）增大綠光照射強度，光電子最大初動能增大； （B）增大綠光照射強度，電路中的光電流增大； （C）改用波長比

29、綠光波長大的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流； （D）改頻率長比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流。 20、如圖所示為自動水位報警器的示意圖，在水位低于B時，電磁鐵所在的控制電路部分斷路，電磁鐵沒有_______，上面的觸點_______,_______燈亮；當水位升高到B時，電磁鐵所在的控制電路部分接通，電磁鐵有_______，吸引銜鐵，上面的觸點斷開，下面的觸點_______，_______燈亮. 21、(2002年上海高考)如圖所示,為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置的示意圖,A為光源，B為光電接收器,A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D是

30、與C同軸相連的齒輪.車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)光的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后就變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示.若實驗顯示單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量或數(shù)據(jù)是_______；小車速度的表達式為_______；行程的表達式為s=_______. 22、.如圖所示是電阻式溫度計，一般是利用金屬鉑做的，已知鉑絲的電阻隨溫度的變化情況，測出鉑絲的電阻就可以知道其溫度.這實際上是一個傳感器，它是將_______轉(zhuǎn)化為_______來進行測量的. 23、在自動恒溫裝置中，某種半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度的關(guān)系如右圖所示，已知這種材料

31、具有發(fā)熱和控溫雙重功能，下列說法中正確的是 （1）通電前材料的溫度低于t1，通電后，電壓保持不變，它們的功率是 （C） A.先增大后減??； B.先減小后增大； C.達到某一溫度后功率不變； D.功率一直在變化。 （2）若它產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在（ C ） A 、t1 ； B、t2； C、t1到t2的某個溫度上； D、大于t2的某個溫度上 24．某同學在科技活動中，設(shè)計一個實驗裝置來研究彈簧振子的運動規(guī)律，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，當滑塊A在光滑的水平桿上做簡諧運動時，滑塊A發(fā)生位移并帶動P在光滑的電阻絲上運動從而在BC間輸出

32、電壓信號，成為示波器的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k、自然長度為L0，電源電動勢為E、內(nèi)阻不計，光滑電阻絲的總長度為L，電阻分布均勻，D是電阻絲的中點，系統(tǒng)靜止時滑片P在D點，當A做簡諧運動時帶動滑片P在電阻絲上運動。請回答下列問題： （1）當滑塊A做簡諧運動帶動滑片P在光滑電阻絲上運動時，求出在B、C間得到的電壓與滑塊A相對于平衡位置位移x的關(guān)系式。 （2）為了研究彈簧振子的運動規(guī)律，可以用示波器觀察在B、C間得到的電壓信號的變化規(guī)律，請用線將B、C兩點正確連接到示波器相應(yīng)的接線柱上。這時“衰減”旋鈕不能置于“　　　　”，“掃描范圍”不能置于　　　檔。若信號水平方向的幅

33、度過小或過大，應(yīng)該用　　　　旋鈕進行調(diào)整，若信號過于偏于屏幕下方，應(yīng)該用　　　　旋鈕進行調(diào)整。 [參考答案] 1、B 2、A 3、B 4、解：a、 b為壓力傳感器，當a、b的壓力均為10N時，滑塊處于平衡狀態(tài)； ⑴當Fa=14N , Fb = 6 N時，滑塊受到的合力 SF = 8 N = m a ∴ a = 4m./s2 ⑵彈簧的總長度不變，當Fa = 0時， Fb = 20N，滑塊受到的合力SF = 20=ma′∴a = 10m/s2.汽車向左做勻加速直線運動，或向右做勻減速直線運動。 5、解：根據(jù)胡克定律F = kx,設(shè)上彈簧壓力為F1 ，下彈簧壓力為F2，

34、則 F1 = kx1= 60×0.1 N = 6N ; 對滑塊而言向下； F2 = kx2 = 60×0.2N = 12 N. 對滑塊而言向上； 設(shè)向下為正方向，當金屬塊以2.0 m/s2的加速度勻減速上升時，金屬塊受力如圖甲所示，由牛頓第二定律得： mg + F1 —F2 = m a ，10m +6 —12 = 2m ∴ m = 2 kg 彈簧總長度不變，則 L = L1+L2 =1.3 m 當上頂板壓力為下底板壓力的 1/4 時，設(shè)上、下彈簧的壓縮量分別為 x1′、 x2′ 2L0—x1′— x2′=1.3 ， kx1′ = kx2′/ 4 ∴x1′=

35、 0.06 m ； x2′= 0.24 m F1′= kx1′=3.6 N； F2′= kx2′= 14.4 N mg + F1′—F2′= ma ∴ a = －4.4m/s2. 箱子以大小為4.4m/s2的加速度加上升或減速下降。 6、解：⑴飛行器靜止時電壓表讀數(shù)為U0 = E /2，設(shè)此時彈簧均處于自然狀態(tài)，當飛行器加速向右運動時，兩彈簧的形變均為x，則有： 2 kx = ma 由分壓原理，電壓的變化△U = ； 由上兩式可得： a = ⑵因為a — U關(guān)系為線性關(guān)系，所以將電壓表的刻度改為加速值后，其刻度仍然是均勻的。 ⑶ 電壓表指針指向滿刻度的

36、3/4時，用U = 3E/4代入上式得 a = － 。負號表示飛行器向右做勻減速運動。 7、解；當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，對元件A，彈簧的彈力提供做圓周運動的向心力為 k x = mω2 ( Lo+x ) 電壓表的讀數(shù) U = x E /L . 由此解得U與ω的函數(shù)關(guān)系： U = mω2Lo E / (kL— mω2L ) 當x =L時， U = E， ω= [ kL /m(Lo+L) ]1/ 2。上式成立的條件是：ω ＜ [ kL /m (Lo+L) ]1 / 2 8、A 9、解：⑴ mog = kx1 x1 = mg / k ； ⑵ k x2 = m og + mg

37、∴ x2 = (mo +m )/ k ； ⑶ 設(shè)電路中電流為I， 則E = IR ；設(shè)P1、P2間電阻為Rx ，距離為x 。則有 U= IR , , x = x2 —x1 ；解得： m = kL U / gE . 10解：⑴要電壓表的示數(shù)為零，A、B兩點電勢必須相等，則電壓表支路均電流通過，電阻R1、R2、R3、R4的電壓U1、U2、U3、U4滿足關(guān)系： U1= U3 ； U2 =U4。由此可得四個電阻的關(guān)系為R1 /R3 = R2 /R4 ⑵當O點加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上，因此，R1、R4被拉長，R2、R3被拉寬，即R1、R4增大，R

38、2、R3減小。這時A、B兩點電勢不再相等。 ⑶電阻增大，電壓增大，電阻減小，分壓也減小。所以，A點電勢將高于B點電勢，血壓越高，壓力越大，金屬片形變越顯著，電阻變化越大，因而電壓表示數(shù)越大。于是可以根據(jù)電壓表示數(shù)的大小來測量血壓的高低。 11、解： ①小球質(zhì)量m＝59g；②由于振幅很大，小滑塊在碗中近似做周期性振動，但不是簡諧運動；③振動周期t＝2.0s；④由于最大偏角在逐漸減小，小滑塊是做阻尼振動，表明小滑塊運動中受到來自摩擦、空氣等的阻力作用． 12、答案：4.8 ; AD; BC. 13、 解：某個鍵的電容變化了0.25pF時，便被識別出它與其它鍵不同。根據(jù)電容公式 C=得

39、：△C = = 0.25×10—12 F. 解得： △d = 1.5×10—4m = 0.15mm。故答案D正確。 14、[答案]（1）20V （2）略 （3）0～85． 解：⑴高壓陶瓷片的最大伸長量為△Ｌm，對應(yīng)的電壓為Ｕm，由△Ｌ＝k U 得 　?。誱＝ ⑵測量電路如圖所示． ⑶設(shè)壓電陶瓷片上所加的電壓為２０Ｖ時，滑動變阻器與壓電陶瓷片并聯(lián)部分的電阻值為Ｒx ,由分壓原理得： 　　　∴Ｒx = 85W Rx的取值范圍是：０～85W. 15、答案：（1）電路如框圖所示（4分）（2）8（對應(yīng)右圖，4分） 16、BD 17、解：⑴設(shè)計的控制電路如圖所示。

40、⑵此方案中滑動變阻器的作用：主要是通過調(diào)節(jié)滿足對熱敏電阻的要求。說明：滑動變阻器作分壓式連接正確同樣給分。、 18題答案：連線如圖所示。 19、答案：BD 20、解：.磁性 閉合 綠 磁性 閉合 紅. 21、解析：本題是有關(guān)光電計數(shù)器在實際生活中的具體應(yīng)用.D上的每一個齒輪經(jīng)過光源A和光電接收器之間的空隙時，光就被遮擋一次，就在光電接收器中記下一個光電脈沖，若車輪半徑為R，D上齒輪的齒數(shù)為P，則單位時間內(nèi)車輪行駛的距離為s0= =,即車速為v=，汽車總行駛路程（行程）為s，則s=·2πR=，故要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量是車輪的半徑R和齒 輪的齒數(shù)P.

41、 v= ； 22、解：.溫度 電阻。 23、⑴C； ⑵C 24、解：（1） （2）B點接示波器y輸入，C點接示波器的地接線柱?！啊蕖?，“外x”，“x增益旋鈕”，“豎直位移旋鈕” 備課資料一、電容器在傳感技術(shù)中的應(yīng)用 電容器，在無線電中的應(yīng)用是人們所熟知的.此外，人們還利用電容器的電容隨參數(shù)變化而改變的特性，將電容器作為敏感元件，制成電容式傳感器，用于生產(chǎn)和生活中許多非電變化量的自動檢測，這也是電容器眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個重要方面. 電容式傳感器的測量過程是信息的被采集與轉(zhuǎn)換過程.通過敏感元件和配用電路的操作，可以將被測量轉(zhuǎn)換成易于處理和顯示的電信號，其轉(zhuǎn)換過程大致如下

42、： 待測變化量電容變化量電壓（或電流或頻率）變化量. 從引起電容變化的參量來劃分，電容式傳感器有三種基本類型：（1）變間隙式；（2）變面積式；（3）變介電常數(shù)式. 變間隙測位移原理 變面積測角度原理 變介電常數(shù)測液位原理 下面就分別簡單地介紹一下它們的工作原理及應(yīng)用. （一） 對平板電容器，不考慮邊緣效應(yīng)時有C=，其中ε為介質(zhì)介電常數(shù)，A為極板面積，d為極板間隙. 在變間隙式電容傳感器中，當敏感元件的其他參數(shù)不變而d隨有線位移的被測體同步變化時，C是間隙改變量Δd的單值函數(shù). 為了提高靈敏度及減小測量誤差，實際應(yīng)用中，變間隙式傳感器多采用一種有中間活動極板的電容器作敏感

43、元件，如圖3（a）所示.圖3（b）為原理圖. 圖3 當活動極板在平衡位置時，有 d1=d2=d0;C1=C2=C0= 設(shè)活動極板由于被測體的移動有向下位移Δd時， d1=d0+Δd,使得C1減少，C1=C0-C1 C1==C0 d2=d0-Δd,使得C2增加，C2=C0+ΔC2 C2==C0 在有效測量范圍內(nèi)，總有Δdd0，利用臺勞級數(shù)展開C1、C2，有 C1=C0［1-+()2-()3+…］ C2=C0［1++()2+()3+…］ 則敏感元件總的電容變化量與極板間隙的變化量關(guān)系為： C2-C1=ΔC2-ΔC1=2C0[1+（）2+(）4+…］ 這是一個非線性的

44、表達式. 如前所述，傳感器中，由于電容變化量不容易顯示，利用配用電路，可將電容變化量轉(zhuǎn)換為電壓信號. 將有活動極板電容C1、C2（如圖4所示）作為配用電路的相鄰橋臂時，就可以將電容的變化（實際反映的是位移的變化）轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌虻妮敵鲭妷篣0，現(xiàn)分析如下： 當C1=C2=C0時，電橋處于平衡狀態(tài)，U0=0.當C1、C2如圖變化時，由電路計算可知： U0=UA-UB=U-U =U=U 利用ΔC2-ΔC1表達式及C1、C2展開式 U0=U U為電源電壓 可見，敏感元件本身對位移的轉(zhuǎn)換雖然是非線性的，但是通過電容器在橋路中的接法——被稱之為差動接法，最終轉(zhuǎn)換的輸出信號卻是線性的結(jié)果.這也

45、是為何采用差動接法的原因了. 變間隙式一般測量位移的范圍小，大約在零點零幾微米到零點幾微米之間. （二）變面積測角度原理 圖5為變面積式傳感器的一種結(jié)構(gòu)形式以及極板形狀.當差動電容的活動極板隨被測物體轉(zhuǎn)動時，就改變了它與兩個固定極板之間的有效面積，使得上下兩個等效電容發(fā)生大小相等，極性相反的變化.此時待測非電量為角位移. 設(shè)活動極板在初始位置時對上、下兩固定極板完全對稱，有C0=·Q0，Q0為初始位置時角度. 當有角位移ΔQ變化時， ΔC=ΔC1-ΔC2=2×ΔQ=2C0 即電容變化為角度的單值函數(shù)，且為線性. （三）變介電常數(shù)測液位原理 變介電常數(shù)式傳感器，利用被測物體的

46、介質(zhì)的變化，將液位變化轉(zhuǎn)變成電容的變化來測量. 圖6為變介電常數(shù)式圓筒電容傳感器示意圖及等效電路圖. 圖6 利用圓柱面的軸對稱性及高斯定律，可求出圓柱面電容器的電容一般表達式為： C= l為柱長 圓筒電容器的等效電路相當于三個電容并聯(lián)， C1為不隨液面高度變化的雜散電容（包括導(dǎo)線分布電容） C2為液面上部介質(zhì)常數(shù)為εr0的電容 C2= C3為介質(zhì)常數(shù)為εr1的液體的電容， C3= 總的等效電容為 C=C1+C2+C3=C1+［εr0H+(εr1-εr0)h］. 令C1+H=C0 表示圓筒電容器的電容初始值. 又令 (εr1-εr0)=K為靈敏系數(shù). 在數(shù)值

47、上K==，其物理意義為電容相對被測液面高度變化的改變速率. 表示式 C=C0+Kh 給出了圓筒電容與液面高度變化的線性關(guān)系. （四）電容式傳感器的特點及發(fā)展 電容式傳感器不僅能測位移、角度、液位，還能測量諸如振動、加速度、荷重等其他物理量.與其他傳感器相比，其結(jié)構(gòu)相對簡單，靈敏度較高，無自熱現(xiàn)象，動態(tài)響應(yīng)好，環(huán)境適應(yīng)能力強及過載能力強等特點，使其在檢測中應(yīng)用廣泛.但電容式傳感器中分布電容的影響會造成工作狀態(tài)的不穩(wěn)定和誤差，這是限制電容式傳感器應(yīng)用的主要障礙. 研究表明，改進傳感器的關(guān)鍵在于配用電路.近年來，對傳統(tǒng)電容式傳感器的改進主要有幾種途徑： 1.利用微機控制系統(tǒng)參與對輸入傳

48、感器的信息進行處理，以提高抗干擾性能； 2.采用電荷及電壓平衡式零位測量方式，抑制分布電容對測量的影響； 3.將傳統(tǒng)分立元件電路用集成功能電路代替，以提高可靠性和性價比. 相信隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，電容式傳感器將會以更新的結(jié)構(gòu)和更好的性能，應(yīng)用于檢測領(lǐng)域. 備課資料二、熱敏電阻和光敏電阻 由于溫度變化會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化，人們根據(jù)這一特性用半導(dǎo)體材料 制成的電子元件（電阻）稱為熱敏電阻.熱敏電阻分兩類，根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度增加與降低分為NTC（negative temperature coefficient——負溫度系數(shù)元件的簡寫）熱敏電阻和PTC(positiv

49、e temperature coefficient——正溫度系數(shù)元件的簡寫)熱敏電阻.PTC熱敏電阻的特性如圖所示，其在現(xiàn)實生活中的作用和應(yīng)用為： 1.電器過流過熱的保護，主要應(yīng)用在電腦、電視機、吹風機、熱水機、飲水器； 2.照明延時； 3.消磁器，主要用于電視機的消磁電路； 4.啟動器，用于空調(diào)、冰箱. NTC熱敏電阻的作用和應(yīng)用為： 1.家用電器，如應(yīng)用于電飯鍋、干燥箱的溫度傳感器上； 2.電子禮品，如電子萬年臺歷； 3.工業(yè)上，如應(yīng)用于醫(yī)藥、化工生產(chǎn)設(shè)備中的溫度傳感器上； 4.電池充電器等. 從圖1中的R-T特性曲線我們可以看出：熱敏電阻既有其電阻值隨溫度按一定規(guī)律線性變化的特點，又有在特定的溫度下（這個溫度稱為居里溫度）浪涌的特性.在現(xiàn)實生活中人們正是利用了熱敏電阻的這一特性. 由于光照從而使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化，根據(jù)這一特性由半導(dǎo)體材料制成的電子元件（電阻）稱為光敏電阻.光敏電阻的性能如圖2所示，在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用為： 圖2 1.照相機的自動測光；2.工業(yè)控制；3.光電控制；4.光控開關(guān)；5.電子玩具；6.報警器等. 由圖2可以看出：光敏電阻的電阻值隨著光照強度的增加呈明顯的下降趨勢.