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2019-2020年高中物理第三章傳感器第12節(jié)傳感器溫度傳感器和光傳感器教學(xué)案教科版選修3 1.傳感器通常是把被測的非電信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置。它一般由敏感元件和處理電路組成。 2．敏感元件是傳感器的重要組成部分，它可以分為如下三類：物理類、化學(xué)類、生物類。 3．溫度傳感器有熱雙金屬片溫度傳感器、金屬熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器等。 4．光傳感器是測量光信號的傳感器，實現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化。 一、傳感器 1．定義 把被測的非電信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置。 2．組成 一般由敏感元件和處理電路組成。 (1)敏感元件：將要測量的非電信息變換為易于測量的物理量，形成電信號的元件。 (2)處理電路：將敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)變成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量的電路。 3．敏感元件的原理 (1)物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應(yīng)。 (2)化學(xué)類：基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 (3)生物類：基于酶、抗體和激素等分子識別功能。 二、溫度傳感器 1．分類 (1)熱雙金屬片溫度傳感器。 (2)熱電阻傳感器。 (3)熱敏電阻傳感器。 ①NTC型：電阻值隨溫度升高而減小。 ②PTC型：電阻值隨溫度升高而增大。 2．作用 將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化，通過測量傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化來實現(xiàn)溫度的測量。 3．熱敏電阻的熱敏特性 (1)實驗探究 ①實驗器材：熱敏電阻(正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù))、燒杯、水、酒精燈、歐姆表、開關(guān)、溫度計。 ②實驗裝置：如圖311所示。 圖311 ③實驗過程及數(shù)據(jù)處理：用酒精燈加熱，測出水中各溫度下歐姆表的讀數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)繪出Rt圖像。 (2)實驗結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。 三、光傳感器 1．原理 某些金屬或半導(dǎo)體材料，在電路中受到光照時，產(chǎn)生電流或電壓，實現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化。 2．作用 感知光線的變化或場景的變換，使“機(jī)器”作出反應(yīng)。 3．應(yīng)用 (1)光電式煙塵濃度計 圖312 (2)光電式轉(zhuǎn)速表 圖313 1．自主思考——判一判 (1)傳感器就是指敏感元件。() (2)傳感器能把電信號轉(zhuǎn)換成非電信號。() (3)家庭用的電視機(jī)遙控器屬于紅外線遙控。(√) (4)有光照射時，光敏電阻的阻值變大。() (5)熱敏電阻在溫度升高時阻值變小。(√) (6)金屬熱電阻在溫度升高時阻值變小。() 2．合作探究——議一議 (1)將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量有何意義？ 提示：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。 (2)醫(yī)院里給病人測體溫時，使用一種先進(jìn)的非接觸式紅外測溫儀，這種測溫儀使用了溫度傳感器還是光傳感器？與傳統(tǒng)測溫儀相比，它有什么優(yōu)點？ 提示：使用了紅外線傳感器即光傳感器，與傳統(tǒng)測溫儀相比，它有如下優(yōu)點： 第一：可以遠(yuǎn)距離測量，不必接觸被測人體，避免交叉感染。 第二：可以立即獲取溫度數(shù)據(jù)。 (3)熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而下降？ 提示：不是。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度升高時電阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度升高時電阻值減小。 對傳感器的理解 1．傳感器的結(jié)構(gòu)框圖 2．傳感器的分類 物理型傳感器 化學(xué)型傳感器 生物型傳感器 敏感元件 被測物理量變化時，敏感元件的電學(xué)量(如電阻、電壓、電容等)會發(fā)生明顯變化 敏感元件能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 工作原理 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測出相關(guān)的信息 利用化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信息 利用生物體組織的各種生物、化學(xué)與物理效應(yīng)識別和檢測信息 實例 如電容傳感器、電感傳感器、光電傳感器、壓電傳感器等 如氣敏傳感器、濕敏傳感器等 如免疫傳感器、抗原抗體傳感器、酶傳感器等 1．當(dāng)你走近某些賓館、酒店的大門時，門就會自動為你打開；當(dāng)你走進(jìn)門之后，門又在你身后自動關(guān)上。你覺得這可能是將下列哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息(　　) A．溫度　　　　　　　　 　B．運動 C．人 D．光線 解析：選D　自動門的自動控制要求靈敏、可靠，若以溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動門將無法使用。自動門實際使用的是紅外線傳感器，紅外線不屬于可見光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動控制裝置的電動機(jī)，實現(xiàn)自動開、關(guān)門。故選項D正確。 2. (多選)如圖314所示，干簧管放在磁場中時兩個舌簧能被磁化。關(guān)于干簧管，下列說法正確的是(　　) 圖314 A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用 B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的 C．干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用 D．干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的 解析：選CD　干簧管能感知磁場，因為兩個舌簧由軟磁性材料制成，當(dāng)周圍存在磁場時，兩個舌簧被磁化，就會相互吸引，所以是作開關(guān)來使用、作為控制元件以實現(xiàn)自動控 制的。 3．有一種叫含羞草的植物，只要用手指輕輕一觸它的葉子，葉子便會馬上卷起來。它能否作為生物傳感器使用？為什么？ 解析：傳感器是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置。含羞草能感知到輕微的振動，并作出較大的反應(yīng)，卷起葉子，如果將含羞草的這種反應(yīng)進(jìn)行拾取，再轉(zhuǎn)換成電信號并用于控制，則含羞草可以作為生物傳感器使用。 答案：見解析 溫度傳感器的理解及應(yīng)用 1．熱雙金屬片溫度傳感器 原理 利用了不同金屬材料的熱膨脹系數(shù)不同 結(jié)構(gòu) 將兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片焊接或軋制成為一體 應(yīng)用 ①控制電路的通斷　②用在溫度控制裝置中 ③保護(hù)電機(jī) 2．熱電阻傳感器 原理 利用了金屬的電阻隨溫度的變化而變化。R＝R0(1＋θt)，其中θ為溫度系數(shù)，R0為t＝0 ℃時導(dǎo)體的電阻 特點 ①性能穩(wěn)定　②可在較大的溫度范圍內(nèi)工作 應(yīng)用 ①測溫?、跍y流體的流量 3．熱敏電阻 分類 ①負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)：電阻值隨溫度升高而減小。 ②正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)：電阻值隨溫度升高而增大。 特點 對溫度變化的響應(yīng)敏感、靈敏度高 應(yīng)用 測溫、溫度控制或過熱保護(hù) [典例]　半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，經(jīng)常利用半導(dǎo)體的這一特性來制作傳感器，如圖315所示是一火警報警器的部分電路示意圖，其中R3為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器。值班室的顯示器為電路中的電流表，a、b之間接報警器。當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) 圖315 A．I變大，U變大 B．I變大，U變小 C．I變小，U變小 D．I變小，U變大 [思路點撥]　根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點及閉合電路的歐姆定律進(jìn)行動態(tài)分析。 [解析]　當(dāng)出現(xiàn)火情時，熱敏電阻R3的阻值減小，則外電路總電阻減??；由閉合電路歐姆定律可知，電路中總電流將增大；由U＝E－Ir可知，路端電壓減小，則圖中報警器兩端的電壓U將減??；因總電流增大，則R1兩端的電壓增大，并聯(lián)部分的電壓減小，則可知流過R2中的電流I減小，故選項C正確。 [答案]　C 根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特點，利用串、并聯(lián)電路的動態(tài)分析思路，可解此類問題，熱敏電阻相當(dāng)于滑動變阻器(可變電阻)。　　　　 1. (多選)如圖316所示，電源內(nèi)阻不可忽略，R1為半導(dǎo)體熱敏電阻，它的電阻隨溫度的升高而減小，R2為錳銅合金制成的可變電阻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)燈泡L的亮度逐漸變暗時，可能的原因是(　　) 圖316 A．R1的溫度逐漸降低 B．R1的溫度逐漸升高 C．R2的阻值逐漸減小 D．R2的阻值逐漸增大 解析：選AC　當(dāng)R1的溫度逐漸降低時，電阻增大，所以總電阻增大，總電流就減小，電源內(nèi)阻所占電壓減小，并聯(lián)部分電壓增大，所以通過R2的電流變大，而總電流減小，所以通過燈泡的電流減小，故A正確，B錯誤；當(dāng)R2的阻值逐漸增大時，總電阻增大，總電流就減小，電源內(nèi)阻所占電壓減小，并聯(lián)部分電壓增大，所以通過燈泡L的電流就增大，反之，若R2的阻值逐漸減小，則通過燈泡L的電流減小，故D錯誤，C正確。 2.如圖317所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(　　) 圖317 A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? 解析：選C　R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時，R2電阻增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項均錯。 光傳感器的理解及應(yīng)用 [典例]　如圖318所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED的距離不變，下列說法正確的是(　　) 圖318 A．當(dāng)滑片P向左移動時，燈泡消耗的功率增大 B．當(dāng)滑片P向左移動時，燈泡消耗的功率減小 C．當(dāng)滑片P向右移動時，燈泡消耗的功率可能不變 D．無論怎樣移動滑片P，燈泡消耗的功率都不變 [思路點撥]　解答本題時應(yīng)弄清以下兩點： (1)發(fā)光二極管發(fā)光的強(qiáng)度與通過發(fā)光二極管的電流大小的關(guān)系； (2)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)弱變化的特點。 [解析]　當(dāng)滑片P向左移動時，滑動變阻器接入電路的電阻減小，流過發(fā)光二極管的電流增大，發(fā)光二極管發(fā)出的光增強(qiáng)，光敏電阻的阻值減小，流過燈泡的電流增大，燈泡消耗的功率增大，選項A正確，B錯誤；當(dāng)滑片P向右移動時，發(fā)光二極管所在支路的電阻增大，電流減小，發(fā)光二極管發(fā)出的光減弱，光敏電阻的阻值增大，流過燈泡的電流減小，燈泡消耗的功率減小，選項C、D錯誤。 [答案]　A (1)在光傳感器中將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的敏感元件是光敏電阻。 (2)光敏電阻是由半導(dǎo)體材料做成的，其電阻值隨光照強(qiáng)度的增大而明顯減小，因此光敏電阻阻值的變化可以反映光照強(qiáng)弱。　　　　 1．(多選)計算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤時，激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計算機(jī)顯示出相應(yīng)信息。光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖如圖319所示，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(　　) 圖319 A．當(dāng)有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得低電壓 B．當(dāng)有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓 C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次 解析：選BD　當(dāng)光敏電阻有光照射時，電阻減小，故當(dāng)有光照射R1時，R1減小，則電阻R2上的電壓變大，故處理系統(tǒng)獲得高電壓，選項B正確，A錯誤；信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次，故C錯，D正確。 2.在如圖3110所示的電路中，E為電源，其內(nèi)阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，R1、R2為定值電阻，R3為光敏電阻，其阻值大小隨所受照射光強(qiáng)度的增大而減小，○為理想電壓表。若將照射R3的光的強(qiáng)度減弱，則(　　) 圖3110 A．電壓表的示數(shù)變大 B．小燈泡消耗的功率變小 C．通過R2的電流變小 D．電源內(nèi)阻的電壓變大 解析：選B　光敏電阻光照減弱，故光敏電阻的阻值增大，電路中的總電阻增大；由閉合電路歐姆定律可得，電路中電流減小，故R1兩端的電壓減小，故A錯誤；由并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，流過燈泡的電流一定減小，故由P＝I2R可知，小燈泡消耗的功率變小，故B正確；因電路中電流減小，故電源內(nèi)阻的電壓減小，路端電壓增大，同時R1兩端的電壓減小，故并聯(lián)電路部分電壓增大；則流過R2的電流增大，故C、D錯誤。 電容式傳感器的原理及應(yīng)用 1．原理 電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。 2．應(yīng)用 用來測定角度θ的電容式傳感器 當(dāng)動片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況 測定液面高度h的電容式傳感器 在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時，引起正對面積S發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況 測定壓力F的電容式傳感器 待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況 是測定位移x的電容式傳感器 隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況 [典例]　如圖3111甲所示是某同學(xué)設(shè)計的電容式速度傳感器原理圖，其中上板為固定極板，下板為待測物體。在兩極板間電壓恒定的條件下，極板上所帶電荷量Q將隨待測物體的上下運動而變化。若Q隨時間t的變化關(guān)系為Q＝(a、b為大于零的常數(shù))，其圖像如圖乙所示，那么圖丙、圖丁中能反映極板間場強(qiáng)大小E和物體的速率v隨時間t變化的圖線可能是(　　) 圖3111 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ [解析]　因為兩極板間電壓恒定，由Q＝CU和極板上所帶電荷量Q隨時間t的變化關(guān)系可知，電容C隨時間t變化的關(guān)系類似于電荷量Q隨時間t的變化關(guān)系，而帶電平行板之間的電場強(qiáng)度E與平行板上的帶電荷量Q成正比，所以圖丙所示中反映極板間電場強(qiáng)度大小E的圖線可能是②；由Q＝和Q＝CU可知，C∝，又平行板電容器的電容C與兩極板之間的距離d成反比，所以d∝(t＋a)，因此物體的速率v隨時間t變化的圖線可能是圖丁中的③。故正確選項為C。 [答案]　C 求解含傳感器的電路時，首先必須弄清楚傳感器的工作原理，其次要看懂電路結(jié)構(gòu)，在討論動態(tài)變化的時候，關(guān)鍵是抓住不變量，結(jié)合公式C＝及C＝綜合分析?！　　　? 1.如圖3112所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜表面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，金屬板和振動膜上的金屬層構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其他量發(fā)生變化，聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器(　　) 圖3112 A．兩板間的距離變化 B．兩板的正對面積變化 C．兩板間的介質(zhì)變化 D．兩板間的電壓變化 解析：選A　振動膜前后振動，金屬層和金屬板之間的距離發(fā)生變化，導(dǎo)致電容變化，故A正確。振動膜前后振動，金屬層和金屬板正對面積沒有變化，故B錯誤。金屬層和金屬板之間電介質(zhì)是空氣，沒有變化，不會導(dǎo)致電容變化，故C錯誤。電容與電壓無關(guān)，電壓的變化不會導(dǎo)致電容變化，故D錯誤。 2.傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖3113是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路，當(dāng)待測壓力作用于膜片電極上時，下列說法中正確的是(　　) 圖3113 ①若F向下壓膜片電極，電路中有從a到b的電流； ②若F向下壓膜片電極，電路中有從b到a的電流； ③若F向下壓膜片電極，電路中不會有電流產(chǎn)生； ④若電流表有示數(shù)，說明壓力F發(fā)生變化； ⑤若電流表有示數(shù)，說明壓力F不會發(fā)生變化。 A．②④　　　　　　　 　B．①④ C．③⑤ D．①⑤ 解析：選A　在電容器、電流表和電源串聯(lián)成閉合電路中，電容器兩極板間電壓U不變，當(dāng)F向下壓膜片電極時，電容器極板間距d變小，由C＝知，電容器電容C變大，根據(jù)Q＝CU知，極板帶電量將增大，電容器充電，電路中有從b到a的電流，說法②正確；若電流表有示數(shù)，說明電容器有充放電，極板帶電量發(fā)生變化，根據(jù)Q＝CU知，電容器電容C發(fā)生變化，從而判斷出作用在可動膜片電極上的壓力F發(fā)生變化，說法④正確。故A項正確。 3．圖3114為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路。當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)。在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)(　　) 圖3114 A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不動 D．向左偏到某一刻度后不動 解析：選A　壓力F作用時，極板間距d變小，由C＝知電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU得，極板帶電量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流表中有由正接線柱流入的電流，所以指針將向右偏，充電結(jié)束后，指針回到零刻度，A正確。 1．下列關(guān)于傳感器的說法正確的是(　　) A．話筒是一種常用的傳感器，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號 B．在天黑樓道里出現(xiàn)聲音時，樓道里的燈才亮，說明它的控制電路中只有聲音傳感器 C．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電阻大小變化 D．電子秤中所使用的測力裝置是溫度傳感器 解析：選C　話筒是一種常用的傳感器，其作用是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，故A錯誤。在天黑樓道里出現(xiàn)聲音時，樓道里的燈才亮，說明它的控制電路中既有聲音傳感器，又有光傳感器，故B錯誤。光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電阻大小變化，故C正確。電子秤中所使用的測力裝置是壓力傳感器，故D錯誤。 2．下列應(yīng)用了溫度傳感器的是(　　) A．商場里的自動玻璃門 B．夜間自動打開的路燈 C．自動恒溫冰箱 D．樓梯口在夜間有聲音時就亮的燈 解析：選C　商場里的自動玻璃門是應(yīng)用了紅外線傳感器，A錯誤；夜間自動打開的路燈是利用了光傳感器，B錯誤；自動恒溫冰箱是利用了溫度傳感器，C正確；夜間有聲音時就亮的樓梯燈是利用了聲音傳感器，D錯誤。 3.如圖1所示，在電路中接一段鎢絲，閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時燈泡亮度明顯變暗，根據(jù)鎢絲的上述特性，可用鎢絲來制作一個溫度傳感器，下面的說法中不正確的是(　　) 圖1 A．該傳感器利用了鎢絲的物理性質(zhì) B．該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的特性 C．該傳感器能夠把熱學(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電阻) D．該傳感器能夠把電學(xué)量(電阻)轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量(溫度) 解析：選D　由題目中的實驗現(xiàn)象可知，鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，利用該特性可以制成溫度傳感器，傳感器能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。故A、B、C正確，D錯誤。 4．(多選)已知磁敏電阻在沒有磁場時電阻很小，有磁場時電阻變大，并且磁場越強(qiáng)阻值越大，為探測磁場的有無，利用磁敏電阻作為傳感器設(shè)計了如圖2所示電路，電源的電動勢E和內(nèi)阻r不變，在沒有磁場時調(diào)節(jié)變阻器R使電燈L正常發(fā)光，若探測裝置從無磁場區(qū)域進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū)，則(　　) 圖2 A．電燈L變亮　　　　　 　B．電燈L變暗 C．電流表示數(shù)減小 D．電流表示數(shù)增大 解析：選AC　探測裝置從無磁場區(qū)進(jìn)入強(qiáng)磁場區(qū)時，電阻變大，則電路的總電阻變大，根據(jù)I＝可知總電流變小，所以電流表的示數(shù)減小，根據(jù)U＝E－Ir，可知I減小，U增大，所以燈泡兩端的電壓增大，所以電燈L變亮，故A、C正確。 5. (多選)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖3是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片電極上時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么(　　) 圖3 A．當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小 B．當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將增大 C．若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D．若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 解析：選BC　當(dāng)F向上壓膜片電極時，板間距離減小，由電容的決定式C＝得到，電容器的電容將增大，故A錯誤，B正確。當(dāng)F變化時，電容變化，而板間電壓不變，由Q＝CU，故帶電荷量Q發(fā)生變化，電容器將發(fā)生充、放電現(xiàn)象， 回路中有電流，電流計有示數(shù)。反之，電流計有示數(shù)時，壓力F必發(fā)生變化。故C正確，D錯誤。 6．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖4甲中，電源的電動勢E＝9.0 V，內(nèi)電阻可忽略不計；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值R隨溫度t的變化關(guān)系如圖乙的Rt圖線所示。閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時，電流表的示數(shù)I1＝2 mA，當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6 mA時，熱敏電阻R的溫度是(　　) 圖4 A．60 ℃ B．120 ℃ C．100 ℃ D．240 ℃ 解析：選B　由圖乙查得，當(dāng)溫度等于20 ℃時，R的阻值為R1＝4 kΩ。 當(dāng)電流表示數(shù)為I1＝2 mA時，E＝I1(Rg＋R1)， 當(dāng)電流表示數(shù)為I2＝3.6 mA時，設(shè)熱敏電阻R的阻值為R2，則E＝I2(Rg＋R2)， 解得Rg＝0.5 kΩ，R2＝2 kΩ。 由圖乙查得，當(dāng)R的阻值為R2＝2 kΩ時，溫度等于120 ℃。故B對。 7.如圖5所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，該電路中右側(cè)固定不動的金屬板b與能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個電容器，a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若聲源S做簡諧運動，則(　　) 圖5 A．a(chǎn)振動過程中，a、b板間的電場強(qiáng)度不變 B．a(chǎn)振動過程中，a、b板間所帶電荷量不變 C．a(chǎn)振動過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流 D．a(chǎn)向右的位移最大時，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大 解析：選D　由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓U保持不變，根據(jù)場強(qiáng)E＝，C＝可判斷A錯、D對。再由Q＝CU可知，B錯。由于Q變化，電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，C錯。 8. (多選)如圖6所示，Rt為熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，V為理想電壓表，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是(　　) 圖6 A．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 C．光照減弱，其他條件不變 D．光照增強(qiáng)，其他條件不變 解析：選AC　熱敏電阻溫度升高，其阻值減小，外電路的總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小，則通過光敏電阻的電流減小，則通過R3的電流增大，電壓表的示數(shù)增大，A正確；熱敏電阻溫度降低時，其阻值增大，外電路總電阻增大，總電流減小，路端電壓隨之增大，通過光敏電阻的電流增大，所以通過熱敏電阻的電流減小，電壓表的示數(shù)減小，B錯誤；光照減弱，光敏電阻的阻值增大，外電路總電阻增大，路端電壓增大，則電壓表的示數(shù)增大，C正確；光照增強(qiáng)，光敏電阻的阻值減小，外電路總電阻減小，路端電壓減小，則電壓表的示數(shù)減小，D錯誤。 9. (多選)霍爾式位移傳感器的測量原理如圖7所示，有一個沿z軸方向均勻變化的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝B0＋kz(B0、k均為常數(shù))。將霍爾元件固定在物體上，保持通過霍爾元件的電流I不變(方向如圖)，當(dāng)物體沿z軸正方向平移時，由于位置不同，霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢差U也不同。則(　　) 圖7 A．B越大，上、下表面的電勢差U越大 B．k越大，傳感器靈敏度越高 C．圖中霍爾元件的上板電勢可能比下板電勢高 D．電流越大，上、下表面的電勢差U越小 解析：選ABC　電流強(qiáng)度不變就是電荷定向運動的速度v保持不變，最后導(dǎo)體內(nèi)部的帶電粒子受到的電場力與洛倫茲力相等，即Bqv＝Eq，最終上下兩板間的電勢差U＝Ed＝Bdv，因此B越大，上、下表面的電勢差U越大，A正確；電流大，表示電荷運動的速度越大，U也越大，D錯誤；而傳感器靈敏度＝kdv，因此k越大，傳感器靈敏度越高，B正確；當(dāng)導(dǎo)電的電荷為正電荷時，根據(jù)左手定則，可知下極板電勢高，當(dāng)導(dǎo)電的電荷為負(fù)電荷時，可知下極板電勢低，C正確。 10．(多選)有一種測量人體重的電子秤，其原理如圖8虛線內(nèi)所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實質(zhì)是理想電流表)。設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計，已知理想電流表的量程為3 A，電源電動勢為12 V，內(nèi)阻為2 Ω，電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R＝30－0.02 F(F和R的單位分別是N和Ω)。下列說法正確的是(　　) 圖8 A．該秤能測量的最大體重是1 400 N B．該秤能測量的最大體重是1 300 N C．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.375 A處 D．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.400 A處 解析：選AC　因為理想電流表的量程為3 A，所以電路中允許的最大電流為3 A，因此根據(jù)閉合電路歐姆定律，壓力傳感器的最小電阻應(yīng)滿足R＋2＝，R最小為2 Ω，代入R＝30－0.02F，求出最大F＝1 400 N，A正確，B錯誤；當(dāng)F＝0時，R＝30 Ω，這時電路中的電流I＝ A＝0.375 A，C正確，D錯誤。 11．某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性?，F(xiàn)用直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導(dǎo)線連成如圖9所示的實物圖。 圖9 (1)實驗的主要步驟： ①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電 流值； ②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，________，________，斷開開關(guān)。 ③重復(fù)第②步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù)。 (2)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖10所示的Rt關(guān)系圖線，請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt關(guān)系式：R＝________＋________ t(Ω)(保留3位有效數(shù)字)。 圖10 解析：(1)因本實驗是探究熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，所以實驗需要測出熱敏電阻的阻值及相應(yīng)的溫度，熱敏電阻的阻值用R＝間接測量，故需要記錄的數(shù)據(jù)是溫度計的示數(shù)和電壓表的示數(shù)。 (2)設(shè)熱敏電阻R＝R0＋kt，k＝＝0.400。由圖乙知，溫度為10 ℃時，熱敏電阻R＝104 Ω，則R0＝R－kt＝(104－0.40010)Ω＝100 Ω，所以R＝100＋0.400t(Ω)。 答案：(1)記錄溫度計的示數(shù)　記錄電壓表的示數(shù) (2)100　0.400 12．在開展研究性學(xué)習(xí)的過程中，某同學(xué)設(shè)計了一個利用線圈測量轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的裝置，如圖11所示，在輪子的邊緣貼上一個小磁體，將小線圈靠近輪邊放置，接上數(shù)據(jù)采集器和電腦(即DIS實驗器材)。如果小線圈的面積為S，匝數(shù)為N，小磁體附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值為B，小線圈所在回路的總電阻為R，實驗發(fā)現(xiàn)，輪子轉(zhuǎn)過θ角，小線圈的磁通量由最大值變?yōu)榱恪Ｒ虼?，他認(rèn)為只要測得此過程感應(yīng)電流的平均值I，就可以測出轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的大小。請你運用所學(xué)的知識，通過計算對該同學(xué)的結(jié)論進(jìn)行評價。 圖11 解析：該同學(xué)的結(jié)論正確。 設(shè)轉(zhuǎn)輪的角速度和轉(zhuǎn)速分別為ω、n，輪子轉(zhuǎn)過θ角所需時間為Δt，通過線圈的磁通量的變化量為ΔΦ，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值為E。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝N＝N，由閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流的平均值I＝ 又Δt＝，n＝ 聯(lián)立以上各式可得n＝，由此可見，該同學(xué)的結(jié)論是正確的。 答案：見解析