河北省石家庄二中高中物理 第六章 传感器（试题+学案）（打包8套）新人教版选修3-2.zip

16.4 实验:传感器的应用1.如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,A 为固定的导体芯,B 为导体芯外面的一层绝缘物质,C 为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度 h 变化为( )A.h 正在增大 B.h 正在减小C.h 不变 D.无法确定答案: B解析:由电源极性及电流方向可知,A、B 构成的电容器上的电荷量减小,根据 C=,电容 C 在减小,故正对面积 S 减小,即 h 在减小, B 正确。2.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘信息时,激光头利用光敏光阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中 R1为光敏电阻,R 2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )A.当有光照射 R1时,处理系统获得高电压B.当有光照射 R2时,处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案: AD解析:R 1是光敏电阻,当有光照射时,R 1的阻值变小, R2上的电压变大,信号处理系统获得高电压。由题意知,当激光头发射脉冲光信号,光脉冲等于零时,信号处理系统获得低电压,这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字,实现自动计数功能,故 AD 正确。3.如图是温度报警器电路示意图,下列对此电路的分析正确的是( )A.当 RT的温度升高时,R T减小, A 端电势降低, Y 端电势升高,蜂鸣器会发出报警声B.当 RT的温度升高时,R T减小, A 端电势升高, Y 端电势降低,蜂鸣器会发出报警声C.当增大 R1时, A 端电势升高, Y 端电势降低,蜂鸣器会发出报警声D.当增大 R1时, A 端电势降低, Y 端电势升高,蜂鸣器会发出报警声答案: BC解析:R T的温度升高,阻值变小, A 端为高电平, Y 端为低电平,蜂鸣器报警, A 错误, B 正确;当增大 R1时, A 端为高电平, Y 端为低电平,蜂鸣器报警, C 正确, D 错误。24.如图所示是一种延时开关,当 S1闭合时,电磁铁 F 将衔铁 D 吸下,C 线路接触,当 S1断开时,由于电磁感应作用,D 将延迟一段时间才被释放,则( )A.由于 A 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用B.由于 B 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用C.如果断开 B 线圈的电键 S2,无延时作用D.如果断开 B 线圈的电键 S2,延时将变长答案: BC解析:本题以延时开关作为密切联系实际的新情境,考查学生对电磁感应现象的理解程度和推理能力。根据题中所提示的信息,不难发现延时开关的基本工作原理:当 S1闭合时,电磁铁 F 将衔铁 D 吸下,C 线路接通,这时虽然 B 线圈的电键 S2闭合,但通过它的磁通量不变,所以没有电磁感应现象发生。当 S1断开时,A 线圈立即断路,不会发生电磁感应,但通过 B 线圈的磁通量减少,由于 B 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用,选项 B 正确。如果此时断开 B 线圈的电键 S2,则 B 线圈虽然产生感应电动势,但不产生感应电流,不能吸引衔铁 D,无延时作用,选项 C 正确。5.如图所示,甲为在温度为 10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ 、R 2=10 kΩ 、 R3=40 kΩ ,Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b 端电压 Uab≤0 时,电压鉴别器会令开关 S 接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当 a、b 端电压 Uab0 时,电压鉴别器会令开关 S 断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在( )A.10 ℃ B.20℃C.35℃ D.45℃答案: C解析:通过审题可知 Uab=0 是一个电压的临界点,对应着开关 S 的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路分析可知,在 R1、R 2、R 3给定的条件下,热敏电阻 Rt的阻值决定了 Uab的正负。设电源负极的电势能为零,则 φ a=U,φ b=U,其中 U 为电源的路端电压,令φ a=φ b,即 Uab=0,则可得,代入数据得 Rt=20 kΩ ,查表得对应的温度为 35℃,故本题选项 C正确。6.如图所示是红外线遥控接收器,甲图为外形,乙图为电路,电路中 G 为红外线接收头OUT,LED 为发光二极管,R 为电阻,阻值约为 510 Ω ,HTD 为压电陶瓷喇叭,当接收头未接收到红外线时,接收器不发声。当用遥控器对准接收头(30 m 以内)发射红外线时:3(1)会产生什么现象?(2)接收头的作用原理是什么?答案:见解析解析:(1)陶瓷喇叭发出“嘟嘟”的响声,同时发光二极管被点亮闪烁。(2)接收头 G 是接收红外线的。当未接收到红外线时,接收头输出端为高电平,喇叭不响,二极管不会发光;当接收头接收到红外线时,接收头输入端为高电平,输出端为低电平,喇叭会响,同时二极管会发光。此实验演示了红外线能够实现远距离遥控。7.如图所示,A 是浮子,B 是金属触头,C 为住宅楼房顶上的蓄水池, M 是带水泵的电动机,D 是弹簧,E 是衔铁,F 是电磁铁, S1、 S2分别为触头开关, S 为开关,J 为电池。请利用上述器材,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。(1)连接电路图。(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。答案:见解析解析:(1)电路如图所示。(2)按图接好电路,合上开关 S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使 B 接触到 S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁 F 产生磁力,拉下衔铁 E,使 S2断开,电机 M 不工作,停止注水;当水位下降使 B 与 S1脱离,控制电路停止工作时, F 无磁性, D 拉动 E,使 S2接通, M 工作。8.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (填“大”或“小”)。 (2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为 20 ℃(如图甲所示),则 25℃的刻度应在 20℃的刻度的 (填“左”或“右”)侧。 4(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。答案:(1)小(2)右(3)如解析图所示解析:(1)因为负温度系数热敏电阻温度升高时电阻减小,温度降低时,电阻增大。故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在 20℃对应电流刻度的右侧。(3)如图所示。16.3 实验：传感器的应用1.传感器的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定值后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是( )A.生物传感器 B.红外传感器C.温度传感器 D.压力传感器解析:空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,C 正确。答案:C2.如图为一种主动式光控报警器原理图,图中 R1和 R2为光敏电阻, R3和 R4为定值电阻。当射向光敏电阻 R1和 R2的任何一束光线被遮挡时,都会引起警铃发声,则图中虚线圈内的电路是( )A.与门 B.或门C.或非门 D.与非门解析:当射向光敏电阻 R1和 R2的光线都没有被遮挡时,光敏电阻阻值较小,报警器输入高电平,而警铃不响,说明输出高电平;当射向光敏电阻 R1和 R2的任何一束光线被遮挡时,报警器输入一低电平,警铃发声,输出低电平,所以此电路为“与门”电路。答案:A3.某小型电磁继电器,其中 L 为含铁芯的线圈。 P 为可绕 O 点转动的铁片, K 为弹簧, S 为一对触头, A、 B、 C、 D 为四个接线柱如图所示。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是( )A.A 与 B 接信号电压, C 与 D 跟被控电路串联B.A 与 B 接信号电压, C 与 D 跟被控电路并联C.C 与 D 接信号电压, A 与 B 跟被控电路串联D.C 与 D 接信号电压, A 与 B 跟被控电路并联解析: A、 B 接电磁继电器的线圈,所以 A、 B 应接信号电压、线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使 C、 D 接通或断开,进而起到控制作用。故正确答案为 A。答案:A4.如图所示,甲为在温度为 10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ、 R2=10 kΩ、 R3=40 kΩ, Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、 b 端电压 Uab≤0 时,电压鉴别器会令开关 S 接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当 a、 b 端电压 Uab0 时,电压鉴别器会令开关 S 断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在( )2A.10 ℃ B.20 ℃C.35 ℃ D.45 ℃解析:通过审题可知 Uab=0 是一个电压的临界点,对应着开关 S 的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路分析可知,在 R1、 R2、 R3给定的条件下,热敏电阻 Rt的阻值决定了 Uab的正负。设电源负极的电势能为零,则 φ a=U,φ b=U,其中 U 为电源的路端电压,令φ a=φ b,即 Uab=0,则可得,代入数据得 Rt=20 kΩ,查表得对应的温度为 35 ℃ ,故本题选项 C正确。答案:C5.如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置, R 是一种滑动变阻器,它的金属滑片是杠杆的一端,从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低,从图中可知:水位表是由 改装而成的。当水面上升时,滑片 ,滑动变阻器连入电路电阻 ,电流 ,水量表示数 。 解析:本题利用滑动变阻器滑片改变电阻,进一步改变电压,达到控制水位的目的。答案:电流表 向下移 变小 变大 变大6.利用负温度系数热敏电阻制作的热敏传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (选填“大”或“小”)。 (2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为 20 ℃(如图甲所示),则 25 ℃ 的刻度应在 20 ℃的刻度的 (选填“左”或“右”)侧。 (3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。解析:(1)因为负温度系数热敏电阻温度升高时电阻减小,温度降低时,电阻增大。故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在 20 ℃对应电流刻度的右侧。(3)如图所示。3答案:(1)小(2)右(3)如解析图所示7.设计一个白天自动关灯、黑夜自动开灯的装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、继电器、电池、交流电源、开关、导线和灯泡等。(1)如图所示已画好部分电路,请补画完原理电路图。(2)在以下原理电路工作时,说法正确的是( )A.光敏电阻受到光照,电阻变小继电器工作B.光敏电阻受到光照,电阻变小继电器不工作C.继电器工作时,照明电路闭合,电灯亮D.继电器不工作时,照明电路闭合,电灯亮解析:(1)如图所示(2)有光照时,光敏电阻阻值变小,电路电流变大,线圈磁性增强,将 G 处动触片吸过来,G 与 H 断开,电路停止工作;无光照射时,光敏电阻阻值增大,电路电流减小,线圈磁性减弱, G与 H 接触灯亮。答案:(1)见解析图 (2)AD1传感器的应用1.唱卡拉 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,线圈处于永磁铁的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号。下列说法中正确的是( )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解析:这既是一道联系实际题,也是一道信息题,只要能抓住主要信息,就容易得出答案。主要信息是:线圈是动圈式的,处在磁场中,产生了电信号,结合实际可知 B 正确。答案:B2.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图乙所示,下列判断正确的是( )A.从 t1到 t2时间内,小车做匀速直线运动B.从 t1到 t2时间内,小车做匀加速直线运动C.从 t2到 t3时间内,小车做匀速直线运动D.从 t2到 t3时间内,小车做匀加速直线运动解析:0 ~t1时间内, I 不变,说明压敏电阻所受压力不变或不受压力,小车做匀速直线运动或匀加速直线运动; t1~t2时间内, I 渐大,压敏电阻所受压力逐渐增大,小车做加速度逐渐增大的加速运动,至 t2时刻加速度达到一定的值; t2~t3时间内,小车做匀加速直线运动,故正确选项为 D。答案:D3.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示,电源的电动势 E=9.0 V,内阻不计,G 为灵敏电流表,内阻RG保持不变, R 为热敏电阻,其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关 S,当温度等于 20 ℃时,电流表示数 I1=2 mA;当电流表的示数 I2=3.6 mA 时,热敏电阻的温度是( )A.60 ℃ B.80 ℃C.100 ℃ D.120 ℃解析:由题图乙可知,当 t=20 ℃时,热敏电阻阻值 R1=4 kΩ。由闭合电路欧姆定律E=I1(R1+RG),代入数值可求得 RG=500 Ω;当 I2=3.6 mA 时,设热敏电阻阻值为 R2,则E=I2(R2+RG),可求得 R2=2 kΩ,由题图乙可知,这时热敏电阻温度 t=120 ℃。故正确选项为2D。答案:D4.(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是( )A.应变片是由导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大;反之,变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大,输出的电压差值也越大解析:应变片多用半导体材料制成,故选项 A 错,B 对;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差,并且随着外力的增大,输出的电压差值也就越大,故 C 错,D 对。答案:BD5.(多选)如图是电饭锅的结构图,如果感温磁铁的“居里温度”为 103 ℃时,下列说法中正确的是( )A.常温下感温磁铁具有较强的磁性B.当温度超过 103 ℃时,感温磁铁的磁性较强C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会超过 103 ℃,这时开关按钮会跳起D.常压下只要锅内有水,锅内的温度就不可能达到 103 ℃,开关按钮就不会自动跳起解析:本题是课本中学习的温度传感器的应用——电饭锅的原理。答案:ACD6.如图所示是一种自动控制水温的装置,加热电路的两个端点 P、 Q 应接在触头 a、 b 之间还是 c、 d 之间?热敏电阻两端 M、 N 应接在哪两个触头之间?解析: P、 Q 应该分别接到触头 a、 b 之间,同时, M、 N 应该分别接 e、 f。其工作原理是:当水温升高时,热敏电阻阻值减小,电磁铁中电流增大,吸引力增大,衔铁被吸下, a、 b 断开,使加热装置停止加热;当水温降低到一定程度时,热敏电阻温度降低,电磁铁中电流减小,吸引力减小,衔铁被弹簧拉上去,使 a、 b 之间连接,加热装置开始加热,从而实现水温控制。答案: P、 Q 应该分别接在触头 a、 b 之间 M、 N 应分别接在触头 e、 f 之间7.有一种测量体重的电子秤,其原理图如图中的虚线框内所示,它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆 ABO、压力传感器 R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)。其中 AO∶BO= 5∶ 1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示:3压力F/N 0 50100150200250300电阻R/Ω300270240210180150120设踏板的杠杆组件质量不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为 4.68 V,则:(1)利用表中数据归纳出电阻 R 随压力 F 变化的函数关系式。(2)该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处?(3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为 20 mA,这个人的体重是多少?解析:(1)由表中数据归纳得出 R=300-0.6F(Ω)。(2)依题意可知,电子秤空载时压力传感器受到的压力为 0,由表可知,此时压力传感器的电阻 R1=300 Ω,电路中的电流为 I= A=15.6 mA,所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的 15.6 mA 处。(3)当电流表刻度盘的读数为 I2=20 mA 时,压力传感器的电阻 R2= Ω =234 Ω由 R=300-0.6F 算得 F2=110 N再由 F2·AO=G·BO 得 G=550 N。答案:(1) R=300-0.6F(Ω) (2)15.6 mA (3)550 N8.智能手机除具有一般手机的通讯、上网功能外,还具有很多特殊用途,极大地方便了用户。根据自己使用智能手机的经验,你能说出手机各种功能所使用的传感器吗?答案:触摸屏——电容传感器屏幕自动亮度、照相机——光传感器重力感应——重力传感器陀螺仪——角度传感器指南针——磁传感器16.1 传感器及其工作原理1.(多选)下列说法正确的是( )A.传感器担负着信息采集的任务B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具解析:传感器的任务就是采集信息,A 正确;干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的,它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触,B 正确;由传感器的定义知,D正确。答案:ABD2.数码相机的普及逐渐淘汰了传统胶片相机。数码相机的主要部件是电荷耦合器(CCD),能将光学量转化为电学量。该部件可看作一种( )A.力传感器 B.温度传感器C.光传感器 D.霍尔元件解析:因为 CCD 能把光学量转化为电学量,因而是一种光传感器。答案:C3.(多选)许多楼道照明灯具有这样的功能:天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是( )A.温度传感器 B.光传感器C.声音传感器 D.热传感器解析:能感知声音和光照情况,说明电路中接入了光传感器和声音传感器,故 B、C 正确。答案:BC4.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。然后换成向杯内加入热水,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( )A.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。答案:D5.下列有关各类电阻应用的说法中,错误的是( )A.热敏电阻可应用于温度测控装置中2B.光敏电阻是一种光电传感器C.电阻丝可应用于电热设备中D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析:热敏电阻对温度很敏感,光敏电阻对光照很敏感,电阻丝可用于电加热,这很常见,所以A、B、C 三个说法均正确。交流电、直流电均可通过电阻,电阻对它们均可产生阻碍作用,所以 D 说法错误。答案:D6.如图所示,图甲为热敏电阻的 R-t 图象,图乙为用此热敏电阻 R 和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器的电阻为 100 Ω。当线圈的电流大于或等于 20 mA 时,继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势 E=9.0 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则:(1)应该把恒温箱内的加热器接在 (选填“ A、 B 端”或“ C、 D 端”)。 (2)如果要使恒温箱内的温度保持 50 ℃,可变电阻 R'的阻值应调节为 Ω。 解析:(1)恒温箱内的加热器应该接在 A、 B 端。当线圈中的电流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高。(2)随着恒温箱内温度升高,热敏电阻 R 的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈中的电流大于或等于 20 mA 时,继电器的衔铁被吸到下方来,使恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低,热敏电阻 R 的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于 20 mA 时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持 50 ℃,即 50 ℃时线圈内的电流为 20 mA。由闭合电路欧姆定律 I=,r 为继电器的电阻。由题图甲可知,50 ℃时热敏电阻的阻值为 90 Ω,所以 R'=-R-r=260 Ω。答案:(1) A、 B 端 (2)2607.一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件”,这种材料有可定向移动的电荷,称为“载流子”,每个载流子的电荷量大小为 1 个元电荷量,即 q=1.6×10-19 C。在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽 =1.0×10-2 m、长 =4.0×10-2 m、厚 h=1×10-3 m,水平放置在磁感应强度 B=1. 5 T 竖直方向上的匀强磁场中, bc 方向通有 I=3.0 A 的电流,如图所示,沿宽度产生 1.0×10-5 V 的横向电压。(1)假定载流子是电子, a、 b 两端中哪端电势较高?(2)薄板中形成电流 I 的载流子定向运动的速率多大?解析:(1)根据左手定则可确定 a 端电势高。(2)当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时,受洛伦兹力作用而产生横向分运动,产生横向电场,横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时,导体横向电压稳定。设载3流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为 v,横向电压为 Uab,横向电场强度为 E,电场力为Fe=e·E=e·,磁场力 FB=evB,平衡时· e=evB,得 v==6.7×10-4 m/s。答案:(1) a (2)6.7×10-4 m/s8.如图所示为自动水位报警器的示意图,在水位低于 B 时,电磁铁所在的控制电路部分断路, 灯亮;当水位升高到 B 时,电磁铁所在的控制电路部分接通, 灯亮。 解析:当水位低于 B 时,电磁铁所在的控制电路部分断路,此时电磁铁不吸引衔铁,绿灯所在回路接通,所以绿灯亮;当水位升高到 B 时,电磁铁所在的控制电路部分接通,电磁铁具有磁性,吸引衔铁使红灯所在回路接通,所以此时红灯亮。答案:绿 红1第四节：传感器的应用实验 【学习目标】1、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。2、知道晶体三极管的放大特性。3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。【学习重点】：传感器的应用实例。【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。【教学过程】一、问题引入上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？二、学习新课阅读下列学习资料总结二极管的特点和作用：（一） 、普通二极管和发光二极管固态电子器件中的半导体两端器件。起源于 19 世纪末发现的点接触二极管效应，发展于 20 世纪 30 年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；半导体发光二极管能实现电-光能量的转换，可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。 按用途分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS） 、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为 LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。2特点：作用：阅读下列学习资料总结三极管的特点和作用：（二） 、晶体三极管晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极 b 发射极 e 和集电极 c。发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区“发射“的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区“发射“的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将 ΔIc/ΔIb 的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。3特点：作用：（三）逻辑电路逻辑电路是以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者的逻辑功能与时间无关，即不具记忆和存储功能，后者的操作按时间程序进行。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。这里我们主要说逻辑门电路。逻辑门电路符号图包括与门，或门，非门， 1．与逻辑对于与门电路，只要一个输入端输入为 0，则输出端一定是 ，只有当所有输入端输入都同为 时，输出才是 1.2．或逻辑对于或门电路，只要一个输入端输入为 1，则输出一定是 ，反之，只有当所有输入端都为 时，输出端才是 0.3.非门电路对于非门电路，当输入为 0 时，输出总是 ，当输入为 1 时，输出反而是 ，非门电路也称反相器。4.斯密特电路：斯密特触发器是特殊的 电路，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值 V 时，输出端 Y 会突然从高电平调到低电平 V，而当输入端 A 的电压下降到另一个值的时候 V，Y 会从低电平跳到高电平 V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为 的 信号。而这正是进行光控所需要的。（四） 、应用实例1、光控开关电路组成： 触发器， 电阻，发光二极管 LED 模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路如图所示。工作原理：LEDR2R1RGA Y+5V4注意：要想在天暗时路灯才会亮，应该把 R1的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器的输入端 A 电压达到某个值 1.6V，就需要 RG的阻值达到更大，即天色更暗。 拓展：如果电路不用发光二极管来模拟，直接用在电路中，就必须用到电磁继电器。如下图。2．温度报警器（热敏电阻式报警器）结构组成：斯密特触发器， 电阻，蜂鸣器，变阻器，定值电阻，如图所示。工作原理：注意：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该减小 R1 的阻值，R1 阻值越小，要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。课堂练习1.与门的输入端输入信号为何时，输出端输出“1” （ ）A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 12.或门的输入端输入信号为何时，输出端输出“0” （ ）A.0 0 B.1 0 C.0 1 D.1 13.联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0” ，投赞成或弃权时输入“1” ，提案通过为“1” ，通不过为“0” ，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（ ）A.与门 B.非门 C.或门 D.与非门4.图是一个复合门电路，由一个 x 门电路与一个非门组成.若整个电路成为一个与门，则 x电路应是（ ）A.与门 B.或门 C.与非门 D.或非门5.“第 4 题”中的整个电路若成为一个或门，则 x 电路应是（ ）6.如图是一个三输入端复合门电路，当 C 端输入“1”时，A、B 端输入为何时输出端 Y 输出“1” （ ）A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1R1RGA Y+5V高压工作电路~220VR1RTA Y+5V57.如图所示，一个三输入端复合门电路，当输入为 1 0 1 时，输出为___________.（填“0”或“1” ）8.与非门可以改装成一个非门，方法为只用一个输入端如 A 端，而另一个输入端 B 端输入稳定信号，则为把与非门改装成非门，B 端应始终输入___________.（填“0”或“1” ）9、某些非电学量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电学量来测量的，一电容的两个极板放置在光滑的水平平台上，极板的面积为 S，极板间的距离为 d，电容器的电容公式为C=ES/d（E 是常数但未知）.极板 1 固定不动，与周围绝缘，极板 2 接地，且可以在水平平台上滑动，并始终与极板 1 保持平行，极板 2 的两个侧边与劲度系数为 k、自然长度为 L的两个完全相同的弹簧相连，两弹簧的另一端固定，弹簧 L 与电容垂直，如图（1）所示.图（2）是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压 U 后即与电源断开，再在极板 2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强 p，使两极板之间的距离发生微小的变化，测得此时电容器两极板间的电压改变量为 ΔU.设作用在电容板上的静电力不致引起弹簧可测量的形变，试求：待测压强 p.【学习小结】本节课主要学习了以下几个问题：1、 二极管的特点和作用：2、 三极管的特点和作用：3、 斯密特触发器的特点和作用：【课后作业】课本作业【学习心得】1第三节：传感器的应用（二）【学习目标】（1） 、理解温度传感器的应用――电饭锅、测温仪的工作原理。（2） 、理解光电传感器的应用――鼠标器、火灾报警器的工作原理。（3） 、通过对电饭锅的构造和原理的探究以及测温仪的了解，进一步地深入认识温度传感器的应用（4）通过对鼠标器以及火灾报警器的原理的探究，认识光传感器的应用。【学习重点】：温度、光传感器的应用原理及结构。【学习难点】：温度、光传感器的应用原理及结构。【学习方法】：探究实验，讨论【学习过程】一、问题引入问题 1：上节课我们学习了力传感器、温度传感器、声音传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的力、温度、声音传感器？二、学习新课1、温度传感器——电饭锅（1） 、电饭锅的内部结构（如图 6－3－1 所示）：电饭锅主要由接线螺钉、触点、转轴、开关按钮、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、弹簧、内胆底等构成．其中＿＿＿＿＿＿为主要元件，它是用＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿混合烧结而成的．它的特点主要有：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到＿＿＿＿＿＿时，就失去＿＿＿＿＿＿性，不能被磁体吸引了．该温度在物理学中称为该材料的＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿．（2） 、电饭锅的工作原理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．问题：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的永磁体吸在一起，用功率较大手动开关接线螺丝触点永磁铁电热板内胆底转轴感温铁氧体2的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？思考与讨论：（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？（4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？2．温度传感器的应用——测温仪(1)、测温仪的原理：温度传感器要以把＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿，再由指针式仪表或数字式仪表显示出来．这就是指针式测温仪和数字式测温仪的原理．由于电信号可以远距离传输，所以应用温度传感器可以进行远距离测温．测温元件：它可以是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿（利用该元件可以实现无接触测温） ．（1）温度传感器测温仪有何优点？(2) 测温仪是如何工作的3(3) 什么是热电偶？3．光传感器的应用——鼠标器（1） 、机械式鼠标器的内部结构：它由一个滚球、两个滚轴、两个＿＿＿＿＿＿（它的边缘开有许多等间距的小齿） 、两个＿＿＿＿＿＿（LED） 、还有两个＿＿＿＿＿＿（两个光传感器）等组成的．(2)、机械式鼠标器的工作原理：当鼠标器在桌面上移动时，滚球的运动通过＿＿＿＿＿＿带动两个＿＿＿＿＿＿转动，红外线接收管就收到的＿＿＿＿＿＿，输出相应的＿＿＿＿＿＿．计算机分别统计 x，y 两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的＿＿＿＿＿＿．(3)、鼠标器的主要组成？(4)、鼠标器中光传感器的主要部件是什么？。(5)、鼠标器的工作原理？4．光传感器的应用——火灾报警器(1)、烟雾散射火灾报警器的构造：带孔的罩子内装有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和不透明的档板．（2）\烟雾散射式火灾报警器的工作原理：平时，＿＿＿＿＿＿收不到 LED 发出的光，呈现＿＿＿＿＿＿状态．烟雾进入罩内后对光有＿＿＿＿＿＿作用，使部分光线照射到＿＿＿＿＿＿，其电阻变＿＿＿＿＿＿，与传感器连接的电路检测发出这发光二极管红外接收管滚轴码盘滚球4种变化，就会发出警报．（3） 、以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。实验：把光敏电阻、多用表的直流电流档和干电池按照图甲连成电路，对光照的强度进行比较性测量。光敏电阻受到的光照越强，电路中的电流越大。白天，将它放在教室中适合阅读的地方，记下电流表的读数，晚上，用它来测灯光对书桌的照明。比较两者的差别。还可以按照图乙，把光敏电阻 R 的引脚穿过硬泡沫塑料板 Z 而固定，再罩上内壁涂黑、长度足够的遮光简 T ，避免杂散光的干扰然后分别把不同的光源 L （如蜡烛、几种不同功率的白炽灯泡、日光灯管等）都放在与光敏电阻相同距离（例如 1m ）的位置，比较它们的亮度。这个实验也可以用硅光电池来做。由于光电池在受到光照时可以自己产生电动势，所以电路中不用电源。想一想，怎样用如图所示的装置来制作一个摄影用的曝光表？典型例题：1、温度传感器的应用【例 1】如图甲为在温度为 10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻 R1=20 kΩ， R2=10 kΩ， R3=40 kΩ， Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当 a、b 端电压 Uab0 时，电压鉴别器使 S 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_________℃．2、光传感器的应用【例 2】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。 A 为光源， B 为光电接收器，A、 B 均固定在车身上， C 为小车的车轮， D 为与 C 同轴相连的齿轮。车轮转动时， A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被 B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为 n，累计脉冲数为 N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是 ，小车速度的表达式为 v= ；行程的表达式为 s= 。【学习小结】本节课主要学习了以下几个问题：【学习心得】6