（章末整合提升）第5章-2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第二册新课标辅导【精讲精练】人教版（word)

第五章 一、传感器问题的分析方法[科学思维] 1．分析思路 物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤： (1)信息采集； (2)信息加工、放大、传输； (3)利用所获得的信息执行某种操作。 2．分析传感器问题要注意四点 (1)感受量分析 要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。 (2)输出信号分析 明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。 (3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。 (4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。 [例1]　传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是 图5－1 [解析]　选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开。选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确。 [答案]　A ●针对训练 1．如图5－2甲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)为了通过测量得到如图甲所示I－U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是________； 简要说明理由：________________________________。 (电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω) 图5－2 (2)在图5－3所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。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。 图5－3 (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子。 解析　(1)由于I－U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)。 (2)由题图知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(70－\f(9,250)×103)) mA＝34 mA。由图像查得34 mA对应的电压为5.2 V，R2两端电压U2＝(9－5.2) V＝3.8 V，所以R2＝eq \f(3.8 V,34×10－3 A)≈111.8 Ω。 (3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等。 答案　(1)(a)　电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大　(2)5.2　111.8(111.6～112.0均可)　 (3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等 二、传感器在实际问题中的应用[科学态度与责任] 1．传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。 (1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量。 (2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。 (3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。 2．处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为： (1)传感器所在的信息采集部分。 (2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)。 (3)执行电路。 3．几种传感器及与其相联系的物理知识的比较 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 直流电路 电容传感器 电容器 力学、运动学与力、运动与含电容电路 [例2]　现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1，(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.