第5章 1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册(人教版2019,浙江)

2025-02-20
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资源信息

学段 高中
学科 物理
教材版本 高中物理人教版选择性必修 第二册
年级 高二
章节 1. 认识传感器,2. 常见传感器的工作原理及应用
类型 学案-导学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2024-2025
地区(省份) 浙江省
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 DOCX
文件大小 1.37 MB
发布时间 2025-02-20
更新时间 2025-02-20
作者 山东金榜苑文化传媒有限责任公司
品牌系列 步步高·学习笔记
审核时间 2025-02-05
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来源 学科网

内容正文:

1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用 [学习目标] 1.知道什么是传感器,了解传感器的种类(重点)。2.知道传感器的组成与应用模式。3.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片、电容式传感器的工作原理及应用(难点)。 一、传感器及其工作原理 干簧管结构:如图甲所示,玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片,接入图乙电路,当条形磁体靠近干簧管时: (1)会发生什么现象,为什么? (2)干簧管的作用是什么? 答案 (1)灯泡会亮,因为当条形磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通。 (2)干簧管起到开关的作用,是一种能够感知磁场的传感器。 1.传感器 (1)定义:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(通常是电压、电流等电学量)输出,或转换为电路的通断的器件或装置。 (2)功能:把非电学量转化为电学量,可以方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.传感器的种类、组成与应用模式 (1)分类:按传感器的工作原理的不同,把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 (2)组成:传感器主要由敏感元件、转换元件组成。 ①敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 ②转换元件:将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 (3)应用的一般模式: 例1 (多选)(2022·浙江省桐庐中学高二阶段练习)关于传感器,下列说法正确的是(  ) A.干簧管是一种能够感知电场的传感器 B.测温枪是一种把人体温度转换成电学量并通过显示屏显示出温度的传感器 C.话筒不属于传感器 D.霍尔元件是一种可以把磁感应强度转换成电压的传感器 答案 BD 解析 干簧管是一种能够感知磁场的传感器,故A错误;测温枪是一种把人体温度转换成电学量并通过显示屏显示出温度的传感器,故B正确;话筒是把声音转换成电流的传感器,故C错误;霍尔元件是一种可以把磁感应强度转换成电压的传感器,故D正确。 例2 (2023·台州市高二期中)地震发生后,救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员,根据所学知识,你认为“生命探测仪”可能用到了(  ) A.红外线传感器 B.压力传感器 C.磁传感器 D.电容传感器 答案 A 解析 伤员被深埋在废墟中,借助红外线传感器,可以感知人与周围环境的差别,借助探测器可以探测到被困人员,故选A。 二、光敏电阻 1.特点:在被光照射时电阻发生变化,阻值随光照强度的增强而明显减小。 2.阻值发生变化的原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能差;随着光照的增强,载流子增多,导电性变好。 3.作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 4.应用实例:在工厂生产车间的生产线上安装计数器后,就可以准确得知生产产品的数量,如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻。当光被产品挡住时,R1电阻增大(填“增大”“减小”或“不变”),电路中电流减小,R2两端电压减小(填“增大”“减小”或“不变”),信号处理系统得到低(填“高”或“低”)电压,每通过一个产品就获得一次低(填“高”或“低”)电压,并计数一次。 例3 (多选)某小区为积极响应市政府提出的“迎峰度冬”节约用电工作,拟将小区路灯电路进行改造,实现路灯亮度自控。如图所示为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,RL为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻阻值减小)。现减小光照强度,下列判断正确的是(  ) A.电源的效率变大 B.A灯和B灯都变亮 C.R0两端电压变大 D.电源内部发热功率不变 答案 AB 解析 电源的效率为 η=×100%=×100% 减小光照强度,光敏电阻阻值增大,则外电阻增大,电源的效率增大,故A正确;减小光照强度,光敏电阻阻值增大,根据I总=,可知总电流减小,根据Pr=I总2·r,可知电源内部发热功率减小,根据U=E-I总r,可知路端电压增大,根据I=,可知通过A灯的电流增大,A灯变亮,而通过R0的电流减小,其两端电压减小,则B灯两端电压增大,B灯变亮,故B正确,C、D错误。 三、金属热电阻和通极电阻 1.金属热电阻:金属导体的电阻随温度的升高而增大,如图中图线①所示。 2.热敏电阻 (1)热敏电阻指用半导体材料制成,电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图中图线②所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。 (2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类,电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻;电阻值随温度升高而减小的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。 3.作用:金属热电阻和热敏电阻把温度这个热学量转换成电阻这个电学量。 将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精,多用电表指针将如何偏转?若用吹风机将热风吹向热敏电阻,多用电表指针将如何偏转? 答案 由于酒精挥发,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,多用电表指针将向左偏;用吹风机将热风吹向热敏电阻,热敏电阻RT温度升高,电阻值减小,多用电表指针将向右偏。 例4 (多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是(  ) A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的 B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的 C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高 答案 BD 解析 金属热电阻的阻值随温度升高而增大,半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小,所以A错误,B正确;图线1对应的材料化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度差,图线2对应的材料化学稳定性差,测温范围小但灵敏度高,所以C错误,D正确。 例5 (多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高,电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时(  ) A.电容器C的带电荷量增大 B.理想电压表的示数增大 C.电容器C两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大 答案 AB 解析 当环境温度降低时,R2的阻值增大,电路的总电阻增大,由I=可知I减小,又U=E-Ir,则电压表的示数增大,B正确;由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1减小,D错误;电容器C两板间的电压U2=U-U1,U1=IR1,可知U1减小,U2增大,由电场强度E电=,Q=CU2可知,Q、E电都增大,故A正确,C错误。 四、电阻应变片 1.电阻应变效应:金属导体在外力作用下发生机械形变时(伸长或缩短),其电阻也随之变化的现象。 2.电阻应变片:电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 3.电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 4.应用实例:如图所示是一个应变式力传感器,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上、下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施加力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大(填“大”或“小”),下表面应变片的电阻变小(填“大”或“小”)。力F越大,弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大(填“大”或“小”),下表面应变片两端的电压变小(填“大”或“小”)。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大,输出的电压差值也就越大(填“大”或“小”)。 例6 (2022·浙江金华第一中学高二期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置,其工作原理图如图甲所示,将压敏电阻固定在升降机底板上,其上放置一个物块,在升降机运动的过程中,电流表示数如图乙所示,已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是(  ) A.0到t1时间内,升降机一定静止 B.t1到t2时间内,升降机可能做匀加速直线运动 C.t1到t2时间内,升降机运动时的加速度在变化 D.t2到t3时间内,升降机可能向下匀速运动 答案 C 解析 从0~t1时间内,电流不变,根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变,升降机可能静止也可能匀速运动,故A错误;t1~t2时间内,电流增大,则电阻减小,因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,所以压力增大,由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大,根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,合力向上,加速度向上且逐渐增大,故B错误,C正确;t2~t3时间内电流不变,电阻不变,压力不变,电流大于静止时的电流,压力大于静止时的压力,物块受重力和支持力,根据牛顿第二定律有FN′-mg=ma′,合力向上,加速度向上且大小不变,所以t2~t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降,故D错误。 五、电容式传感器 电容式传感器:电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化,那么这种电容器就被称为电容式传感器。 如图是电容式话筒的原理图,话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层,膜后相距几十微米有一个金属片,他们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离关系来工作,试分析它的工作原理。 答案 电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号,振动膜片与固定电极之间形成一个电容器,两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压,通过电容器的电流就会变化。将这个电流信号进行转换,即可输出音频信号。 例7 (多选)如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知(  ) A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指 B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大 C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小 D.如果用戴了手套的手触摸屏幕,一定也能引起触摸屏动作 答案 AB 解析 电容式触摸屏在原理上把手指当作电容器的一个极板,把导体层当作另一个极板,故A正确;手指与屏的接触面积越大,两个极板的正对面积越大,根据C=可知,电容越大,B正确,C错误;如果用戴了较厚手套的手触摸时,触摸屏可能没有反应,这是因为手与导体层距离较大,不能引起导体层电场的变化,D错误。 课时对点练 考点一 传感器及其工作原理 1.(2023·浙江高二阶段练习)传感器在生产、生活中已广泛应用,下列关于传感器的说法正确的是(  ) A.额温枪测人体的体温主要是利用了红外线传感器 B.城市路灯的自动控制利用了温度传感器 C.电子秤主要利用了光传感器 D.酒店大厅的自动门利用了力传感器 答案 A 解析 额温枪测人体的体温主要是利用了红外线传感器,故A正确; 城市路灯的自动控制利用了光传感器,故B错误; 电子秤主要利用了压力传感器,故C错误; 酒店大厅的自动门利用了红外线传感器,故D错误。 2.现代生活离不开智能手机,手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的,实现这一功能可能用到的传感器为(  ) A.光传感器和位移传感器 B.磁传感器和温度传感器 C.磁传感器和声传感器 D.压力传感器和加速度传感器 答案 A 解析 当人将手机靠近耳朵接听电话时,改变了位移,并且耳朵会挡住光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,A正确,B、C、D错误。 3.对于常见的可燃气体浓度的检测,现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下:传感器的核心为一恵斯通电桥,其中一桥臂上有催化剂,当与可燃气体接触时,可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧,该桥臂的电阻发生明显变化,其余桥臂的电阻不发生变化,从而引起整个电路的输出发生变化,而该变化与可燃气体的浓度成比例,从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(  ) A.铜 B.合金 C.半导体 D.绝缘体 答案 C 解析 由题意可知,该电阻为热敏电阻,热敏电阻由半导体材料制成,故C正确,A、B、D错误。 考点二 常见传感器及其应用 4.(2022·浙江省东阳中学模拟)传感器根据具体工作原理的不同,可分为电阻式、电容式、电感式、……等等,下列关于传感器的分类及工作原理正确的是(  ) A.热敏电阻和金属热电阻都是电阻式传感器,两者的电阻都随温度的升高而增大 B.图甲所示的传感器是电容式传感器,当被测物体向右运动时,电容器的电容增大 C.图乙所示的传感器是电感式传感器,当被测物体向右运动时,电感线圈的自感系数增大 D.金属电阻应变片是电阻式传感器,当应变片上的金属丝受到拉力时,应变片的电阻增大 答案 D 解析 热敏电阻是用半导体材料制成,负温度系数热敏电阻阻值随温度的升高而减小;金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大,故A错误; 题图甲所示的传感器是电容式传感器,当被测物体向右运动时,电容器极板间电介质减少,根据C=可知,电容器的电容减小,故B错误; 题图乙所示的传感器是电感式传感器,当被测物体向右运动时,铁芯抽出,则自感系数减小,故C错误; 金属电阻应变片是电阻式传感器,当应变片上的金属丝受到拉力时,应变片的电阻增大,故D正确。 5.(2022·宁波市高二期中)传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域,在人们的日常生活中,也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景,下列说法错误的是(  ) A.甲图传感器用来测量位移的微小变化,是位移传感器 B.乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件,是光传感器 C.丙图利用霍尔元件可以测量微小位移,是位移传感器 D.丁图干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的 答案 D 解析 甲图中,当被测物体在左、右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化,就能知道物体位置的变化,所以甲图传感器是位移传感器,A正确; 乙图中,A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值较小,供给信号处理系统的电压变低;当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理,就会转化为相应的数字,实现自动计数的功能,B正确; 丙图中,在两块磁感应强度相等、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件,当霍尔元件处于中间位置时,磁感应强度B为0,霍尔电压为0,可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时,则有霍尔电压输出,且电压大小与位移大小成正比,从而能够实现微小位移的测量,C正确; 丁图干簧管利用磁场控制电路的通断,不是利用电磁感应原理工作的,D错误。 6.(多选)(2022·嘉兴市高二期中)电容式话筒含有电容式传感器,如图所示。导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器,当振动膜片在声压的作用下运动时,两个电极间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向左运动时,下列说法正确的是(  ) A.电容器电容增大 B.电容器所带电荷量减小 C.电容器两极板间的场强增大 D.电阻R上电流方向自左向右 答案 BD 解析 当振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大,根据C=可知,电容减小,故A错误; 由C=可知,在U不变的情况下,则电容器带电荷量Q减小,电容器处于放电状态,R中电流方向自左向右,故B、D正确; 依据E=,则知U不变,d增大,场强减小,故C错误。 7.(2022·绍兴市高二阶段练习)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图所示电路中,不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值,电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应,观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标。已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比,那么,电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是(  ) A.U越大,表示ρ越大,ρ与U成正比 B.U越大,表示ρ越小,ρ与U成反比 C.U越大,表示ρ越大,但ρ与U不成正、反比关系 D.U越大,表示ρ越小,但ρ与U不成正、反比关系 答案 C 解析 设传感器的电阻为R′, 电源电动势为E,内阻为r, 由题意知=kρ,k是比例系数,根据闭合电路欧姆定律得, 电压表的示数U=·E, 即U=·E, 由表达式可知,U越大,表示ρ越大,但ρ与U不成正、反比关系。故选C。 8.(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在电梯内,受压面朝上,在上面放一质量为m的物体,电梯静止时电压表示数为U0,电源内阻不能忽略。若在某个运动过程中,电压表的示数变化如图乙所示,则下列说法正确的是(  ) A.0~t1时间内电梯内的物体处于失重状态 B.t2~t3时间内电梯内的物体处于失重状态 C.t1~t2时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态 D.t2~t3时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态 答案 ABC 解析 根据题意,压力增大,压敏电阻的阻值减小,根据串反并同,电压表的示数减小;故电压表示数减小时,压力增大,电压表示数增大时,压力减小; 电梯静止时电压表示数为U0,0~t1时间内,电压表示数增大,压力减小,压力小于重力,电梯内的物体处于失重状态,A正确; t2~t3时间内,电压表的示数大于U0,压力小于重力,电梯内的物体处于失重状态,B正确; t1~t2时间内,电压表的示数不变,始终大于U0,表明压力始终小于重力,电梯可能向下做匀加速直线运动,C正确; t2~t3时间内,电压表的示数减小,表明压力增大,对物体的支持力增大,物体的合力是变力,加速度也是变化的,电梯不可能处于匀变速直线运动状态,D错误。 9.(2022·杭州市长河高级中学高二期中)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻),不计电源内阻。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是(  ) A.U1<U2 B.R2为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低 D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高 答案 C 解析 由题意可知水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警时,此时水位较低,压力传感器的电阻值较大,由于a、b两端此时的电压大于U1,根据串联电路电压分布特点可知,R1为压力传感器,故高水位时压力传感器的电阻值减小,R1压力传感器两端电压变小, U1>U2,A、B错误; 根据闭合电路欧姆定律可知,a、b两端的电压为 U=R1= 若定值电阻的阻值越大,当开启低水位预警,a、b两端的电压大于U1时,R1压力传感器阻值需要越大,则水位越低;当a、b两端的电压小于U2,开启高水位预警时,R1压力传感器阻值需要越大,则水位越低,C正确,D错误。 10.(2023·宁波市检测)某种光电式火灾报警器的原理如图所示,由红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上,光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比,其阻值随光强的增大而减小。闭合开关,当烟雾浓度达到一定值时,干簧管中的两个簧片被磁化而接通,触发蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警,下列调节正确的是(  ) A.增大电阻箱R1的阻值 B.增大电阻箱R2的阻值 C.增大电源E3的电动势 D.增大干簧管上线圈的匝数 答案 D 解析 增大电阻箱R1的阻值,则红外光源发出的红外线强度减小,若烟雾浓度降低,则光敏电阻接收的光强降低,阻值变大,则干簧管的电流减小,则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通,蜂鸣器不能报警,选项A错误; 同理,若烟雾浓度降低,则光敏电阻接收的光强降低,阻值变大,若再增大电阻箱R2的阻值,则干簧管的电流减小,则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通,蜂鸣器不能报警,选项B错误; 增大电源E3的电动势,对干簧管的通断无影响,选项C错误; 增大干簧管上线圈的匝数,可使干簧管在电流减小时增加磁性,可使干簧管中的两个簧片被磁化而接通,触发蜂鸣器报警,选项D正确。 11.(多选)如图甲所示,“火灾警报系统”电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈接入图乙所示的电压,电压表和电流表均为理想电表,R0为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,R1为滑动变阻器,当通过报警器的电流超过某值时,报警器将报警,下列说法正确的是(  ) A.电压表V的示数为10 V B.R0处出现火情时,电流表A的示数减小 C.R0处出现火情时,变压器的输入功率增大 D.要使报警器报警的临界温度升高,可将R1的滑片P适当向下移动 答案 AC 解析 若原线圈的输入电压为U,其有效值为U1,根据有效值的定义,有·=T,其中U=100 V,解得U1=100 V,由变压器原理可得副线圈输出电压即电压表示数U2=10 V,选项A正确;R0处出现火情时,热敏电阻的阻值减小,副线圈电流增大,根据变压器原理可知,电流表A的示数增大,变压器输入功率增大,选项B错误,C正确;将R1的滑片P向上移动,副线圈电路的总电阻变小,总电流增大,R0两端的电压变大,报警器的分压变小,电流也减小,能使报警器报警的临界温度升高,选项D错误。 12.有一种测量人体重的电子秤,其原理图如图所示。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)、显示体重的仪表(其实质是理想电流表)。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表所示: 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 … 电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 … 踏板的杠杆组件的质量不计,接通电源(电源内阻不计)后,压力传感器两端电压恒为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?(取g=10 N/kg) 答案 (1)R=300-0.6F(Ω) (2)15.6 mA (3)55 kg 解析 (1)由表中数据可归纳得出: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零,电阻R1=300 Ω,电路中的电流为I1== 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)当电流表刻度盘的示数为I2=20 mA时,压力传感器的电阻R2== Ω=234 Ω,由R=300-0.6F(Ω),解得F2=110 N。再由F2·AO=G·BO,可得G=550 N。故人的体重为m==55 kg。 学科网(北京)股份有限公司 $$

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第5章 1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册(人教版2019,浙江)
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