高中物理《傳感器的應(yīng)用》學(xué)案2

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111 6.2 傳感器的應(yīng)用（一）學(xué)案及答案 知識(shí)要點(diǎn) 1. 傳感器應(yīng)用的一般模式： 2．電子秤使用的測(cè)力裝置是 ，它是由 和 組成的。其中應(yīng)變片能夠把物體 這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為 這個(gè)電學(xué)量。 3. 話筒的作用是 。動(dòng)圈式話筒的工作原理是 。電容式話筒的工作時(shí)，電路中的電流是由 而形成的。駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象，原理同電容式話筒， 4. 溫度傳感器能把 信號(hào)轉(zhuǎn)變成 信號(hào)。電熨斗就是靠雙金屬片溫度傳感器來(lái)控制溫度的，這種傳感器的作用是 。 典型例題 1.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)，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的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 m／s2）． （1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車(chē)的加速度大小和方向． （2）當(dāng)汽車(chē)以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零． 分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大?。? 解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力 F2=6.0 N． 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向，即向前（向右）． （2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長(zhǎng)多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹。滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左． 2.在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對(duì)此，以下判斷正確的是（ D ） ①通電后，其電功率先增大，后減小 ②通電后，其電功率先減小，后增大 ③當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1不變 ④當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 課堂檢測(cè) A R1 R2 信號(hào)處理系統(tǒng) 圖3 1.如圖3所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是傳送帶上物品，R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（ AD） （A）當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓 （B）當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓 （C）信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 （D）信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 2.（風(fēng)力測(cè)定儀）如圖所示為一種測(cè)定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細(xì)長(zhǎng)裸金屬絲下面，O是懸掛點(diǎn)，R0是保護(hù)電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無(wú)風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲與電阻絲在C點(diǎn)接觸，此時(shí)電路中的電流為I，有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風(fēng)力大小有關(guān)），細(xì)金屬絲與電阻絲在B點(diǎn)接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長(zhǎng)度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細(xì)金屬絲電阻均不計(jì)，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時(shí)，電流表的示數(shù)為I/，此時(shí)風(fēng)力大小為F，試寫(xiě)出： ①風(fēng)力大小F與θ的關(guān)系式； ②風(fēng)力大小F與電流表示數(shù)I/ 的關(guān)系式。 ③此裝置所測(cè)定的最大風(fēng)力是多少？ 解：①F= Mgtgθ ②設(shè)電源電壓為E，BC長(zhǎng)為x ∴E=I(R0+kL) 又 tgθ=x/h ③ 課后練習(xí) 金屬板 金屬膜 振動(dòng)膜 外電路 圖5 1.如圖5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(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（A） （A）距離變化 （B）正對(duì)面積變化 （C）介質(zhì)變化 （D）電壓變化 2.如圖9所示是一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖。薄金屬片P固定有4個(gè)電阻R1、R2、R3、R4（如圖10所示），左邊是它的側(cè)面圖這四個(gè)電阻連接成電路如圖11所示，試回答下列問(wèn)題： （1）開(kāi)始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無(wú)示數(shù)，則4個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系？ （2）當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變，這時(shí)4個(gè)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，電阻的A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電壓高？它為什么能測(cè)量電壓？ P 圖9 F O P R1 R4 R2 R3 O 圖10 V R1 R2 R3 R4 B A 圖11 (提示：當(dāng)O點(diǎn)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的（由上圖），因此R1、R4被拉長(zhǎng)，R2、R3被拉寬。) 解析： （1）本題是電路中A、B兩點(diǎn)間電壓與4個(gè)電阻的關(guān)系，由于電壓表的電阻可看作無(wú)窮大，因此本電路是R1、R2的串聯(lián)電路與R3、R4的串聯(lián)電路并聯(lián)，伏特表電路相當(dāng)于一根電橋，要使伏特表無(wú)讀數(shù)，即A、B兩點(diǎn)電勢(shì)相等則有：R1/R2= R3/R4或R1R4= R2R3。 （2）當(dāng)O點(diǎn)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的（由上圖），因此R1、R4被拉長(zhǎng)，R2、R3被拉寬，根據(jù)電阻定率，則R1、R4增大，R2、R3減小，顯然，這時(shí)A、B兩點(diǎn)電壓不再相等。 （3）電阻增大，電壓降增大，電阻減小，電壓降減小，故在R1、R2的串聯(lián)電路上R1上的電壓降增大，R3、R4串聯(lián)電路上R3電壓降減小，所以A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓。測(cè)量血壓時(shí)，血壓越高，壓力F越大，金屬片形變?cè)斤@著，電阻變化越大，因而電壓表示數(shù)越大，于是就能根據(jù)電壓表示數(shù)的大小來(lái)測(cè)量血壓的高低了。當(dāng)然在實(shí)際上由于金屬片形變較小，所以電阻變化也較小，A、B兩點(diǎn)間電壓還要經(jīng)過(guò)放大才能通過(guò)電表指示出來(lái)，有的還可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來(lái)。 111