高中物理《傳感器的應用》學案2

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111 6.2 傳感器的應用（一）學案及答案 知識要點 1. 傳感器應用的一般模式： 2．電子秤使用的測力裝置是 ，它是由 和 組成的。其中應變片能夠把物體 這個力學量轉(zhuǎn)化為 這個電學量。 3. 話筒的作用是 。動圈式話筒的工作原理是 。電容式話筒的工作時，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 信號轉(zhuǎn)變成 信號。電熨斗就是靠雙金屬片溫度傳感器來控制溫度的，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量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個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質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動，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)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，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，求此時汽車的加速度大小和方向． （2）當汽車以怎樣的加速度運動時，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，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。? 解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力 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體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關系如圖所示，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當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變 ④當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，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 A R1 R2 信號處理系統(tǒng) 圖3 1.如圖3所示為光敏電阻自動計數(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，此光電計數(shù)器的基本工作原理是（ AD） （A）當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 （B）當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 （C）信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 （D）信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 2.（風力測定儀）如圖所示為一種測定風作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，O是懸掛點，R0是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細金屬絲始終保持良好接觸，無風時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風力大小有關），細金屬絲與電阻絲在B點接觸，已知風力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時，電流表的示數(shù)為I/，此時風力大小為F，試寫出： ①風力大小F與θ的關系式； ②風力大小F與電流表示數(shù)I/ 的關系式。 ③此裝置所測定的最大風力是多少？ 解：①F= Mgtgθ ②設電源電壓為E，BC長為x ∴E=I(R0+kL) 又 tgθ=x/h ③ 課后練習 金屬板 金屬膜 振動膜 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，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極，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，導致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導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所示是一種測量血壓的壓力傳感器在工作時的示意圖。薄金屬片P固定有4個電阻R1、R2、R3、R4（如圖10所示），左邊是它的側(cè)面圖這四個電阻連接成電路如圖11所示，試回答下列問題： （1）開始時金屬片中央O點未加任何壓力，欲使電壓表無示數(shù)，則4個電阻應滿足怎樣的關系？ （2）當O點加一個壓力F后發(fā)生形變，這時4個電阻也隨之發(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兩點哪點電壓高？它為什么能測量電壓？ 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O點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，R2、R3被拉寬。) 解析： （1）本題是電路中A、B兩點間電壓與4個電阻的關系，由于電壓表的電阻可看作無窮大，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)，伏特表電路相當于一根電橋，要使伏特表無讀數(shù)，即A、B兩點電勢相等則有：R1/R2= R3/R4或R1R4= R2R3。 （2）當O點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，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A、B兩點電壓不再相等。 （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點電壓高于B點電壓。測量血壓時，血壓越高，壓力F越大，金屬片形變越顯著，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)的大小來測量血壓的高低了。當然在實際上由于金屬片形變較小，所以電阻變化也較小，A、B兩點間電壓還要經(jīng)過放大才能通過電表指示出來，有的還可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來。 111