2021版高考物理一轮复习第11章交变电流传感器第3节实验：传感器的简单应用学.docx

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1、第3节　实验：传感器的简单应用1．传感器传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能将它们按照一定的规律转换为__电压、电流__等，或转换为电路的__通断__．2．制作传感器需要的元件(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻__减小__，光照减弱电阻__增大__．(2)金属热电阻和热敏电阻：金属的电阻率随温度的升高而__增大__，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻．与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而__增强__，其电阻随温度的升高而__减小__，用半导体材料可制成热敏电阻．与热

2、敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大但灵敏度较差．(3)霍尔元件：是能够把磁学量__磁感应强度__转换为电学量__电压__的传感器元件．如图所示，在__M、N__间出现的电压称为霍尔电压UH，UH＝k.式中d为金属薄片的厚度，k为霍尔系数(设q为每个运动电荷的电量，n为单位体积内电荷数，k＝)，由薄片的__材料__决定．3．传感器应用的一般模式对应学生用书p216　例1　实验室中有一自制电子秤装置，其内部结构如图甲所示，某兴趣小组想测定内部弹簧的劲度系数k.已知电源的电动势为E，内阻可忽略不计，滑动变阻器全长为L，重力加速度为g.当

3、托盘上没有放置重物时，滑片P位于图中a点，闭合开关S，当托盘上放置质量为m的重物时，滑片P随托盘一起下移，稳定后，由电压传感器(内阻无穷大)的示数U及其他给定条件，就可测定弹簧的劲度系数k.完成以下问题：7(1)在弹簧的弹性范围内，随着m的增大，电压传感器的输出电压U________(填“增大”“减小”或“不变”)，电路中的电流________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)写出输出电压U与m的关系U＝________(用k，m，E，L，g表示)．(3)该兴趣小组通过多次测量的U和m的数值，作出U－m图象如图乙所示，若图象的斜率为b，则

4、弹簧的劲度系数k＝________．[解析](1)根据电路图可知，电压表测量aP段的电压，随m增大，P点下移，aP段电阻增大，则电压U增大，而电路中的总电阻为ac段，电阻不变，故总电流不变．(2)重物放在托盘上静止时有kx＝mg，根据串联电路特征知电压表的示数为U＝.(3)作U－m图象，图象的斜率为，则弹簧的劲度系数为.[答案](1)增大　不变　(2)　(3),　　力电传感器电路中的关键元件是压敏电阻或滑动变阻器、电容器、弹簧等，解答这类问题的关键是：压敏电阻的阻值与压力的函数关系、滑片移动的距离、电容器的板间距离与力学物理量的联系．力电传感器

5、的力电联系图：)【变式1】　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(　　)7A．从0到t1时间内，升降机一定静止B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动[解析]0～t1时间内，电流不变，根据欧姆定律可知电路中的总阻值不

6、变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1到t2时间内，电流增大，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，静止时FN＝mg，t1到t2时间内根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速运动或向下做加速度增大的减速运动，故B错误，C正确；t2到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，对物块受力分析，受到重力和支持力，根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，加速度不变，所以t2到t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错

7、误．[答案]C【变式2】　某种角速度计，其结构如图所示．当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号．已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计．滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则(　　)A．电路中电流随角速度的增大而增大B．弹簧的伸长量为C．输出电压U与ω的函数式为D．此装置能测量的角速度最大不超过[解析]系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，

8、BC的电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，与角速度无关，故A错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A