3、复习方案

基础过关

重难点：测物体加速度(加速度计)

例3．加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0。试求加速度a与输出电压U的关系式。

解析：假设a向右为正，位置向左△x

由牛顿第二定律：　　　 由分压原理：

由①②得：

答案：

例4.(变式改编)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。若电位器(可变电阻)总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U₀上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数关系式。

解析：由分压原理：U=U₀ R_x / R = U₀ Δx / L①

由牛顿第二定律：Δx=ma/2k②

由①②得：U=mU₀ a / 2kL③

答案：U=mU₀ a 2kL

点评：像这样的两条情景分析题，理清思路知晓原理很重要。然后寻找突破口列举方程，就迎刃而解。

典型例题：传感器的其它实例分析

例5.(改编)如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R₂ 为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器 R₂ 所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U 的变化情况是(　　　　　　　 )

A.　 I 变大，U 变大　　 B.　I 变小，U 变小

C.　I 变小，U 变大　　 D.　I 变大，U 变小

解析：火情时温度升高，R₂ 减小， R_总减小， I_总增大， U_内增大，U_ab减小， U_R1增大，U_并减小， I_A减小

答案：B

点评：热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，解决此类问题的方法同恒定电流中电路动态变化问题，唯一不同的是必须要知道热敏电阻的特性。

①由外到内再到外，先不变后变

②增阻，增压，减流， 减阻，减压，增流

例6.分析以下几种传感器

⑴图甲是测量　　　　 的电容式传感器，原理是　　　　　　

解析：角度θ，由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生变化时，引起S的变化，通过测出C的变化，测量动片与定片间的夹角θ

⑵图乙是测量　　　　　　 的电容式传感器，原理是　　　　　　　

解析：液面高度h，由于C∝S，h发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测定C的变化，可以测量液面高度h 的变化。

⑶图丙是测量　　　　　　 的电容式传感器，原理是　　　　

解析：压力F，由于C∝1/d，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过测出C的变化，测量压力F的变化。

⑷图丁是测量　　　　　　 的电容式传感器，原理是　　　　

解析：位移x，由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出C的变化，测量位移x的变化。

点评：电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。

第4课时　 交变电流单元测试

6.电感传感器: 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把磁信号转变成电信号，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。

5.电容式传感器:电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。

4.声电传感器:声电传感器是利用电磁感应的原理把声音信号转变成电信号。如动圈式话筒、电容式话筒等。

3.光电传感器:光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理把光信号转变成电信号制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。

2.热电传感器:热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理把热学信号转化成电学信号制成的，如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。

1.力电传感器：力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转化为电学信号(电压、电流等)的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。

2、知识网络

考点1。传感器的含义

传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电容等)的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如

考点2：传感器的分类

1、高考解读

真题品析

知识：考查传感器元件的基本常识。

例1．(08江苏)2．207年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术,被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其它电阻应用的说法中。错误的是：　　 (　　　　　 )

　 A.热敏电阻可应用于温度测控装置中

　 B.光敏电阻是一种光电传感器

　 C.电阻丝可应用于电热设备中

　 D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用。

解析：A选项：热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度，从而应用于温度测控装置中，A选项正确。

B选项：光敏电阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，B选项正确。

C选项：电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，C选项正确。

D选项：电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，D选项错误。

答案：D

热点关注

知识：传感器在现实生活中应用分析

例2．用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。

解析：热敏电阻正常时电阻值大，ab间电流小，电磁继电器磁性弱，衔铁与上触点接触，绿灯泡亮。受热时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁与下触点接触，电铃响。

①将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端。

②将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之间。

③将学生用电源与电铃分别接入c、d、之间。

点评：提高灵敏度，应该如何调节滑动变阻器？答：应该把滑动变阻器接入电路的阻值调小。在上图中滑片向右移动。

3、复习方案

基础过关

重难点：理想变压器的电压、电流、功率关系

(改编)例3.如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=220匝，交流电源的电压，电阻R=50Ω，电压表、电流表均为理想电表，则　 (　　　　　 )

A．交流电的频率为50 Hz

B．V的示数约为44 V

C．A2的示数约为1.4 A

D．A1的示数约为0.176 A

解析：A选项：由交变电流电压表达式可知频率为60赫兹，A选项错误。

B选项：由电压与匝数的关系可以知道，B选项正确。

C选项：, C选项错误。

D选项：，D选项正确。

答案：BD

点评： 原副线圈电压、电流、功率关系

典型例题：远距离输电

(07年佛山市教学质量检测)例4. 14．水利发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，是功在当代，利在千秋的大事，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40m3/s,现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000千瓦的发电机发电。

(1)设发电机输出电压为500V，在输送途中允许的电阻为5Ω，许可损耗总功率的5%，则所用升压变压器原副线圈匝数比应是多大？

(2)若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？g取10m/s2

解析：(1)设送电电流为I，损耗的功率为P耗、导线电阻为R线，由P＝I2R得：

设送电电压为U送，由P＝IU得：

则升压变压器原副线圈匝数比:

(2)发电时水的重力势能转化为电能故： 50% mgh ＝Pt

其中:

答案：⑴1:20　　　 ⑵5m

例5．发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：

(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.

(2)画出此输电线路的示意图.

(3)用户得到的电功率是多少？

解析：⑴，

，，

,

⑵

⑶

答案：⑴升压变压器1：20，降压变压器240：11　　　 ⑶96KW

点评：在远距离输电中若已知P₁、U₁、损失百分比、R_线、U₄，求其他的若干量的思路：

第3课时　 实验(11) 传感器的简单应用