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2019年高考物理双基突破(二)专题35电感、电容、传感器精讲.doc

1、1专题 35 电感、电容、传感器一、电感对交变电流的阻碍作用在交流电路中,电感线圈除本身的电阻对电流有阻碍作用以外,由于自感现象,对电流起着阻碍作用。如果线圈电阻很小,可忽略不计,那么此时电感对交变电流阻碍作用的大小,用感抗( XL)来表示。由于交变电流大小和方向都在发生周期性变化,因而在通过电感线圈时,线圈上匀产生自感电动势,自感电动势总是阻碍交流电的变化。 又因为自感电动势的大小与自感系数( L)和电流的变化率有关,所以自感系数的大小和交变电流频率的高低决定了感抗的大小。关系式为: XL=2f L。此式表明线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感对交变电流的作用就越大,感抗也就越大。自

2、感系数很大的线圈有通直流、阻交流的作用,自感系数较小的线圈有通低频、阻高频的作用。电感线圈又叫扼流圈,扼流圈有两种:一种叫做低频扼流圈,线圈的自感系数 L 很大,作用是“通直流。阻交流” ,另一种叫做高频扼流圈,线圈的自感系数很小,作用是“通低频,阻高频” 。二、电容器对交变电流的阻碍作用 直流电流是不能通过电容器的,但在电容器两端加上交变电压时,通过电容器的充放电,即可实现电流“通过”电容器。这样,电容器对交变电流的阻碍作用就不是无限大了,而是有一定的大小,用容抗( XC)来表示电容器阻碍电流作用的大小,容抗的大小与交变电流的频率和电容器的电容有关,关系式为: 12f。此式表明电容器的电容越

3、大,交变电流的频率越高,电容对电流的阻碍作用越小,容抗也就越小。由于电容大的电容器对频率高的交流电流有很好的通过作用,因而可以做成高频旁路电容器,通高频、阻低频;利用电容器对直流的阻止作用,可以做成隔直电容器,通交流、阻直流。电容器在电路中表现为“通交流、隔直流、通高频、阻低频” 。电容的作用不仅存在于成形的电容器中,也存在于电路的导线、元件及机壳间,当交流电频率很高时,电容的影响就会很大.通常一些电器设备和电子仪器的外壳会给人以电击的感觉,甚至能使测试笔氖管发光,就是这个原因。【题 1】如图,交流电源的电动势有效值与直流电源的电动势相等,两电源的内阻均可忽略,三个灯泡是完全相同的,分别与定值

4、电阻、电感器和电容器相接。当 S 接 1 时三个灯泡的亮度相同,那么 S 接 2时2A三个灯泡亮度相同 B甲灯比乙灯亮,丙灯不亮C甲灯比乙灯暗,丙灯不亮 D甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮【答案】C【题 2】 (多选)某音响电路的简化电路图如图,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则A电感 L1的作用是通高频 B电容 C2的作用是通高频C扬声器甲用于输出高频成分 D扬声器乙用于输出高频成分【答案】BD【题 3】如图,交流电源的电动势有效值与直流电源的电动势相等,两电源的内阻均可忽略,三个灯泡是完全相同的,分别与定值电阻、电感器和电容器相接。当 S 接 1 时三个灯泡的亮度相同,那么 S 接 2时3

5、A三个灯泡亮度相同 B甲灯比乙灯亮,丙灯不亮C甲灯比乙灯暗,丙灯不亮 D甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮【答案】C三、传感器1传感器一般概念:传感器是指这样一类元件 ,它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器是一种采集信息的重要器件。一般由敏感元件和输出部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换为电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。常见的传感器有:热电传感器、光电传感器、声电传感器、力传感器等。2传感器的原理:传感器感受到的通常是

6、非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号非常微弱,通常经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作。3传感器的分类:常用的分类方法有两个。(1)按输入量分类,如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时,相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器。(2)按传感器的工作原理分类,可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。(3)传感器的元件:制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。光敏电阻:通常是由硫化镉等半

7、导体制成,其特点是光照变强,电阻变小。光敏电阻是把光照强度这个光学量转换为电阻这一电学量的元件。金属热电阻和热敏电阻:金属热电阻是由铂、铜等金属材料制成,其特点是温度升高,电阻变大;热敏电阻是由半导体材料制成,其特点是温度升高,电阻变小。它们都能够把温度这个热学量转化为电阻这个电 4题型二、光敏电阻传感器的应用【题 6】 (多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,图中虚线表示激光,圆柱体表示随传送带运动的货物,其中 R1为光敏电阻, R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是A当光照射 R1时,信号处理系统获得高电压B当光照射 R1时,信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获一次低电压就

8、计数一次D信号处理系统每获一次高电压就计数一次【答案】BD【题 7】 (多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器 B 能接收到发光元件 A 发出的光,每当工件挡住 A 发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时 间的关系,如图乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为 0.2 m,则下列说法正确的是A传送带运动的速度是 0.1 m/s B传送带运动的速度是 0.2 m/sC该传送带每小时输送 3 600 个工件 D该传送带每小时输送 7 200 个工件【答案】BC5题型三、光电传感器的应

9、用【题 8】为了节能和环保,一些公共 场所 使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为 lx) 。某光敏电阻 RP在不同照度下的阻值如下表:照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2电阻(k) 75 40 28 23 20 18(1)根据表中数据,请在图甲所示的坐标系描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示,当 1、2 两端所加电压上升至 2 V 时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给 1、2 两端提供电压,要求当

10、天色渐暗照度降低至 1.0 lx 时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。 (不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻 RP(符号 ,阻值见上表) ;直流电源 E(电动势 3 V,内阻不计) ;定值电阻: R110 k, R220 k, R340 k(限选其中之一,并在图中标出) ;开关 S 及导线若干。 【答案】 (1)随照度的增大而减小(2)见解析(2)根据串联电阻的正比分压关系, E3 V,当照度降低至 1.0 lx 时,1、2 两端电压升至 2 V,由题中6所给数据知,此时光敏电阻阻值 RP20 k, URP2 V,串联电阻分压 UR1 V,由 2,得URPUR R

11、PRR 10 k,故选定值电阻 R1,电路原理图如图乙所示。 RP2五、传感器的应用实验 1实验目的:(1)体会传感器在实际中的应用;(2)了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电路和温控电路的工作原理。2实验原理:(1)光控开关(如图所示): 白天,光强度较大,光敏电阻 RG电阻值较小,加在斯密特触 发器 A 端的电压较低,则输出端 Y 输出高电平,发光二极管 LED 不导通;当天色暗到一定程度时, RG的阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到某个值(1.6 V) ,输出端 Y 突然从高电平跳到低电平,则发光二极管 LED 导通发光(相当于路灯亮了) ,这样就达到了使路灯

12、天明熄灭,天暗自动开启的目的。 R1的阻值调高,路灯会在更暗时亮。(2)温度报警器(如图所示):常温下,调整 R1的阻值使斯密特触发器的输入端 A 处于低电平,则输出端 Y 处于高电平,无电流通过峰鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,热敏电阻 RT阻值减小,斯密特触发器输入端 A 电势升高,当达到某一值(高电平) ,其输出端由高电平跳到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声。 R1的阻值越小,则报警温度越高。(3)实验器材:斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管( LED) 、可变电阻、定值电阻、热敏电阻、蜂鸣器、集成电路实验板。(4)实验步骤实验一、光控开关7先把光敏电阻、发光二极管等电路元件按电路图

13、接好(见原理图) ;调节可变电阻,使发光二极管( LED)不发光,然后减小照射到光敏电阻的光量,观察发光二极管发光的情况;调节可变电阻 R1,探究使 LED 发光的规律。实验二、温度报警器先把热敏电阻、蜂鸣器等电路元件按电路图接好(参照图中光控开关的原 理图) ; 调节可变电阻,使蜂鸣器不发声,然后用热水使热敏电阻的温度上升,达一定温度后就会发出警报声;调节可变电阻 R1的阻值,观查报警温度的变化。5、实验注意点由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用继电器来启闭工作电。路【题 10】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,

14、其工作原理如图( a)所示,将压敏电阻和一块挡板固定 在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球小车向右做直线运动的过程中,电流表示数如图( b)所示,下列判断正确的是A从 t1到 t2时间内,小车做匀速直线运动 B从 t1到 t2时间内,小车做匀加速直线运动C从 t2到 t3时间内,小车做匀速直线运动 D从 t2到 t3时间内,小车做匀加速直线运动【答案】D8阻较小,且是一确定的值,小球对压敏电阻的作用力恒定,小车做匀加速直线运动,D 正确。【题 11】如图所示,实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时,数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况。从图中可知道该钩码的重力约为_N, A、 B、 C、 D 四段图线中钩码处于超重状态的为_,处于失重状态的为_。【答案】10 N AD BC【解析】拉力大小不变时,力传感器悬挂的钩码在竖直方向上做匀速运动,拉力大小等于重力,约 10 N;力传感器的读数大于重力时,钩码处于超重状态,即 A、D 状态;当力传感器的读数小于重力时,钩码处于失重状态,即 B、C 状态。

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