【物理】2019届二轮复习电感、电容、传感器学案（全国通用） 13页

‎2019届二轮复习 电感、电容、传感器 学案（全国通用）‎ ‎ 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=2πf 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：。‎ 此式表明电容器的电容越大，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 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 ‎【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 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。‎ ‎①⑧⑨光敏电阻：通常是由硫化镉等半导体制成，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。‎ ‎②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学量。‎ ‎③霍尔元件：通常是由半导体材料制成，其产生的霍尔电压UH＝ 。霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换为电压这个电学量。‎ ‎④力传感器：典型的应用是电子秤，其中的主要元件为应变片，它的作用是将物体形变这一力学量转化为电压这一电学量。‎ ‎⑤温度传感器：典型的应用是日光灯启动器和电熨斗，其中的主要元件为双金属片。日光灯启动器中的双金属片，其外层材料的热膨胀系数小于内层材料的热膨胀系数。‎ ‎⑥感温铁氧体：也叫感温磁体。常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，当温度上升到约103 ℃时，就失去铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。‎ 电饭锅：结构图如图所示。‎ 其工作过程：开始煮饭时压下开关按钮，由于常温下感温铁氧体具有磁性，永磁体将吸引感温磁体，因此手松开后这个按钮不会恢复到图示位置，则触点接触，电路接通，这时电饭锅处于加热状态。当水沸腾时，水的温度保持沸点不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热。当饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度上升，当温度超过103 ℃时，感温磁体失去磁性，由于弹簧的作用，按钮开关将恢复到如图所示的位置，切断电源，从而停止加热。]‎ ‎⑦光传感器：如图所示，光传感器是将光信号转化为电信号的装置，实际应用有鼠标器和火灾报警器等，烟雾式火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。罩内装有发光二极管、光电三极管和不透明挡板。平时光电三极管收不到发光二极管发出的光，呈高电阻状态。当烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。‎ ‎ 四、传感器的应用　‎ ‎1．几种传感器的原理及应用 ‎（1）力传感器的应用，如电子秤；‎ ‎（2）声传感器的应用，如话筒；‎ ‎（3）温度传感器的应用，如电熨斗、电饭锅、测温仪； . ]‎ 电熨斗的工作原理（如图）：‎ 双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。‎ 调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高；上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制。‎ ‎（4）光传感器的应用，如火灾报警器、自动计数器、机械式鼠标。‎ ‎（5）电容式传感器 ‎①角度的电容式传感器，原理是当旋转动片时，电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化，从而引起电容发生变化。如图（甲）所示。‎ ‎②液体的电容式传感器，原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体的深度发生变化时，相当于两个极板的正对面积发生变化，从而电容发生变化。如图（乙）所示。‎ ‎③位移的电容式传感器，原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时，随着电解质板位移的变化，电容随之变化。如图（丙）所示。‎ ‎④压力的电容式传感器，原理是当作用在一个电极上的压力改变时，金属片的形状发生变化，两金属板的距离发生变化，电容随之改变。如图（丁）所示。‎ ‎2．题型 题型一、热敏电阻的原理及应用　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎【题4】如图，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω，S为开关。已知RT在95 ℃‎ 时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20 ℃ 95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。‎ ‎（1）在图中画出连线，完成实验原理电路图。‎ ‎（2）完成下列实验步骤中的填空：‎ a．依照实验原理电路图连线。‎ b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃。‎ c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。‎ d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________。‎ e．将RT的温度降为T1（20 ℃