第73課時電磁振蕩電磁波傳感器實驗十六：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置目標要求1.了解振蕩電路中電磁振蕩過程的能量轉化情況，掌握電磁振蕩的周期公式。2.理解麥克斯韋電磁場理論，了解電磁波的產生、發射、傳播和接收。3.掌握制作傳感器的常用元件：光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、電阻應變片的基本特性及工作原理。4.能利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。考點一電磁振蕩1.振蕩電路：產生大小和方向都做周期性迅速變化的電流(即振蕩電流)的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。2.電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器不斷地充電和放電，就會使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內的電場強度E、線圈內的磁感應強度B發生周期性的變化，這種現象就是電磁振蕩。3.電磁振蕩中的能量變化(1)放電過程中電容器儲存的電場能逐漸轉化為線圈的磁場能。(2)充電過程中線圈中的磁場能逐漸轉化為電容器的電場能。(3)在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能會發生周期性的轉化。4.電磁振蕩的周期和頻率(1)周期T＝2πLC。(2)頻率f＝12π5.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像1.LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，回路中電流最小。(×)2.LC振蕩電路中，回路中的電流最大時回路中的磁場能最大。(√)3.電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關。(×)例1(2024·山東威海市檢測)如圖為理想LC振蕩電路工作中的某時刻，電容器兩極板間的電場強度E的方向與線圈內的磁感應強度的方向如圖所示，M是電路中的一點。下列說法中正確的是()A.電路中的磁場能在增大B.流過M點的電流方向向右C.電路中電流正在減小D.電容器所帶電荷量正在減小答案C解析根據電容器極板間的電場方向可知上極板為正極板，由安培定則可知電路中電流方向為逆時針，所以該時刻電容器正在充電。電路中的電場能在增大，流過M點的電流方向向左，電路中電流正在減小，電容器所帶電荷量正在增大。故A、B、D錯誤，C正確。LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法根據電流流向判斷當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉化，處于放電過程根據物理量的變化趨勢判斷當電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強度E)增大或電流i(磁感應強度B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程根據能量判斷電場能增加時充電，磁場能增加時放電例2某LC電路的振蕩頻率為520kHz，為能提高到1040kHz，以下說法正確的是()A.調節可變電容，使電容增大為原來的4倍B.調節可變電容，使電容減小為原來的1C.調節電感線圈，使線圈電感增加到原來的4倍D.調節電感線圈，使線圈電感變為原來的1答案B解析由振蕩頻率公式f＝12πLC可知，要使頻率提高到原來的2倍，則可以減小電容使之變為原來的14，或減小電感使之變為原來的14，故B正確，A、考點二電磁波的特點及應用1.麥克斯韋電磁場理論2.電磁波(1)電磁場在空間由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要(填“需要”或“不需要”)介質。在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同，都等于光速3×108m/s。在同一介質中不同頻率的電磁波傳播速度是不同的，頻率越高，波速越小。(3)v＝λf，f是電磁波的頻率。3.無線電波的發射(1)發射條件：開放電路和高頻振蕩信號，所以要對傳輸信號進行調制。(2)調制方式①調幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變。②調頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變。4.無線電波的接收(1)當接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強，這就是電諧振現象。(2)使接收電路產生電諧振的過程叫作調諧，能夠調諧的接收電路叫作調諧電路。(3)從經過調制的高頻振蕩信號中“檢”出調制信號的過程，叫作檢波。檢波是調制的逆過程，也叫作解調。5.(1)電磁波譜：按照電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。(2)電磁波譜分類及應用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應用遞變規律無線電波<3×1011>10－3波動性強，易發生衍射無線電技術波長越長，越容易產生干涉、衍射現象，波長越短，穿透能力越強。不同頻率的電磁波在同一種介質中傳播時，頻率越高，折射率越大，速度越小紅外線1011~101510－7~10－3熱效應紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015~101610－8~10－7化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫用消毒、防偽X射線1016~101910－11~10－8穿透本領強檢查、醫用透視γ射線>1019<10－11穿透本領最強工業探傷、醫用治療1.振蕩電路的頻率越高，發射電磁波的本領越大。(√)2.要將傳遞的聲音信號向遠距離發射，必須以高頻電磁波作為載波。(√)3.振蕩電路的電場和磁場必須集中到盡可能小的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。(×)4.只有接收電路發生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。(×)5.解調是調制的逆過程。(√)例3以下關于電磁場和電磁波的說法中正確的是()A.電場和磁場總是同時存在的，統稱為電磁場B.電磁波是機械波，傳播需要介質C.電磁波的傳播速度是3×108m/sD.電磁波可在真空中傳播答案D解析變化的電場與變化的磁場相互聯系，它們統稱為電磁場，選項A錯誤；電磁波不是機械波，傳播不需要介質，選項B錯誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×108m/s，選項C錯誤；電磁波可在真空中傳播，選項D正確。例4(多選)電磁波廣泛應用在現代醫療中。下列屬于電磁波應用的醫用器械有()A.殺菌用的紫外燈B.拍胸片的X光機C.治療咽喉炎的超聲波霧化器D.檢查血流情況的“彩超”機答案AB考點三傳感器1.傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉換成的可用信號是電壓、電流等電學量，或轉換為電路的通斷。把非電學量轉換為電學量，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。傳感器應用的一般模式如圖所示：2.常見敏感元件(1)光敏電阻①特點：一般情況下，光照越強，電阻越小。②原因：光敏電阻的構成物質為半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能差；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好。③作用：把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。(2)熱敏電阻和金屬熱電阻①熱敏電阻熱敏電阻一般由半導體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻減小，如圖甲所示為某一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性曲線。②金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導線電阻的溫度特性曲線。③作用：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量。注意：在工作溫度范圍內，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(NTC)熱敏電阻器。(3)電阻應變片①作用：電阻應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為電阻這個電學量。②電子秤的組成及敏感元件：由金屬梁和電阻應變片組成，敏感元件是應變片。③電子秤的工作原理金屬梁自由端受力F?金屬梁發生彎曲?應變片的電阻變化?兩應變片上電壓的差值變化例5電熨斗在達到設定溫度后就不再升溫，當溫度降低時又會繼續加熱，使它與設定溫度差不多，在熨燙不同織物時，通過如圖所示雙金屬片溫度傳感器控制電路的通斷，從而自動調節溫度，雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數大于下層金屬的熱膨脹系數。下列說法正確的是()A.溫度升高時，雙金屬片會向上彎曲B.調節“調溫旋鈕”，使螺釘微微上升，可以使設定溫度降低C.調節“調溫旋鈕”，使螺釘微微上升，可以使設定溫度升高D.適當增加輸入電壓，可以使設定溫度升高答案B解析當溫度升高時，雙金屬片向熱膨脹系數小的金屬發生彎曲，雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數大于下層金屬的熱膨脹系數，所以溫度升高時，雙金屬片會向下彎曲，觸點斷開，故A錯誤；調節“調溫旋鈕”，使螺絲上移并推動彈性銅片上移，使雙金屬片只要稍向下彎曲，就能使觸點斷開，調節前后對比，雙金屬片向下彎曲程度要小一些，溫度要更低一些，故B正確，C錯誤；電壓不影響設定溫度，故D錯誤。例6(2024·浙江1月選考·16Ⅲ)在探究熱敏電阻的特性及其應用的實驗中，測得熱敏電阻Rt在不同溫度時的阻值如下表：溫度/℃4.19.014.320.028.038.245.560.4電阻/(×102Ω)2201601006045302515某同學利用上述熱敏電阻Rt、電動勢E＝3V(內阻不計)的電源、定值電阻R(阻值有3kΩ、5kΩ、12kΩ三種可供選擇)、控制開關和加熱系統，設計了A、B、C三種電路。因環境溫度低于20℃，現要求將室內溫度控制在20~28℃范圍，且1、2兩端電壓大于2V，控制開關開啟加熱系統加熱，則應選擇的電路是，定值電阻R的阻值應選kΩ，1、2兩端的電壓小于V時，自動關閉加熱系統(不考慮控制開關對電路的影響)。答案C31.8解析電路A，定值電阻和熱敏電阻并聯，電壓不變，故不能實現電路的控制，故A錯誤；電路B，定值電阻和熱敏電阻串聯，溫度越低，熱敏電阻的阻值越大，定值電阻分到的電壓越小，無法實現1、2兩端電壓大于2V，控制開關開啟加熱系統加熱，故B錯誤；電路C，定值電阻和熱敏電阻串聯，溫度越低，熱敏電阻的阻值越大，熱敏電阻分到的電壓越大，可以實現1、2兩端電壓大于2V，控制開關開啟加熱系統加熱，故C正確；由熱敏電阻Rt在不同溫度時的阻值表可知，20℃的阻值為60×100Ω＝6kΩ，由題意可知U12＝RtRt＋RE＝6kΩ6kΩ＋R×3V＝2V，解得R＝3kΩ；28℃時關閉加熱系統，此時熱敏電阻阻值為4.5kΩ，此時1、2兩端的電壓U12'＝34.5×103＋3×103×4.5×103V＝1.8例7(2024·河北卷·12)某種花卉喜光，但陽光太強時易受損傷。某興趣小組決定制作簡易光強報警器，以便在光照過強時提醒花農。該實驗用到的主要器材如下：學生電源、多用電表、數字電壓表0~20V、數字電流表0~20mA、滑動變阻器R(最大阻值50Ω，1.5A)、白熾燈、可調電阻R10~50kΩ、發光二極管LED、光敏電阻RG、(1)判斷發光二極管的極性使用多用電表的“×10k”電阻擋測量二極管的電阻。如圖甲所示，當黑表筆與接線端M接觸、紅表筆與接線端N接觸時，多用電表指針位于表盤中a位置(見圖乙)；對調紅、黑表筆后指針位于表盤中b位置(見圖乙)，由此判斷M端為二極管的(填“正極”或“負極”)。(2)研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性：①采用圖丙中的器材進行實驗，部分實物連接已完成。要求閉合開關后電壓表和電流表的讀數從0開始。導線L1、L2和L3的另一端應分別連接滑動變阻器的、、接線柱(以上三空選填接線柱標號“A”“B”“C”或“D”)。②圖丁為不同光照強度下得到的光敏電阻伏安特性曲線，圖中曲線Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ對應光敏電阻受到的光照由弱到強。由圖像可知，光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強而(填“增大”或“減小”)。(3)組裝光強報警器電路并測試其功能，圖戊為利用光敏電阻、發光二極管、三極管(當b、e間電壓達到一定程度后，三極管被導通)等元件設計的電路。組裝好光強報警器后，在測試過程中發現，當照射到光敏電阻表面的光強達到報警值時，發光二極管并不發光，為使報警器正常工作，應(填“增大”或“減小”)可調電阻R1的阻值，直至發光二極管發光。答案(1)負極(2)①AAD(或C)②減小(3)增大解析(1)根據電阻表結構，使用時電阻表黑表筆接內部電源正極，故當黑表筆接M端時電阻無窮大，說明M端為二極管的負極。(2)①電壓表、電流表讀數從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法，故L1、L2接滑動變阻器A接線柱，L3必須接在金屬桿兩端接線柱任意一個，即C或D。②由圖像可知，隨光照強度增加，I－U圖像斜率增大，所以電阻減小。(3)三極管未導通時，RG與R1串聯。隨著光強增強，RG電阻減小，此時三極管仍未導通，說明R1分壓小，故需要增大R1。課時精練(分值：50分)1~6題每小題5分，共30分1.5G是“第五代移動通信技術”的簡稱，其最顯著的特點之一為具有超高速的數據傳播速率，5G信號一般采用3.3×109~6×109Hz頻段的無線電波，而第四代移動通信技術4G采用的是1.88×109~2.64×109Hz頻段的無線電波，則下列說法正確的是()A.空間中的5G信號和4G信號相遇會產生干涉現象B.5G信號比4G信號所用的無線電波在真空中傳播得更快C.5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站D.5G信號比4G信號波長更長答案C解析空間中的5G信號和4G信號的頻率不同，不會產生干涉現象，故A錯誤；5G信號與4G信號所用的無線電波在真空中傳播速度一樣，均等于光速，故B錯誤；5G信號相比于4G信號的頻率高，波長短，更不容易發生衍射，所以5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故C正確，D錯誤。2.(2024·山東聊城市期中)干簧管是能夠感知磁場的常用傳感元件，小明在實驗中發現一個常開型干簧管，即初始狀態兩金屬片斷開，下列哪些操作不能使干簧管閉合()答案A解析干簧管的簧片觸點需要被不同的極性磁化才能正常工作，如果磁鐵正對觸點中心，簧片兩端磁化的極性相同，根據“同性相斥”的原理，簧片無法被吸引閉合，則選項A操作不能使干簧管閉合，選項B、C、D操作均能使干簧管閉合。故選A。3.(2025·山東臨沂市校考)如圖為某溫度報警器的電路圖。蜂鳴器M兩端的電壓超過某一數值時會鳴響，熱敏電阻Rt的阻值隨著溫度的升高而減小，R0為定值電阻，電源E的內阻不能忽略。某溫度下蜂鳴器不響，溫度升高時()A.電壓表的示數增大B.電源輸出功率一定增大C.電源的總功率一定減小D.升高到某一溫度，蜂鳴器可能會鳴響答案D解析溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，干路電流增大，電壓表示數U＝E－Ir減小，故A錯誤；內、外電阻相等時輸出功率最大，由于不知道初始時外電阻與內阻的關系，無法判斷輸出功率如何變化，故B錯誤；干路電流增大，電源的總功率P＝EI增大，故C錯誤；當Rt減小時，R0兩端的電壓U0＝IR0增大，當其達到蜂鳴器的域值時，蜂鳴器就會鳴響，故D正確。4.(多選)(來自教材改編)如圖，為測量儲物罐中不導電液體的高度，有人設計了一個監測液面高度變化的傳感器。將與儲物罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容C置于儲物罐中，電容C可通過開關S與電感或電源相連，當開關從a撥到b時，由電感L和電容C構成的回路中產生振蕩電流。通過檢測振蕩電流的頻率變化，可以推知液面的升降情況。關于此裝置，下面說法正確的是()A.電源電動勢越小，則振蕩電流的頻率越低B.當電路中電流最大時，電容器兩端的電壓最小C.開關a撥向b瞬間，電感L的自感電動勢為零D.檢測到振蕩電流的頻率增加，說明液面高度在降低答案BD解析振蕩電流的頻率為f＝12πLC，則振蕩頻率與電源電動勢無關，故A錯誤；當電路中電流最大時，電容器放電完畢，此時電容器兩端電壓最小，故B正確；開關a撥向b瞬間，電流最小，電流變化率最大，即電感L的自感電動勢最大，故C錯誤；檢測到振蕩電流的頻率增加，說明電容器的電容減小，根據C＝εrS4πkd5.(來自教材改編)(2024·北京卷·12)如圖所示為一個加速度計的原理圖。滑塊可沿光滑桿移動，滑塊兩側與兩根相同的輕彈簧連接；固定在滑塊上的滑動片M下端與滑動變阻器R接觸良好，且不計摩擦；兩個電源的電動勢E相同，內阻不計。兩彈簧處于原長時，M位于R的中點，理想電壓表的指針位于表盤中央。當P端電勢高于Q端時，指針位于表盤右側。將加速度計固定在水平運動的被測物體上，則下列說法正確的是()A.若M位于R的中點右側，P端電勢低于Q端B.電壓表的示數隨物體加速度的增大而增大，但不成正比C.若電壓表指針位于表盤左側，則物體速度方向向右D.若電壓表指針位于表盤左側，則物體加速度方向向右答案D解析由題意可知，M位于R中點位置時與兩電源間的電勢相等，設R的中點電勢為零，則M位于R的中點右側，P端電勢高于Q端電勢，A錯誤；由歐姆定律及電阻定律可知，P端與Q端電勢差與M偏離R中點的距離x成正比，由牛頓第二定律可知2kx＝ma，k為彈簧的勁度系數，m為滑塊的質量，則a與x成正比，故電壓表的示數與物體的加速度成正比，B錯誤；若電壓表指針位于表盤左側，只能確定加速度的方向，不能確定速度的方向，C錯誤；若電壓表指針位于表盤左側，滑塊左側彈簧壓縮、右側彈簧伸長，滑塊所受合力向右，故物體加速度方向向右，D正確。6.(來自教材改編)如圖所示為蘋果自動分揀裝置的示意圖。該裝置把大小不同的蘋果，按一定質量標準自動分揀為大蘋果和小蘋果。該裝置的托盤秤壓在壓力傳感器R1上。R1所受壓力越大阻值越小，當R2兩端電壓超過某一值時，使控制電路接通，電磁鐵吸動分揀開關的銜鐵。該控制電路中包含保持電路，能夠確保蘋果在分揀板上運動時電磁鐵始終保持吸動狀態。下列說法正確的是()A.為了選出質量更大的蘋果可以增加纏繞電磁鐵線圈的匝數B.為了選出質量更大的蘋果可以將電源A的輸出電壓減小C.為了選出質量更大的蘋果可以增大R2的阻值D.質量大的蘋果將進入上通道答案B解析大蘋果通過托盤秤時，R2兩端的電壓達到使控制電路接通的電壓，使電磁鐵吸動分揀開關的銜鐵，大蘋果進入下面的通道，故D錯誤；由題意：當R2兩端電壓超過某一值時，使控制電路接通，電磁鐵吸動分揀板的銜鐵。可知控制電路是否接通是由R2決定的，與電磁鐵線圈匝數無關，故A錯誤；為了選出質量更大的蘋果，就要使得R2兩端電壓保持不變，因R1減小，而其他條件不變的情況下，只能減小和傳感器R1相連接電路中電源A的輸出電壓，故B正確；為了選出質量更大的蘋果，就要使得R2兩端電壓保持不變，因壓力越大，電阻R1越小，此時回路中的電流就越大，R2的電壓就會變得更大，則要想保持R2的電壓和原來一致，則只適當減小R2的阻值，故C錯誤。7、8題每小題10分，共20分7.(10分)(2024·貴州卷·12)某實驗小組根據熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規律，探測溫度控制室內的溫度。選用的器材有：熱敏電阻RT；電流表G(內阻Rg為240Ω，滿偏電流為Ig)；定值電阻R(阻值為48Ω)；電阻箱R0(阻值0~999.9Ω)；電源E(電動勢恒定，內阻不計)；單刀雙擲開關S1、單刀單擲開關S2；導線若干。請完成下列步驟：(1)(2分)該小組設計了如圖(a)所示的電路圖。根據圖(a)，完成圖(b)中的實物圖連線。(2)(4分)開關S1、S2斷開，將電阻箱的阻值調到(填“最大”或“最小”)。開關S1接1，調節電阻箱，當電阻箱讀數為60.0Ω時，電流表示數為Ig。再將S1改接2，電流表示數為Ig2，斷開S1。得到此時熱敏電阻RT的阻值為(3)(2分)該熱敏電阻RT阻值隨溫度t變化的RT－t曲線如圖(c)所示，結合(2)中的結果得到溫度控制室內此時的溫度約為℃(結果取整數)。(4)(2分)開關S1接1，閉合S2，調節電阻箱，使電流表示數為Ig。再將S1改接2，如果電流表示數為Igk(k>1)，則此時熱敏電阻RT＝Ω(用k表示)，根據圖(c答案(1)見解析圖(2)最大300(3)9(4)50(k－1)解析(1)由題圖(a)所示的電路圖，題圖(b)中的實物圖連線如圖所示。(2)由題圖(a)可知，電阻箱起到保護電路的作用，因此開關閉合前，將電阻箱的阻值調到最大。開關S1接1時，由閉合電路歐姆定律可得Ig＝ES1接2時，則有I聯立解得RT＝R0＋Rg＝60Ω＋240Ω＝300Ω(3)由題圖(c)