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(biāo)要求1.了解振蕩電路中電磁振蕩過程的能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生、發(fā)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(yīng)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(chǎn)生大小和方向都做迅速變化的電流(即)的電路。由電感線圈L和電

容C組成最簡單的振蕩電路，稱為振蕩電路。

2.電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器不斷地和，就會使電容器極板上的電荷量q、電

路中的、電容器內(nèi)的電場強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)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能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的能。

(2)充電過程中線圈中的能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的能。

(3)在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能會發(fā)生的轉(zhuǎn)化。

4.電磁振蕩的周期和頻率

(1)周期T＝。(2)頻率f＝。

1

5.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變2化π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(guān)。()

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(qiáng)度

E的方向與線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)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

LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法

當(dāng)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

根據(jù)電流流向判

能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷

斷

量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程

根據(jù)物理量的變當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)

化趨勢判斷度B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程

根據(jù)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(diào)節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍

B.調(diào)節(jié)可變電容，使電容減小為原來的

1

C.調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈電感增加到原來4的4倍

D.調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?/p>

1

考點2二電磁波的特點及應(yīng)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(yuǎn)地向周圍傳播，形成。

(2)電磁波的傳播(填“需要”或“不需要”)介質(zhì)。在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同，都

等于。在同一介質(zhì)中不同頻率的電磁波傳播速度是的，頻率越高，波

速。

(3)v＝，f是電磁波的頻率。

3.無線電波的發(fā)射

(1)發(fā)射條件：電路和信號，所以要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制。

(2)調(diào)制方式

①調(diào)幅：使高頻電磁波的隨信號的強(qiáng)弱而改變。

②調(diào)頻：使高頻電磁波的隨信號的強(qiáng)弱而改變。

4.無線電波的接收

(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這就是

電諧振現(xiàn)象。

(2)使接收電路產(chǎn)生的過程叫作調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫作電路。

(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫作檢波。檢波是的逆過程，也

叫作。

5.(1)電磁波譜：按照電磁波的大小或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、、紫外線、X射線、。

(2)電磁波譜分類及應(yīng)用

電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律

波動性強(qiáng)，易發(fā)

無線電波<3×1011>10－3無線電技術(shù)

生衍射波長越長，越容易產(chǎn)生

－－干涉、衍射現(xiàn)象，波長

紅外線1011~1015107~103熱效應(yīng)紅外遙感

越短，穿透能力越強(qiáng)。

－

可見光1015107引起視覺照明、攝影

不同頻率的電磁波在同

化學(xué)效應(yīng)、熒光

－－

紫外線1015~1016108~107醫(yī)用消毒、防偽一種介質(zhì)中傳播時，頻

效應(yīng)、滅菌消毒

率越高，折射率越大，

射線1619－11－8穿透本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視

X10~1010~10速度越小

－

γ射線>1019<1011穿透本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療

1.振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。()

2.要將傳遞的聲音信號向遠(yuǎn)距離發(fā)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(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。()

5.解調(diào)是調(diào)制的逆過程。()

例3以下關(guān)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(tǒng)稱為電磁場

B.電磁波是機(jī)械波，傳播需要介質(zhì)

C.電磁波的傳播速度是3×108m/s

D.電磁波可在真空中傳播

例4(多選)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有()

A.殺菌用的紫外燈

B.拍胸片的X光機(jī)

C.治療咽喉炎的超聲波霧化器

D.檢查血流情況的“彩超”機(jī)

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(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律

轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等量，或轉(zhuǎn)換為電

路的。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、、處理和。

傳感器應(yīng)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(qiáng)，電阻越小。

②原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能；隨著光照

的，載流子增多，導(dǎo)電性。

③作用：把這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個電學(xué)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(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻，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，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(dǎo)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(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。

注意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上

升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。

(3)電阻應(yīng)變片

①作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個電學(xué)量。

②電子秤的組成及敏感元件：由和電阻組成，敏感元件是。

③電子秤的工作原理

金屬梁自由端受力F金屬梁發(fā)生彎曲應(yīng)變片的電阻變化兩應(yīng)變片上電壓的差值變化

例5電熨斗在達(dá)到設(shè)定溫度?后就不再升溫，?當(dāng)溫度降低時又會繼?續(xù)加熱，使它與設(shè)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(diào)節(jié)溫度，雙金屬

片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬的熱膨脹系數(shù)。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(diào)節(jié)“調(diào)溫旋鈕”，使螺釘微微上升，可以使設(shè)定溫度降低

C.調(diào)節(jié)“調(diào)溫旋鈕”，使螺釘微微上升，可以使設(shè)定溫度升高

D.適當(dāng)增加輸入電壓，可以使設(shè)定溫度升高

例6(2024·浙江1月選考·16Ⅲ)在探究熱敏電阻的特性及其應(yīng)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(xué)利用上述熱敏電阻Rt、電動勢E＝3V(內(nèi)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(guān)和加熱系統(tǒng)，設(shè)計了A、B、C三種電路。因環(huán)境溫度低于20℃，現(xiàn)要求將室內(nèi)溫

度控制在20~28℃范圍，且1、2兩端電壓大于2V，控制開關(guān)開啟加熱系統(tǒng)加熱，則應(yīng)選擇的電路

是，定值電阻R的阻值應(yīng)選kΩ，1、2兩端的電壓小于V時，自動關(guān)閉加熱系

統(tǒng)(不考慮控制開關(guān)對電路的影響)。

例7(2024·河北卷·12)某種花卉喜光，但陽光太強(qiáng)時易受損傷。某興趣小組決定制作簡易光強(qiáng)報警器，

以便在光照過強(qiáng)時提醒花農(nóng)。該實驗用到的主要器材如下：學(xué)生電源、多用電表、數(shù)字電壓表(0~20

V)、數(shù)字電流表(0~20mA)、滑動變阻器R(最大阻值50Ω，1.5A)、白熾燈、可調(diào)電阻R1、

發(fā)光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、開關(guān)和若干導(dǎo)線等。0~50kΩ

(1)判斷發(fā)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(dāng)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(diào)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(fù)

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(jìn)行實驗，部分實物連接已完成。要求閉合開關(guān)后電壓表和電流表的

讀數(shù)從0開始。導(dǎo)線L1、L2和L3的另一端應(yīng)分別連接滑動變阻器的、、

接線柱(以上三空選填接線柱標(biāo)號“A”“B”“C”或“D”)。

②圖丁為不同光照強(qiáng)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(yīng)光敏電阻受到的光

照由弱到強(qiáng)。由圖像可知，光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強(qiáng)而(填“增大”或

“減小”)。

(3)組裝光強(qiáng)報警器電路并測試其功能，圖戊為利用光敏電阻、發(fā)光二極管、三極管(當(dāng)b、e間電壓達(dá)

到一定程度后，三極管被導(dǎo)通)等元件設(shè)計的電路。組裝好光強(qiáng)報警器后，在測試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)照射

到光敏電阻表面的光強(qiáng)達(dá)到報警值時，發(fā)光二極管并不發(fā)光，為使報警器正常工作，應(yīng)

(填“增大”或“減小”)可調(diào)電阻R1的阻值，直至發(fā)光二極管發(fā)光。

答案精析

考點一

1.周期性振蕩電流LC

2.充電放電電流i磁感應(yīng)強(qiáng)度B

3.(1)電場磁場(2)磁場電場(3)周期性

4.(1)2π

判斷正誤??

1.×2.√3.×

例1C[根據(jù)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。]

例2B[由振蕩頻率公式f＝可知，要使頻率提高到原來的2倍，則可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼模?/p>

11

或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼模?故π?B?正確，A、C、D錯誤。]4

1

考點二4

2.(1)電磁波(2)不需要光速3×108m/s

不同越小(3)λf

3.(1)開放高頻振蕩(2)①振幅

②頻率

4.(1)相同(2)電諧振調(diào)諧

(3)調(diào)制解調(diào)

5.(1)波長頻率可見光γ射線

判斷正誤

1.√2.√3.×4.×5.√

例3D[變化的電場與變化的磁場相互聯(lián)系，它們統(tǒng)稱為電磁場，選項A錯誤；電磁波不是機(jī)械波，傳

播不需要介質(zhì)，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4AB

考點三

1.電學(xué)通斷傳輸控制

2.(1)②差增強(qiáng)變好③光照強(qiáng)弱

電阻(2)①減?、谠龃?3)①形變電阻②金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片

例5B[當(dāng)溫度升高時，雙金屬片向熱膨脹系數(shù)小的金屬發(fā)生彎曲，雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大

于下層金屬的熱膨脹系數(shù)，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(diào)節(jié)“調(diào)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(diào)節(jié)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(shè)定溫度，故D錯

誤。]

例6C31.8

解析電路A，定值電阻和熱敏電阻并聯(lián)，電壓不變，故不能實現(xiàn)電路的控制，故A錯誤；電路B，定值

電阻和熱敏電阻串聯(lián)，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(xiàn)1、2兩端

電壓大于2V，控制開關(guān)開啟加熱系統(tǒng)加熱，故B錯誤；電路C，定值電阻和熱敏電阻串聯(lián)，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(xiàn)