高考物理第一轮总复习传感器及其工作原理教案25。

一名优秀的教师在教学方面无论做什么事都有计划和准备，作为高中教师就要精心准备好合适的教案。教案可以让学生们有一个良好的课堂环境，帮助高中教师能够更轻松的上课教学。优秀有创意的高中教案要怎样写呢？考虑到您的需要，小编特地编辑了“高考物理第一轮总复习传感器及其工作原理教案25”，欢迎阅读，希望您能阅读并收藏。

1传感器及其工作原理
一、传感器：
(1)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＿＿＿＿＿量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等＿＿＿＿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
(2)传感器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＿＿＿＿信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。
(3)常见的传感器有：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。
二、常见传感器元件：
(1)光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。
(2)金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。
(3)电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。
(4)霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量
2、传感器的应用实例(一)
一、力传感器的应用-----电子秤
1.电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用.
2.工作原理:如图6-2-1所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的
电阻＿＿＿,下表面应变片的电阻变小.F越大,弯曲形变＿＿＿,应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那末上面应变片两端的电压变大,下面应变片两端的电压变小.传感器把这两个电压的差值输出.外力越大,输出的电压差值也就,＿＿＿
二、声传感器的应用----话筒
1、话筒是一种常用的＿＿＿＿,其作用是把＿＿＿＿转换成＿＿＿＿.话筒分为＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿等几种.
2、电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.
3.驻极体话筒:它的特点是＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是＿＿＿＿.
三、温度传感器的应用-----电熨斗
1.在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是＿＿＿＿,当温度发生变化时,双金属片的＿＿＿＿不同,从而能控制电路的通断
2.电熨斗的自动控温原理:
常温下,上、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀＿＿＿＿,下部金属膨胀＿＿＿,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电源,从而保持温度不变.
四．温度传感器的应用——电饭锅
1．电饭锅中的温度传感器主要元件是＿＿＿，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，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”。
2．感温铁氧体是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合烧制而成的。
五．温度传感器的应用——测温仪
1．温度传感器可以把＿＿＿转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。
2．测温仪中的测温元件可以是＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿等，还可以是＿＿＿＿＿等。
六．光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器
1．机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个＿＿＿＿＿。
2．有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。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。

3、传感器的应用实例
１、普通二极管和发光二极管
（１）二极管具有＿＿＿＿＿＿导电性。
（２）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能＿＿＿＿。普通的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能。该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v.
２、晶体三极管
（１）晶体三极管能够把微弱的信号＿＿＿＿＿。晶体三极管的三极分别为发射极e.基极b和集电极c.
（２）传感器输出的电流或电压很＿＿＿，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为基极b的电流对电极c的电流起了控制作用。
３、逻辑电路
(１)对于与门电路，只要一个输入端输入为“＿＿”，则输出端一
定是“０”；反之，只有当所有输入都同时为“＿＿”，输出才是“１”。
(２)对于或门电路，只要有一个输入“＿＿”，则输出一定是“１”；反之，只有当所有输入都同时为“＿＿”时，输出才是“０”。
(３)非门电路中，当输入为“０”时，输出总是“＿＿”；当输入为“１”时，输出反而是“＿＿”。非门电路也称为反相器。
(４)斯密特触发器是具有特殊功能的非门。某种电子秤的原理示意图，
高考应试得分技巧
高考对考生心理素质、知识和能力、应变能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力全面考查，高考是考生在规定的时间内、规定的考场内独立解答高考试题。高考是人生成长中的一个重要环节，高考的成功将为你的人生添上新的辉煌。要想在高考中取胜，除了具备坚实的知识基础、较高的学习潜能之外，最重要的就是在考场中具有敏捷、准确的思维、较高的解题速度。
（一）、审题是解题的关键：
1.冷静审题，读懂看清题意再做题。看到陈题不要太激动，看看是否有陷阱。遇到新题型，不要紧张，要沉着应对；有的新题型，如果把物理模型建立好，往往是“高起点、低落点”的题。一句话，那就是尽量保持一颗平常心；
2.首先要审关键字、词、句，对重要的内容用笔画上；
3.多方获取信息，读题做到由粗读到细读，多角度获取信息，关键部分要咬文嚼字，捕捉有效信息，同时要排除干扰信息，实现化难为易；
4.深入推敲，挖掘隐含条件和隐含信息，这些信息可能包含在物理情景之内、物理规律和生活常识之中，也可能在隐含在题叙述中的一些关键字内、图形和表格之中，深挖隐含条件是解题的关键；
5．在审题过程中画过程图、情景图、示意图和受力图，可将复杂、抽象的物理问题简单化、形象化，有利于弄清物理过程、物理状态（分段，区间），形成正确的物理图景、建立正确的物理模型。有时准确的作图会带来事半功倍的奇效，因而准备好答题工具（如：三角板、圆规等）是应试的良好习惯；
6.对全新的物理情景要学会知识的迁移，把完全陌生的问题转化为熟悉的物理模型，然后进行求解。
（二）、规范解题是考试成功的有力保证：
1.规范思维、规范答题、抓采分点，要做到：
（1）要有必要的文字说明，包括①要指明研究对象，②准确画出受力图、运动示意图、电路图、光路图或有关图象，③要指明物理过程及其始、末状态，④要指明正方向或零位置，⑤物理量题中的符号不能更改，自设符号要说明含义；
（2）要分步解题，不要一步到位，不要跨步。尽可能减少连等式；
（3）求得的结果应有文字方程和代入题给数据的算式，最后结果应有准确的数值和单位，必要时加以讨论和说明；
（4）对于不会做的题不要放弃，也要根据相关的物理规律写出相应的步骤，争取拿步骤分。
2.物理解题表述总的原则：说理要充分，层次要清楚、逻辑要严谨、语言要规范、文字要简捷。
3.实验题的接线、作图要认真，不要潦草。如电路不能断线、不能存在断点，不能接错，接线时尽量不要交叉。同时注意的有效数字问题。
4.注意书写规范清晰，注意字母的大小写。书写时字不能太小，书写不能太轻，当然字也不能太大。答题时，应该合理地安排试卷的书写空间，不要答到答题框外，不要答错位置。
5.没做完或做错题，不要删掉。
6.因不准使用计算器，故最后结果太复杂可暂时不做，等试卷大体上完成后再来计算。
遇到难题，怎么办？
首先要保持冷静，认真读完全题，再仔细分析题意和情景。如果题目较长，设问较多，在审题时考生要划下关键词和字，揭示隐含条件，这些都是解题的突破口。但每道题目的第一问一般难度都不大，考生可以得到一些基本分。如果审题后确定没有思路，那就可以跳过。若计算量确实太大，在分析、列式填入数据后跳过，回头再算。

扩展阅读

1.1传感器及其工作原理

一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划，高中教师要准备好教案，这是老师职责的一部分。教案可以让学生能够在课堂积极的参与互动，有效的提高课堂的教学效率。那么怎么才能写出优秀的高中教案呢？以下是小编收集整理的“1.1传感器及其工作原理”，仅供参考，大家一起来看看吧。

1.1传感器及其工作原理
【学习目标】
1、知道什么是传感器
2、了解传感器的常用元件的特征

【自主学习】
一、传感器：
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＿＿＿＿＿量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等＿＿＿＿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＿＿＿＿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：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力
传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。
二、常见传感器元件：
1、光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿
这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。
２、金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。
热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。
与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。
３、电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。
４、霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量

【典型例题】
例一、如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动。
例二、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（）

A、当F向上压膜片电极时，电容将减小
B、当F向上压膜片电极时，电容将增大
C、若电流计有示数，则压力F发生变化
D、若电流计有示数，则压力F不发生变化

例三、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）
【针对训练】
1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器，热敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器。
２、为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。
3、如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（）

A、h增大
B、h减小
C、h不变
D、无法确定

4、如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（）

A、R1两端的电压增大
B、电流表的示数增大
C、小灯泡的亮度变强
D、小灯泡的亮度变弱
5、如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。
【能力训练】
1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（）
A、光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
B、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好
C、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D、半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好
2、霍尔元件能转换哪两个量（）
A、把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B、把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C、把力转换为电压这个电学量
D、把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
３、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（）
Ａ、电介质进入极板的长度
Ｂ、两极板间距
Ｃ、两极板正对面积
Ｄ、极板所带电量
４、如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（）
Ａ、电压表的示数增大
Ｂ、Ｒ２中电流减小
Ｃ、小灯泡的功率增大
Ｄ、电路的路端电压增大
5、如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（）

Ａ、Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势
Ｂ、Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势
Ｃ、Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势
Ｄ、Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势

6、有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（）
A、金属导体B、绝缘体C、半导体D、超导体
7、如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（）

A、如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B、如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显
D、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显
8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（）

A、将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B、在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C、在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D、改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
9、如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿
【学后反思】
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参考答案
典型例题：
例1、分析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。＿左＿＿右＿＿
例2、分析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。答案：AC
例3、分析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。答案：BC
例4、解：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U。
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q=QvB
又因为导体中的电流I＝neSv＝nevbd
故U＝
答案：下表面电势高电势差为
针对训练：
1、光电热电
2、声控声音电
3、A4、C
5、角度增大，正对面积减小，电容器电容变小
能力训练：1、ABD2、B3、A4、ABC5、A６、C7、C8、ABD
9、

传感器及其工作原理学案课件练习

1．(对应要点一)如图6－1－7所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏转角度为θ；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏角为θ′，则可判断()
A．θ′＝θB．θ′θ
C．θ′θD．不能确定图6－1－7
解析：光敏电阻受光照射阻值变小，且电阻值随光照强度的增大而减小，当用手挡住部分光线，光照强度变小，电阻值会变大，指针偏角变小，所以B项正确。
答案：B
2．(对应要点一)金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，图6－1－8中可能表示金属铂电阻的U－I图线是()
图6－1－8
解析：金属铂导体的电阻对温度的变化很敏感，电阻随温度的升高而增大，在一定温度下其U－I图线是非线性的且图线的斜率越来越大，故B正确。
答案：B
3．(对应要点二)如图6－1－9所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当电容值增大引起外电路的电流变化时，说明导电液体的深度h()
A．增大B．减小图6－1－9
C．不变D．无法确定
解析：由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极。当导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大。
答案：A
4．(对应要点三)如图6－1－10所示，截面为矩形的金属导体放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势有什么关系(上板为M，下板为N)()
A．φMφNB．φM＝φN图6－1－10
C．φMφND．无法判断
解析：霍尔效应是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的。根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以φMφN。故正确答案为A。

传感器及其工作原理学案（含课件和练习题）

一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，作为高中教师就需要提前准备好适合自己的教案。教案可以让学生更好的吸收课堂上所讲的知识点，让高中教师能够快速的解决各种教学问题。您知道高中教案应该要怎么下笔吗？下面是小编为大家整理的“传感器及其工作原理学案（含课件和练习题）”，仅供参考，欢迎大家阅读。

6.1传感器及其工作原理

【知识要点】
1.传感器：能够感受诸如等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为、等电学量，或转换为的通断。
2.制作传感器一些元器件：
⑴光敏电阻：光照，电阻，可以把这个光学量转换为这个电学量。
⑵金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而；用半导体材料制作的热敏电阻的电阻率随温度升高而。热敏电阻和金属热电阻能够把这个热学量转换为这个电学量。
⑶霍尔元件：能够把这个磁学量转换为这个电学量。
【典型例题】
例1、如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容变化。如果将这个电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么()
A.当F向上压膜片电极时，电容将变小。
B.当F向上压膜片电极时，电容将变大。
C.若电流计有示数，则压力F发生变化。
D.若电流计有示数，则压力F不发生变化。
例2.在自动恒温箱中，某种半导体材料的电阻率ρ与温度t的关系如图所示，已知这种材料具有发热和控温双重功勇，下列判断正确的是
⑴通电前材料温度低于t1，通电后，电压保持不变，它的功率()
A.先增大后减小B.先减小后增大
C.达到某一湿度后功率不变D.功率一直在变化
⑵当其产生的热量跟散失的热量相等时，温度保持在()
A.t1B.t2C.t1至t2间某值D.大于t2的某值
例3.传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各个领域。如图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间距离而引起电容变化的是()

例4.2007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。在下列有关其他电阻应用的方法中，错误的是()
A.电阻丝可应于电热设备中B.光敏电阻是一种光电传感器
C.热敏电阻可应用于温度测控装置中D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用

【课堂检测】
1.关于干簧管，下列说法正确的是()
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的

2.图为光敏光阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。对此计数器的工作原理，有以下说法正确的是()：
A.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压；
B.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压；
C.信号处理系统每获得高电压就计数一次；
D.信号处理系统每获得低电压就计数一次，其中

3.图为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱的原理简图，箱内的电阻R1=20kΩ、R2=10kΩ、R3=40kΩ。R4为热敏电阻，它的电阻随温度变化的曲线如图所示。当a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度可保持在()
A.10℃B.20℃C.35℃D.45℃
4.如图所示为一测定液面高低的传感器示意图，甲为固定的导体芯，乙为导体芯外面的一层绝缘物质，丙为导电液体。把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h的变化为
A.正在增大
B.正在减小
C.不变
D.无法确定

高考物理第一轮总复习教案032

第32讲动量守恒定律及其应用

教学目标
1.掌握冲量、动量、动量定理、动量守恒定律及其应用
2.理解弹性碰撞和非弹性碰撞，并会计算相关问题
重点：动量定理与动量守恒定律的应用
难点：动量守恒定律
知识梳理
一、基本概念比较
1.冲量与功的比较
(1)定义式冲量的定义式：I＝Ft(作用力在时间上的积累效果)功的定义式：W＝Fscosθ(作用力在空间上的积累效果)
(2)属性冲量是矢量，既有大小又有方向(求合冲量应按矢,量合成法则来计算)功是标量，只有大小没有方向(求物体所受外力的,总功只需按代数和计算)
2.动量与动能的比较
(1)定义式动量的定义式：p＝mv动能的定义式：Ek＝12mv2
(2)属性动量是矢量(动量的变化也是矢量,求动量的变化,应按矢量运算法则来计算)动能是标量(动能的变化也是标量,求动能的变化,只需按代数运算法则来计算)
(3)动量与动能量值间的关系p＝2mEkEk＝p22m＝12pv
(4)动量和动能都是描述物体状态的量，都有相对性(相对所选择的参考系)，都与物体的受力情况无关．动量的变化和动能的变化都是过程量，都是针对某段时间而言的．
3.动量定理
（1）动量定理的基本形式与表达式：I＝Δp．
分方向的表达式：Ix合＝Δpx，Iy合＝Δpy．
（2）动量定理推论：动量的变化率等于物体所受的合外力，即ΔpΔt＝F合．

二、动量守恒定律
1.动量守恒定律的内容
一个系统不受外力或者受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。
即：守恒是指整个过程任意时刻相等（时时相等,类比匀速）定律适用于宏观和微观高速和低速
2.动量守恒定律的表达形式
（1），即p1+p2=p1/+p2/，
（2）Δp1+Δp2=0，Δp1=-Δp2
3.理解：（1）正方向（2）同参同系（3）微观和宏观都适用

4.动量守恒定律的适用条件
（1）标准条件：系统不受外力或系统所受外力之和为零．
（2）近似条件：系统所受外力之和虽不为零，但比系统的内力小得多(如碰撞问题中的摩擦力、爆炸问题中的重力等外力与相互作用的内力相比小得多)，可以忽略不计．
（3）分量条件：系统所受外力之和虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统总动量的分量保持不变．
5.使用动量守恒定律时应注意：
（1）速度的瞬时性；
（2）动量的矢量性；
（3）时间的同一性．
6.应用动量守恒定律解决问题的基本思路和方法
（1）分析题意，明确研究对象．在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体统称为系统．对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的．
（2）对各阶段所选系统内的物体进行受力分析，弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力，哪些是作用于系统的外力．在受力分析的基础上根据动量守恒定律的条件，判断能否应用动量守恒定律．
（3）明确所研究的相互作用过程，确定过程的始末状态，即系统内各个物体的初动量和末动量的值或表达式．(注意：在研究地面上物体间相互作用的过程时，各物体运动的速度均应取地球为参考系)
（4）确定正方向，建立动量守恒方程求解．

三、碰撞
两个物体在极短时间内发生相互作用，这种情况称为碰撞。由于作用时间极短，一般都满足内力远大于外力，所以可以认为系统的动量守恒。碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。
1.弹性碰撞：碰撞过程中不但系统的总动量守恒，而且碰撞前后动能也守恒。一般地两个硬质小球的碰撞，都很接近弹性碰撞。
如两个物体弹性正碰，碰前速度分别为v1、v2，碰后速度分别为v1′、v2′，则有：
；可以解得碰后速度。

2.非弹性碰撞：碰撞过程中只有动量守恒，动能并不守恒。
3.完全非弹性碰撞：两个物体碰撞后粘在一起。
4.碰撞过程的三个基本原则
（1）动量守恒。
（2）动能不增加。
（3）碰撞后各物体运动状态的合理性。

四、反冲、爆炸现象
反冲指在系统内力作用下，系统内一部分物体向某方向发生动量变化时，系统内其余部分物体向相反的方向发生动量变化的现象。喷气式飞机、火箭等都是利用反冲运动的实例。在反冲现象里，系统的动量是守恒的。内力远大于外力，过程持续时间很短，即使系统所受合外力不为零，但合外力的冲量很小，可以忽略不计，可认为动量守恒。
爆炸过程中虽然动量守恒，但由于其他形式的能转化为机械能，所以爆炸前后机械能并不守恒，其动能要增加。

题型讲解
1.动量定理的应用问题
如图所示，一个下面装有轮子的贮气瓶停放在光滑的水平地面上，瓶的底端与竖直墙壁接触．现打开右端阀门，气体向外喷出，设喷口的面积为S，气体的密度为ρ，气体向外喷出的速度为v，则气体刚喷出时贮气瓶底端对竖直墙壁的作用力大小是()
A．ρvSB．ρv2SC．12ρv2SD．ρv2S
【解析】Δt时间内喷出气体的质量Δm＝ρSvΔt
对于贮气瓶、瓶内气体及喷出的气体所组成的系统，由动量定理得：
FΔt＝Δmv－0
解得：F＝ρv2S．
【答案】D
点评：动量定理对多个物体组成的系统也成立，而动能定理对于多个物体组成的系统不适用．

2.动量定理对生活中一些现象的解释
玻璃杯同一高度下落下，掉在水泥地上比掉在草地上容易碎，这是由于玻璃杯与水泥地撞击的过程中
A.玻璃杯的动量较大B.玻璃杯受到的冲量较大
C.玻璃杯的动量变化较大D.玻璃杯的动量变化较快
【解析】玻璃杯从相同的高度落下，落地时的速度大小是相同的，经过与地面撞击，最后速度都变为零，所以无论是落在水泥地上还是落在草地上，玻璃杯动量的变化是相同的，由动量定理可知，两种情况下玻璃杯受到的合外力的冲量也是相同的，所以选项A、B和C都是错误的；但由于掉在水泥地上时，作用的时间较短，所以玻璃杯受到的合外力的冲力较大，若把动量定理的表达式写成，就可以得出玻璃杯易碎的原因是“玻璃杯的动量变化较快”，所以选项D是正确的。
点评：本题利用动量定理解释了一个生活中很常见的例子，解决问题的关键在于抓住了两种情况中“动量变化相等”，而“作用时间不等”这两个特点。类似的现象还有很多，如跳高时落在海绵垫上，跳远时落在沙坑里，船靠码头时靠在车胎上，电器包装在泡沫塑料垫上，人从高处跳下时先用脚尖着地等等，道理都是如此。

3.求变力的冲量
如图所示，长为的轻绳的一端固定在点，另一端系一质量为的小球，将小球从点正下方处以一定的初速度水平向右抛出，经一定时间的运动轻绳被拉直，以后小球将以点为圆心在竖直平面内摆动。已知轻绳刚被拉直时绳与竖直方向成角，试求
⑴小球被水平抛出时的初速度；
⑵在轻绳被拉直的瞬间，圆心点受到的冲量。
【解析】⑴设经过时间轻绳被拉直，则由平抛运动的规律可得
解以上两式，得
，
⑵轻绳刚被拉直的瞬间，小球的瞬时速度为
设速度与竖直方向的夹角为，则
所以
显然，这与轻绳和竖直方向的夹角是相同的，则小球该时刻的动量为
设轻绳被拉直的方向为正方向，则由动量定理得
故，圆心点受到的冲量大小为，方向沿轻绳斜向下。
点评：本题涉及了平抛运动和动量定理两部分的知识，特别是第⑵问求解圆心点受到的冲量大小时，由于轻绳张力是变力，况且大小也不知道，无法用直接求解，所以根据动量定理用物体动量的变化量等效代替变力的冲量是非常方便的。

4.流体问题
一艘帆船在静水中由于风力的推动而做匀速直线运动，帆面的面积为，风速为，船速为（＜），空气密度为，帆船在匀速前进的过程中帆面所受到的平均风力大小为多少？
【解析】依题意画出示意图如图所示，以帆船为参考系，从帆面开始逆着风的方向取长度为的一段空气柱为研究对象，这部分空气的质量为
这部分空气经过时间后，相对于帆面速度都变为，设帆船前进的方向为正方向，对这部分空气柱则由动量定理得
式中的为帆面对空气柱的平均作用力大小，由牛顿第三定律可知，帆面所受到的平均风力大小为[来
点评：对于象气体、液体这种没有形状和大小的流体而言，解决的方法就是根据题意取出与一段时间相对应的一定长度的这种物体，即，想办法“找出”形状和大小，求出其质量，然后根据其动量变化，利用动量定理列出方程进行求解。

5.动量守恒定律的判断
把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪发射出子弹时，关于枪、子弹和小车的下列说法中正确的是
.枪和子弹组成的系统动量守恒
.枪和小车组成的系统动量守恒
.只有在忽略子弹和枪筒之间的摩擦的情况下，枪、子弹和小车组成的系统动量才近似守恒
.枪、子弹和小车组成的系统动量守恒
【解析】对于枪和子弹自成的系统，在发射子弹时由于枪水平方向上受到小车对它的作用力，所以动量是不守恒的，选项错；同理，对于枪和小车所组成的系统，在发射子弹的瞬间，枪受到火药对它的推力作用，因此动量也是不守恒的，选项错；对于枪、子弹和小车组成的系统而言，火药爆炸产生的推力以及子弹和枪筒之间的摩擦力都是系统的内力，没有外力作用在系统上，所以这三者组成的系统动量是守恒的，选项错，正确。
【答案】
点评：判断动量是否守恒，首先要看清系统是由哪些物体所组成的，然后再根据动量守恒的条件进行判断(具备下列条件之一即可)：
①系统不受外力；
②系统受外力，但外力的合力为零；
③系统在某一方向上不受外力或合外力为零；
④系统所受的外力远小于内力或某一方向上外力远小于内力。
满足前三条中的任何一个条件，系统的动量都是守恒的，满足第四个条件时系统的动量是近似守恒。动量守恒是自然界普遍适用的基本规律之一，它既适用于宏观、低速的物体，也适用于微观、高速的物体。

6.人、船模型
一质量为、底边长为的三角形斜劈静止于光滑的水平桌面上，如图所示。有一质量为的小球由斜劈的顶部无初速滑到底部，试求斜劈发生的位移为多大？
【解析】小球和斜劈组成的系统在整个的运动过程中都不受水平方向的外力作用，所以水平方向上系统的平均动量守恒。
设在小球由斜劈顶部滑到底部的过程中，斜劈发生的位移大小为，画出示意图如图所示，并规定斜劈的运动方向为正，则由动量守恒定律得
解得
点评：①小球和斜劈所组成的系统水平方向上是平均动量守恒，这是对全过程来说的，其实任意时刻水平方向上的总动量等于零。
②对这样的人、船模型，如果设全过程中两者对地位移大小分别为和，则根据上题中的分析结果，可得到下面的等式
这样，就把原来动量守恒定律表达式中物体质量与速度的关系转化成了物体质量与对地位移的关系，求解位移时就可以直接利用这个结论。但要注意这个表达式适用的条件是相互作用的这两个物体原来都静止。

7.子弹打木块类问题
设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
【解析】子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：
从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f，设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2，如图所示，显然有s1-s2=d
对子弹用动能定理：……①
对木块用动能定理：……②
①、②相减得：……③
点评：这个式子的物理意义是：fd恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。
由上式不难求得平均阻力的大小：
至于木块前进的距离s2，可以由以上②、③相比得出：
从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动，位移与平均速度成正比：
[学科
一般情况下，所以s2d。这说明，在子弹射入木块过程中，木块的位移很小，可以忽略不计。这就为分阶段处理问题提供了依据。象这种运动物体与静止物体相互作用，动量守恒，最后共同运动的类型，全过程动能的损失量可用公式：…④
当子弹速度很大时，可能射穿木块，这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等，但穿透过程中系统动量仍然守恒，系统动能损失仍然是ΔEK=fd（这里的d为木块的厚度），但由于末状态子弹和木块速度不相等，所以不能再用④式计算ΔEK的大小。

8.反冲问题
总质量为M的火箭模型从飞机上释放时的速度为v0，速度方向水平。火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气后，火箭本身的速度变为多大？
【解析】火箭喷出燃气前后系统动量守恒。喷出燃气后火箭剩余质量变为M-m，以v0方向为正方向，

9.爆炸问题
抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s，这时突然炸成两块，其中大块质量300g仍按原方向飞行，其速度测得为50m/s，另一小块质量为200g，求它的速度的大小和方向。
分析：手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G=(m1+m2)g，可见系统的动量并不守恒。但在爆炸瞬间，内力远大于外力时，外力可以不计，系统动量近似守恒。
设手雷原飞行方向为正方向，则整体初速度；m1=0.3kg的大块速度为m/s、m2=0.2kg的小块速度为，方向不清，暂设为正方向。
由动量守恒定律：
m/s

第33讲实验：验证动量守恒定律

教学目标
理解实验原理及操作注意事项，理解用测量水平位移代替测量水平速度的原理.
重点：掌握实验原理及注意事项
难点：掌握用测量水平位移代替测量水平速度的原理
知识梳理
实验：验证动量守恒定律
1.实验目的：验证动量守恒定律．
2.实验原理
（1）质量分别为的两小球发生正碰，若碰前运动，静止，根据动量守恒定律应有：
（2）若能测出及代入上式，就可验证碰撞中动量是否守恒．
（3）用天平测出，用小球碰撞前后运动的水平距离代替．(让各小球在同一高度做平抛运动．其水平速度等于水平位移和运动时间的比，而各小球运动时间相同，则它们的水平位移之比等于它们的水平速度之比)则动量守恒时有：．
3.实验器材
重锤线一条，大小相等、质量不同的小球两个，斜槽，白纸，复写纸，刻度尺，天平一台(附砝码)，圆规一个．
4.实验步骤
（1）先用天平测出小球质量．
（2）按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，确保碰后的速度方向水平．
（3）在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸．
（4）在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球碰前的球心位置．
（5）先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置P．
（6）把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤(5)求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N．
（7）过O、N在纸上作一直线，取OO′＝2r，O′就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置．
（8）用刻度尺量出线段OM、OP、O′N的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入看是否成立．
（9）整理实验器材放回原处．
5.注意事项
（1）斜槽末端必须水平．
（2）调节小支柱高度使入射小球和被碰小球球心处于同一高度；调节小支柱与槽口间距离使其等于小球直径．
（3）入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下．
（4）白纸铺好后不能移动．
（5）入射小球的质量应大于被碰小球的质量，且．
题型讲解
1.实验原理
应用以下两图中的装置都可以验证动量守恒定律，试比较两个装置的异同点．
【解析】如图甲乙都可以验证动量守恒定律，但乙图去掉支柱，所以有异同点如下：
共同点：入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下以保证小球在碰撞前速度相等；被碰小球的质量必须小于入射小球的质量，以保证它们碰撞后都向前做平抛运动；用直尺测水平位移；天平测质量；在实验过程中，实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变，式中相同的量要取相同的单位．
区别点：图甲中入射小球飞出的水平距离应从斜槽的末端点在纸上的垂直投影点O算起(如图甲所示)而被碰小球飞出的水平距离应从它的球心在纸上垂直投影O′算起，所以要测小球的直径，验证的公式是

2.实验知识运用
某同学用实验图1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．图中PQ是斜槽，QR为水平槽．实验时先使A球从斜槽上某—固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次，实验图1中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．B球落点痕迹如实验图2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐．
(1)碰撞后B球的水平射程应取为__________cm．
(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：________(填选项号)．
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球或B球的直径
D．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
E．测量G点相对水平槽面的高度

【解析】(1)将10个点圈在内的最小圆的圆心作为平均落点，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7cm，因最后一位数字为估计值，所以允许误差±0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正确的．
(2)由动量守恒定律①
如果，则同方向，均为正．
将式①×t，则得
从同一高度做平抛运动飞行时间t相同，所以需要测出的量有：为未碰A球的水平射程，为碰后A球的水平射程，为B球碰后的水平射程，的大小或的值．选项A，B，D是必要的．
点评：此题考查验证动量守恒定律实验中的测量方法和实验原理．重点是用最小圆法确定平均落点，实验要认真细心，不能马虎，否则(1)问很可能错为65cm．通常实验中是分别测出A、B的质量，此题出了点新意，变为两球质量之比；由动量守恒式来看，显然是可以的．

碰撞的恢复系数的定义为，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度．弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e1．某同学借用验证动力守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量．
实验步骤如下：
安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O．
第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置．
第二步，把小球2放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞．重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置．
第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．
上述实验中，
①P点是平均位置，
M点是平均位置，
N点是平均位置
②请写出本实验的原理
写出用测量物理量表示的恢复系数的表达式．
③三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？
【解析】①在实验的第一步中小球1落点的；
小球1与小球2碰后小球1落点的；
小球2落点的
②小球从槽口C飞出后作平抛运动的时间相同，假设为t，则有，，，小球2碰撞前静止，即；
③OP与小球的质量无关，OM和ON与小的质量有关