3　实验：传感器的应用 (4)

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 传感器,人教物理选修,3-2,了解传感器应用的一般模式,知道电子秤、电熨斗的工作原理,知道电饭锅的结构与原理，加深对温度传感器的应用认识,了解光传感器的应用,火灾报警器,能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的应用,在日常生活中，我们经常见到电子秤例如，在超市里，当我们购买水果时，售货员把水果放在表面平整的电子秤上，电子秤就可显示出所购水果的质量及应付的钱数你想探究一下它的工作原理吗？,1,电子秤里有,_,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,，它能够把物体,_,，这个力学量转换为,_,这个电学量，因而电子秤是,_,的应用,2,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,3,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，能够被磁体吸引，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,“,_,”,或,“,居里点,”,4,感温铁氧体是用,_,、,_,和,_,混合烧结而成的,答案：,1.,电阻应变片；电阻；形变；电压；力传感器,2,控制电路的通断；膨胀系数,3,感温铁氧体；居里温度,4,氧化锰、氧化锌、氧化铁粉末,(1),力传感器的应用,电子秤,常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成,此种力传感器的工作原理,如图所示：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变大，下表面的电阻变小,F,越大，弯曲形变越大，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，那么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越大,应变片能把物体形变这个力学量，转换为电压这个电学量,(2),温度传感器的应用,电熨斗,电熨斗能够自动控制温度，其装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断,电熨斗的结构图,如图为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属,用电熨斗熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度它是如何利用调温旋钮来实现的？,答案：,通过调温旋钮来调节升降螺丝的高度来实现不同温度的设定如需设定的温度较高，则应使升降螺丝下降；反之，升高,.,(1),电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体,它的特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到约,103,时，就失去了铁磁性，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”,(2),电饭锅的结构,(1),用电饭锅烧水，水开后能否自动断电？,(2),用电饭锅煮饭，饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？,答案：,(1),水沸腾后温度在,100,不变，没有达到居里点，故不会断电，只能等到水熬干后，温度升至,103,才会断电,(2),饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”,(,约,103),时，感温铁氧体失去磁性，磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位,.,(1),有些火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的,(2),这种火灾报警器的工作原理结构：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,如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为,2.0kg,的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器,a,、,b,上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器,b,在前，传感器,a,在后，汽车静止时，传感器,a,、,b,的示数均为,10N(,取,g,10m/s,2,),(1),若传感器,a,的示数为,14N,、,b,的示数为,6.0N,，求此时汽车的加速度大小和方向,(2),当汽车以怎样的加速度运动时，传感器,a,的示数为零,解析：,传感器上所显示的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小,(1),如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力,F,1,14N,，右侧弹簧对滑块的向左的推力,F,2,6.0N.,答案：,(1)4.0m/s,2,向右,(2)10m/s,2,向左,(2010,潮州高二检测,),压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体,m,，升降机静止时电流表示数为,I,0,.,某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中,(,),A,物体处于失重状态,B,物体处于超重状态,C,升降机一定向上做匀加速运动,D,升降机可能向下做匀减速运动,答案：,BD,解析：,电流表的示数变为,2,I,0,.,且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，,B,、,D,正确，,A,、,B,错误,.,在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是,PTC,元件，,PTC,元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率,随温度,t,的变化关系如图所示，由于这种特性，,PTC,元件具有发热、保温双重功能对此，以下判断正确的是,(,),通电后，其电功率先增大，后减小,通电后，其电功率先减小，后增大,当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在,t,1,不变,当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在,t,1,和,t,2,之间的某一值不变,A,B,C,D,解析：,当电热灭蚊器温度由,0,升到,t,1,的过程中，电阻器的电阻率,随温度升高而减小，其电阻,R,随之减小，由于加在灭蚊器上的电压,U,保持不变，灭蚊器的热功率,P,随之增大，当,t,t,1,时，,P,P,1,达到最大当温度由,t,1,升高到,t,2,的过程中，,增大，,R,增大，,P,减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率,P,也就越大；因此在这之间的某一温度,t,3,会有,P,P,3,P,，即电热功率,P,减小到等于散热功率时，即达到保温；当,t,P,，使温度自动升高到,t,3,；当,t,t,3,，,P,解析：,R,1,、,R,2,起的作用是限流，防止指示灯,(,氖泡,),因电流过大而烧毁，,S,2,是自动控制温度开关，当温度低于,70,时自动闭合，当温度高于,70,80,时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于,R,3,的功率较大，因此,R,2,R,3,，由于开关,S,1,必须当温度达到,103,时才自动断开，而水的沸点只有,100,，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后,S,1,才会断开,.,如图,(1),所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图,(2),所示，试根据这一特性设计一个自动光控电路,解析：,由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大,根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示,控制过程是：当有光照时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作,点评：,光传感器是重要的传感器之一，人们运用硫化镉对可见光敏感的特性，制作路灯自动开关、光照自动调节装置等自控设备，利用某些半导体材料对红外光敏感的特性，制作遥控设备，广泛的应用在电视机、录像机、空调、影碟机等家用电器的操作中，由于对红外光敏感的元件对可见光不敏感，用它制作的装置不受可见光影响，因此它的应用十分广泛,如图所示，电源两端的电压恒定，,L,为小灯泡，,R,为光敏电阻，,D,为发光二极管,(,电流越大，发光越强,),，且,R,与,D,距离不变，下列说法中正确的是,(,),A,当滑动触头向左移动时，,L,消耗的功率增大,B,当滑动触头向左移动时，,L,消耗的功率减小,C,当滑动触头向右移动时，,L,消耗的功率可能不变,D,无论怎样移动滑动触头，,L,消耗的功率不变,答案：,A,解析：,电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则,L,的功率变大,