2019-2020年高中物理第5章传感器及其应用第3节大显身手的传感器教学案鲁科版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理第5章传感器及其应用第3节大显身手的传感器教学案鲁科版选修3-2一、洗衣机水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置使用了压力传感器。当水位达到设定的高度时接通控制电路关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源。二、自动门1控制自动门开关的是一种红外线传感器。2自动门工作流程：三、指纹识别器指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容器，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容器的电容值也不相同。四、传感器与机器人1机器人组成由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。2机器人传感器的分类分为外部传感器和内部传感器。3传感器用途(1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。包括视觉传感器、超声波传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器等。(2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)，用于检测机器人自身的状态。1自主思考判一判(1)全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。()(2)自动门应用了红外线传感器。()2合作探究议一议(1)为什么指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，电容值就不同呢？提示：由C知，当正对面积和介电常数一定时，电容与两极间距离是一一对应的，距离越大，电容越小，所以脊和谷相对于另一个极板的距离不同时，电容值就不同。(2)机器人有哪些分类？你能说出几种？提示：家务型机器人：能帮助人们打理生活，做简单的家务活。操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。生活中的传感器1洗衣机水位控制原理分析(1)结构：如图531(a)所示，1和2分别是洗衣机的外筒和内筒，3是气室，4是传感器的膜盒。气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。图531(2)过程：向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起，如图(b)所示。当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。2传感器与机器人感觉对应表感觉所用传感器效果当前发展水平视觉视觉传感器(摄像机)使机器人拥有人眼的视觉功能离自然人的视觉水平相差甚远听觉超声波传感器、语识别装置音使机器人拥有类似人耳的听觉功能能理解一些简单的语句，不能真正实现人机对话嗅觉气体传感器使机器人拥有类似人的鼻子的功能只能识别有限的几种气体，一般机器人没有嗅觉触觉压力传感器、温度传感器、位移传感器使机器人拥有类似人的皮肤和手的功能发展水平较高，虽不如人的感觉敏锐，但能完成大部分要求特别提醒与当代的传感器相比，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，例如人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。1电子秤使用的传感器是()A超声波传感器B温度传感器C压力传感器 D红外线传感器解析：选C电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确。2(xx浙江高考)如图532所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为()图532Av(t0t)，UB.v(t0t)，UCv(t0t)，(UU0) D.v(t0t)，(UU0)解析：选D设人的身高为x，质量为m。当测重台没有站人时：当人站在测重台上时：由两式得人的身高xv(t0t)当测重台上没站人时：M0gkU0当人站在测重台上时：(M0m)gkU由两式得人的质量m(UU0)可知选项D正确。3类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A是力传感器B是光传感器C是温度传感器 D是声音传感器解析：选B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错。电容传感器原理的理解与应用1如图533甲所示是用来测定角度的电容传感器。当动片与定片之间的角度发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C 发生变化。知道电容C的变化，就可以知道角度的变化情况。2如图乙所示是测定液面高度h的电容传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中。导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质。液面高度h发生变化时，引起正对面积S发生变化，使电容C发生变化。知道电容C的变化，就可以知道液面高度h的变化情况。图5333如图丙所示是测定压力F的电容传感器。待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化。知道电容C的变化，就可以知道压力F的变化情况。4如图丁所示是测定位移s的电容传感器。随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化。知道电容C的变化，就可以知道位移s的变化情况。1电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图534所示。Q是绝缘支架，薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片M振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有()图534A电容不变B电容变小C导线AB中有向左的电流D导线AB中有向右的电流解析：选C膜片M向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大。电荷量QCU变大，电源要继续给电容器充电，所以导线AB中的电流由B流向A。2.如图535所示为一测液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到图示的电路中，已知灵敏电流计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变化为()图535Ah正在增大Bh正在减小Ch不变 D无法确定解析：选B由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上的电荷量正在减小，由QCU可知C减小，则正对面积减小，即h在减小，故B正确。1机器人技术发展迅速，以下哪方面是现有的机器人不能很好地完成的()A汽车工业中自动焊接领域B深水探险C艺术体操和与人对话D机械加工解析：选C现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术，还很难达到类似人对肢体的控制能力，其动作精确但较僵硬，语音识别能力还很差，在其他几个方面机器人都有上佳表现。2传感器的种类多种多样，其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是()A生物传感器B红外传感器C温度传感器 D压力传感器解析：选C空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确。3下列和电视机遥控器中使用同一类传感器的是()A红外报警装置B火灾报警装置C自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：选A红外报警装置接收物体发出的红外线，和电视机遥控器中使用的是同一类传感器，故A正确；火灾报警装置采用的是光敏电阻做成的光电传感器，电饭煲中控制加热和保温的温控器是热敏电阻做成的温度传感器，故B、C、D错误。4关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A应变片是由导体材料制成的B当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小C传感器输出的是应变片电压D外力越大，输出的电压差越小解析：选B应变片是由半导体材料制成的，A错误；应变片的表面拉伸时，R值变大，应变片压缩时，R值变小，B正确；传感器输出的是应变片两个电压的差值，外力越大，输出电压差值越大，C、D错误。5有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是()A两个传感器都是光电传感器B两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D只有光照和温度都适合时排气扇才能工作解析：选B题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可。6如图1所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是()图1A进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D以上说法均不正确解析：选C由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对。7压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图2甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在运动过程中，电流表的示数如图乙所示，下列判断中正确的是()图2A乙图表示电梯做匀速直线运动B乙图表示电梯做匀加速运动C乙图表示电梯做变加速运动D乙图表示电梯做匀减速运动解析：选C从题图乙可以看出电流增大，由欧姆定律知道压敏电阻阻值应该减小，结合压敏电阻特点可以判断，压力增大，而且电流逐渐变大，压力应该也是逐渐增大，说明电梯的加速度逐渐增大，所以电梯做变加速运动，C对。8(多选)如图3所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ，下列说法中正确的是()图3A常温下感温磁体具有较强的铁磁性B当温度超过103 时，感温磁体的铁磁性较强C饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ，这时开关按钮会跳起D常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ，开关按钮就不会自动跳起解析：选ACD常温下感温磁体具有较强铁磁性，A正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过“居里温度”103 ，感温磁体铁磁性消失，这时开关按钮会跳起，B错误，C正确；常压下只要锅内有水，因为水的沸点为100 ，锅内的温度就不可能达到103 ，感温磁体始终具有铁磁性，开关按钮就不会自动跳起，D正确。9演示位移传感器的工作原理如图4所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑片P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是()图4A物体M运动时，电源内的电流会发生变化B物体M运动时，电压表的示数会发生变化C物体M不动时，电路中没有电流D物体M不动时，电压表没有示数解析：选B电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故A错误。电压表测得的是滑片P左侧电阻分得的电压，故电压表的示数随物体M的移动而变化，即随滑片的运动而变化，故B正确，C、D均错误。10小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照图5，下列对故障判断正确的是()图5A只可能是热敏电阻出现故障B只可能是温度设定装置出现故障C热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D可能是加热器出现故障解析：选C恒温箱内温度持续升高，说明加热器没有损坏，选项D错误。无法自动控制，而经检查控制器又没有故障，说明控制器没问题。热敏电阻或温度设定装置出现故障都能使温度持续升高，故应选C。11某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等。图6(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图6甲中的实物图上连线。(2)实验的主要步骤：正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，_，_，断开开关；重复第步操作若干次，测得多组数据。(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图乙所示的Rt关系图像，请根据图像写出该热敏电阻的Rt关系式：R_t()(保留3位有效数字)。解析：(1)(2)水温改变后，热敏电阻的阻值会变化，在电流不变的情况下，电压表的示数随之改变。每次待温度稳定后，闭合开关，需要记录温度计的数值和电压表的数值。(3)从图像知R与t成线性关系，且纵轴上截距(当t0 时)R100 ；当t10 时，R104 ；当t70 时R128 ，所以斜率0.400，所以R1000.400t ()。答案：(1)见解析(2)记录温度计的数值记录电压表的数值(3)1000.40012现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图7所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。图7解析：电路图如图所示：工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通，电炉丝通电供热；当温度达到设计值时，热敏电阻阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。答案：见解析