2019-2020学年高中物理 第六章 传感器 2 传感器的应用课件 新人教版选修3-2.ppt

2传感器的应用 一 力传感器的应用 电子秤1 电子秤所使用的测力装置是力传感器 它是由应变片和金属梁组成的 2 工作原理 弹簧钢梁一端固定 梁的上下表面各贴一个应变片 在梁的自由端加压 梁发生弯曲 上表面拉伸 上表面应变片的电阻变大 下表面压缩 下表面应变片的电阻变小 施力越大 弯曲形变越大 应变片的阻值变化越大 把这两个应变片的电压差值输出 在表上指示出读数 3 应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 二 温度传感器的应用 电熨斗电熨斗的构造 主要有电热丝 金属底板 升降螺钉 弹性铜片 触点 绝缘支架 双金属片 调温旋钮等组成 其中双金属片为温度传感器 是电熨斗的核心元件 它的作用是控制电路的通断 三 温度传感器的应用 电饭锅电饭锅的内部结构 电饭锅主要由接线螺钉 触点 转轴 开关按钮 感温铁氧体 永磁体 电热板 弹簧 内胆底等构成 其中感温铁氧体为主要元件 它的特点主要有 常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 但是上升到居里点时 就失去磁性 不能被磁体吸引了 四 光传感器的应用 火灾报警器1 烟雾散射火灾报警器的构造 带孔的罩子内装有发光二极管 光电三极管和不透明的挡板 2 烟雾散射式火灾报警器的工作原理 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 搜索 物联网 了解物联网发展趋势 自我检测1 正误判断 1 力传感器中金属梁是敏感元件 解析 力传感器中应变片是敏感元件 答案 2 感温铁氧体的温度上升到 居里温度 时 就会失去铁磁性 解析 感温铁氧体的温度上升到 居里温度 时 就会失去铁磁性 答案 3 光电三极管在受到光照时呈高电阻状态 解析 光电三极管在受到光照时呈低电阻状态 答案 2 传感器是各种测量和控制系统的 感觉器官 电梯超载时会自动报警 这种报警系统通常采用的传感器是 A 生物传感器B 声控传感器C 红外传感器D 压力传感器解析 电梯超载时人或物体对升降机底板的压力超过最大承载压力 所以这种报警系统通常采用的传感器是压力传感器 D正确 答案 D 探究一 探究二 探究三 力传感器的应用 电子秤问题探究在超市里 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 电子秤即可显示出所购水果的质量及应付的钱数 电子秤用到的传感器 应变片测力的原理是怎样的 探究一 探究二 探究三 要点提示 应变片的结构如图所示 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增大 下表面应变片的电阻减小 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增大 下面应变片两端的电压减小 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 探究一 探究二 探究三 知识归纳1 电子秤工作原理 2 应用 应变式传感器常用于测量汽车载重 超市的电子秤以及测量汽车 卷扬机的牵引力等 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题1 多选 关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是 A 应变片是由导体材料制成B 当应变片的表面拉伸时 其电阻变大 反之变小C 传感器输出的是金属架上的电压D 外力越大 输出的电压差值也越大解析 应变片多用半导体材料制成 应变片的表面拉伸时 其电阻变大 反之变小 故选项A错 B对 传感器输出的是应变片上 下两表面的电压差 并且随着外力的增大 输出的电压差值也增大 故C错 D对 答案 BD 探究一 探究二 探究三 力学传感器的分析方法 1 分析清楚力学传感器的工作原理 明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键 2 涉及电路计算时 注意欧姆定律及分压原理的应用 探究一 探究二 探究三 变式训练1传感器是一种采集信息的重要器件 如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路 当待测压力作用于膜片电极上时 下列说法中正确的是 若F向下压膜片电极 电路中有从a到b的电流 若F向下压膜片电极 电路中有从b到a的电流 若F向下压膜片电极 电路中不会有电流产生 若电流表有示数 说明压力F发生变化 若电流表有示数 说明压力F不发生变化A B C D 探究一 探究二 探究三 所以Q增大 从b向a有电流流过 正确 当F变化时 电容器两板的间距变化 电容变化 电容器上的带电量发生变化 电路中有电流 正确 故选A 答案 A 探究一 探究二 探究三 温度传感器的应用 电熨斗 电饭锅问题探究电饭锅的结构如图所示 1 开始煮饭时压下开关按钮 手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么 2 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动发生哪些动作 探究一 探究二 探究三 要点提示 1 煮饭时压下开关按钮 感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起 触点相接 电路接通 开始加热 手松开后 由于锅内的温度低 感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态 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 感温磁体失去磁性 在弹簧作用下永磁铁与之分离 开关自动断开 探究一 探究二 探究三 知识归纳温度传感器的工作原理 1 双金属片温度传感器的工作原理 温度变化时 因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同 双金属片发生弯曲从而控制电路的通断 2 电饭锅中温度传感器为感温铁氧体 感温铁氧体常温下具有铁磁性 温度上升到约103 时 失去铁磁性 这一温度称为该材料的 居里温度 或 居里点 用手按下开关按钮通电加热 开始煮饭 当锅内温度达到103 时 感温铁氧体失去磁性 与永久磁铁失去吸引力 被弹簧弹开 从而推动杠杆使触点开关断开 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题2 多选 电饭锅的结构图如图所示 如果感温磁体的 居里温度 为103 时 下列说法中正确的是 A 常温下感温磁体具有较强的磁性B 当温度超过103 时 感温磁体的磁性较强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 锅内的温度就不可能达到103 开关按钮就不会自动跳起答案 ACD 探究一 探究二 探究三 温度传感器广泛应用于室内空调 电冰箱等家用电器中 它是利用热敏电阻的阻值或者不同膨胀系数的双金属片等敏感元件组成 理解其温控原理 正确认识传感器在自动控制中的作用是关键 探究一 探究二 探究三 变式训练2 多选 如图所示是自动调温式电熨斗 下列说法正确的是 A 常温时上下触点是接触的B 双金属片温度升高时 上金属片形变较大 双金属片将向下弯曲C 原来温度控制在80 断开电源 现要求60 断开电源 应使调温旋钮下调一些D 由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态 应使调温旋钮下移一些解析 常温工作时 上下触点是接通的 当温度升高时 上层金属片形变大 向下弯曲 切断电源 切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些 A B D对 C错 答案 ABD 探究一 探究二 探究三 光传感器的应用 火灾报警器问题探究如图所示 火灾报警器的内部结构 它由发光二极管LED 光电三极管和不透明的挡板组成 请简述它的工作原理 要点提示 正常情况下 光电三极管接收不到LED发出的光 呈现高电阻状态 当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 探究一 探究二 探究三 知识归纳光传感器的原理及应用 1 光传感器能把光信号转化为电信号 2 最常见的光传感器有光敏电阻 光电管 光电二极管 光电三极管等 3 典型的应用 如鼠标 火灾报警器 光敏自动计数器等 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题3 如图所示 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 A 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 探究一 探究二 探究三 解析 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 部分光线照到光电三极管上 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 答案 C分析传感器的工作原理要从以下几个方面进行 1 感受量分析 明确传感器所感受的物理量 如力 热 光 磁 声等 2 输出信号分析 明确传感器的敏感元件 分析它的输入信号及输出信号 以及输入信号与输出信号间的变化规律 3 电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构 在熟悉常用元件工作特点的基础上 分析电路输出信号与输入信号间的规律 探究一 探究二 探究三 变式训练3如图所示电路 当光照强度增加时 A L1 L2都变亮B L1 L2都变暗C L1变暗 L2变亮D L1变亮 L2变暗解析 当光照强度增加时 R阻值减小 由串反 并同可得L1变亮 L2变暗 答案 D 1 2 3 1 多选 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I0 某过程中电流表的示数如图乙所示 则在此过程 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解析 电流表的示数变为2I0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 C错误 答案 BD 1 2 3 2 电熨斗能自动控制温度 在熨烫不同的织物时 设定的温度可以不同 如图为电熨斗的结构图 电熨斗内部装有双金属片 双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属 若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物 则如何调节调温旋钮 A 向下B 向上C 保持原状D 不能确定 1 2 3 解析 由题意知 电熨斗由熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物 就是要求电熨斗在低温易断开 因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属 温度升高时 使双金属片向下弯曲 上下触点脱离 电路断开 因此 应向上调节调温旋钮 双金属片受热时 易使触点分离 所以选B 答案 B 1 2 3 3 如图所示 用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路 其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小 电源甲与继电器 热敏电阻等组成控制电路 电源乙与恒温箱加热器 图中未画出 相连接 则 A 当温度降低到某一数值 衔铁P将会被吸下B 当温度升高到某一数值 衔铁P将会被吸下C 工作时 应该把恒温箱内的加热器接在C D端D 工作时 应该把恒温箱内的加热器接在A C端 1 2 3 解析 根据温度变化 分析R的变化 确定电路中电流的变化 电流增大时 继电器L对衔铁P吸引力增大 P将会被吸下 当温度降低到某一数值 热敏电阻R的阻值增大 电路中电流减小 继电器L对衔铁P吸引力减小 P将不会被吸下 故A错误 当温度升高到某一数值 热敏电阻R的阻值减小 电路中电流增大 继电器L对衔铁P吸引力增大 P将会被吸下 故B正确 恒温箱内温度高到一定数值后 应与电源断开停止加热 由以上分析可知 温度升高后 A B端断开 所以工作时 应该把恒温箱内的加热器接在A B端 故C D错误 答案 B