高中物理 第5章 传感器及其应用 第3节 大显身手的传感器课件 鲁科版选修3-2.ppt

第3节大显身手的传感器 记学习目标 1 了解传感器应用的一般模式 2 了解力传感器在洗衣机上的应用 了解光传感器在自动门上的应用 3 了解电容传感器在指纹识别器上的应用 了解传感器在机器人上的应用 4 感受传感器技术给人类生活带来的便利 了解传感器应用的设计思路 学基础导学 全自动洗衣机的水位控制装置使用了 传感器 当水位达到设定的高度时自动 进水电磁阀门 洗涤电动机电源 一 洗衣机水位控制系统 压力 关闭 接通 1 控制自动门开关的是一种 传感器 2 自动门工作流程 二 自动门 红外线 指纹识别器是通过 传感器来识别指纹的 手指皮肤与电容传感器表面构成了 由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异 三 指纹识别器 电容 电容阵列 1 机器人传感器的分类机器人传感器分为 传感器和 传感器 2 传感器用途 1 传感器用于感知外部 和外界事物对机器人的 使机器人拥有类似人的 触觉 嗅觉 味觉等感觉 从而使机器人具有拟人化的特点 2 传感器 如角度传感器 等 用于检测机器人的 四 传感器与机器人 外部 内部 外部 工作环境 刺激 视觉 听觉 内部 关节传感器 状态 悟名师指点 1 红外线传感器的工作原理任何物质 只要它具有一定的温度 高于绝对零度 都能辐射红外线 且温度不同的物体辐射出的红外线波长不同 探测器的敏感元件接收到物体发出的红外线 并将其转化成电压信号输出 便可驱动各种控制电路工作 一 红外线传感器的工作原理及应用 3 红外线传感器的应用红外线传感器常用于无接触温度测量 气体成分分析 无损探伤等 在气象预报 卫星遥感 医学 军事等领域都有广泛应用 4 自动门上的红外传感器人体辐射的红外线波长为9 m 10 m 传感器探测元件的波长灵敏度在0 2 m 20 m范围内几乎稳定不变 在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口 这个滤光片可通过光的波长范围为7 m 10 m 正好适合于人体红外辐射的探测 而对其他物体发出的红外线全部吸收 这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器 1 红外线用肉眼看不到 2 不同物质发出的红外线不同 3 一切物体均发出红外线 1 下列装置中不使用红外线传感器的是 A 电视遥控装置B 红外线温度计C 卫星遥感D 电子台秤答案 D 1 机器人的构成机器人主要包括三个部分 环境信息采集部分 相当于人的感觉器官 环境识别和动作控制部分 相当于人的大脑 动作部分 相当于人的手 脚等 2 机器人的感觉传感器是机器人的感觉器官 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 各种传感器和机器人的感觉的对应关系见下表 二 传感器使机器人拥有哪些感觉 分别是哪种传感器的功劳 机器人的发展方向是高度拟人的人工智能机器人 但目前的电脑运算能力 传感器制造技术等均相距甚远 2 机器人通过哪种传感器感知周围环境 从而避开障碍物 A 温度传感器B 压力传感器C 味觉传感器D 视觉传感器解析 机器人通过 眼睛 摄像机 即视觉传感器感知周围景物 从而避开障碍物 答案 D 讲典例精析 传感器的应用 已知敏感元件的质量为m 两侧弹簧的劲度系数均为k 电源电动势为E 电源内阻不计 滑动变阻器的总电阻值为R 有效长度为l 静态时 输出电压为U0 试推导加速度a与输出电压U的关系式 由于系统整体做加速运动 敏感元件使两弹簧均发生形变 l 同时滑动变阻器上的滑动触头也会同步的滑动 l 因而综合运用牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律即可求解 1 1 如图所示是某种电子秤的原理示意图 AB为一均匀的滑线电阻 阻值为R 长度为L 两边分别有P1 P2两个滑动头 P1可以在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动 弹簧处于原长时 P1刚好指着A端 P1与托盘固定相连 若P1 P2间出现电压时 该电压经过放大 通过转换后在显示屏上将显示物体重力的大小 已知弹簧的劲度系数为k 托盘自身质量为m0 电源电动势为正 内阻不计 当地的重力加速度为g 求 1 托盘上未放物体时 在托盘自身重力作用下 P1离A的距离x1 2 托盘上放有质量为m的物体时 P1离A的距离x2 3 在托盘上未放物体时通常先校准零点 其方法是 调节P2 使P2离A的距离也为x1 从而使P1 P2间的电压为零 校准零点后 将物体m放在托盘上 试推导出物体质量m与P1 P2间的电压U之间的函数关系式 光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用 其中就有可用于街道的路灯自动控制开关 下图为实验所用器材 其中A为光敏电阻 B为电磁继电器 C为电流放大器 D为路灯 请连成正确的电路 达到日出路灯熄 日落路灯亮的效果 并说明此电路的工作原理 用传感器设计简单的自动控制电路 解析 连线如图所示 原理 白天 光照强 光敏电阻A阻值小 控制电路中电流大 电磁铁磁力强 将衔铁吸合 两触点分离 路灯电路不通 灯不亮 傍晚 日落后光照弱 光敏电阻A阻值大 控制电路中电流小 电磁铁磁力弱 衔铁向上移使两触点接触 路灯电路接通 灯亮 2 1 如图所示为小型电磁继电器的构造示意图 其中L为含铁芯的线圈 P为可绕O点转动的铁片 K为弹簧 S为一对触头 A B C D为四个接线柱 电磁继电器与传感器配合可完成自动控制的要求 其工作方式是 A A与B接信号电压 C与D可跟被控电路串联B A与B接信号电压 C与D可跟被控电路并联C C与D接信号电压 A与B可跟被控电路串联D C与D接信号电压 A与B可跟被控电路并联解析 由图可知A B与电磁继电器线圈相连 所以A B应接信号电压 控制电磁继电器工作与否 从而使C D接通或断开 进而起到控制作用 故正确答案为A 答案 A 试综合应用 如图所示是一种悬球式加速度仪 它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度 金属球的质量为m 它系在金属丝的下端 金属丝的上端悬挂在O点 AB是一根长为L的均匀电阻丝 其阻值为R 金属丝与电阻丝接触良好 摩擦不计 电阻丝的中心C焊接一根导线 从O点也引出一根导线 两线之间接入一个电压表V 金属丝和导线电阻不计 传感器与力 电的综合 图中虚线OC与AB垂直 且OC h 电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上 整个装置固定在列车中并使AB沿车前进的方向 列车静止时金属丝呈竖直状态 当列车加速或减速前进时 金属丝将偏离竖直方向 从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小 当列车向右做匀加速直线运动时 试导出加速度a与电压表读数U 的关系式 用U U L h及重力加速度g等表示 思路点拨 列车的加速度变化时 悬球的位置发生变化 从而使电压表的示数发生变化 根据闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律求得a与U 的关系 在传感器的应用中 电路与力的知识是经常用到的 对闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律应熟练掌握 3 1 如图甲是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验 采用DIS方法对模型进行测量 其结果如图乙中电脑屏幕所示 1 图甲中的传感器为 传感器 2 图甲中 分别为三种不同类型的桥面 对于凸形桥 其相对应的压力图线应是屏幕上的 填 a b 或 c 3 如增大小球在斜槽上的高度 在图乙中大致画出小球通过凸形桥 时的压力图线 解析 1 由于是将压力信号转化为电信号 所以是压力传感器 2 桥面如题图 所示 小球在最高点时对桥的压力小于重力 桥面如题图 所示 小球对桥的压力不变 总等于重力 桥面如题图 所示 小球在最低点时对桥的压力大于重力 由此可得 对应凸形桥 的压力图线是电脑屏幕上的c 3 若增大小球在斜槽上的高度 小球通过凸形桥 时的压力图线将向下凹 即如图所示 答案 1 压力 2 c 3 见解析图 练随堂演练 1 洗衣机中的水位控制装置使用的是 A 光传感器B 压力传感器C 湿度传感器D 温度传感器答案 B 2 指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用 A 乘坐客车购票时B 过公路收费处时C 放学出校门口时D 开银行保险柜时答案 D 3 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 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 答案 C 4 下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是 A 洗衣机不加水B 洗衣机加水不能自动停止C 洗衣机不排水D 洗衣机不洗衣解析 洗衣机水位控制装置正常 才能正常加水 且加到合适的水位 若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水 所以A B可能 而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作 所以D可能 故选C 答案 C 5 全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的 当进行排水和脱水工序时 控制铁芯1的线圈通电 使铁芯2运动 从而牵引排水阀的阀门 排除污水 如图所示 以下说法中正确的是 A 若输入的控制电流由a流入 由b流出 则铁芯2中A端为N极 B端为S极B 若输入的控制电流由a流入 由b流出 则铁芯2中A端为S极 B端为N极C 若a b处输入交变电流 铁芯2不能被吸入线圈中D 若a b处输入交变电流 铁芯2仍能被吸入线圈中解析 控制电流由a b 由安培定则 电磁铁左端为N极 右端为S极 铁芯2被磁化 A端为N极 B端为S极 而被吸入线圈中 若a b处输入交变电流 铁芯1磁性不断变化 铁芯2磁性也随之变化 仍能被吸入线圈 答案 AD 6 电子打火机的点火原理是压电效应 压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比 现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器 如图所示 压电片安装在电梯地板下 电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压 若发现电压表示数增大 下列说法正确的是 A 电梯一定加速上升B 电梯一定减速下降C 电梯加速度一定向上D 电梯加速度一定向下 解析 由题意知 电压表示数增大说明电梯地板对压电片压力增大 故电梯处于超重状态 加速度一定向上C对 D错 但电梯可能加速上升也可能减速下降 A B错 答案 C 7 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随温度变化的特性来工作的 如图甲所示 电源的电动势E 9 0V 内阻不计 G为灵敏电流表 内阻Rg保持不变 R为热敏电阻 其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示 闭合开关S 当R的温度等于20 时 电流表示数I1 2mA 当电流表的示数I2 3 6mA时 热敏电阻的温度是 A 60 B 80 C 100 D 120 答案 D 谢谢观看