高二物理学案 6.2《传感器的应用》（人教版选修3-2）

1116.2 传感器的应用 学案（人教版选修3-2）1传感器应用的一般模式：_.2电子秤由_、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器组成电阻应变片受到力的作用，它的_会发生变化，从而引起上下表面的电压差发生变化把应变片放到合适的电路中，它能够把物体的_这个力学量转换为_这个电学量，因而电子秤是_传感器的应用3电饭锅中的敏感元件为_，它具有这样的性质：常温下具有_，能够被磁体吸引，当温度上升到约103时，就_，不能被磁体吸引，这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”，电饭锅是温度传感器的应用4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5下列器件是应用力传感器的是( )A鼠标器 B火灾报警器C测温仪 D电子秤6用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程下列属于这类传感器的是( )A红外报警装置B走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置D电饭锅中控制加热和保温的温控器【概念规律练】知识点一 力传感器的应用1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1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，则在此过程中( )图1A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2传感器是一种采集信息的重要器件，如图2所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是( )图2若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流若电流表有示数，则说明压力F发生变化若电流表有示数，则说明压力F不发生变化A B C D知识点二 温度传感器的应用3关于电饭锅的说法正确的是( )A电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C用电饭锅烧水，水开时能自动断电D用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位4如图3所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70时会自动闭合；温度高于80时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1R2500 ，加热电阻丝R350 ，两灯电阻不计图3(1)分析电饭煲的工作原理(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比知识点三 光传感器的应用5在如图4所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED之间的距离不变，下列说法正确的是( )图4A当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C当滑动触头P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P，L消耗的功率都不变6如图5为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理图5【方法技巧练】传感器问题的分析技巧7电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图6所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：图6(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？8如图7所示为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，该电压经过放大，通过信号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E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：图7(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之间的函数关系式参考答案课前预习练放大(转换)电路放大(转换)电路执行机构(或显示系统)2应变片 电阻 形变 电压 力3感温铁氧体 铁磁性 失去磁性4C 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5D 鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确6A 遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确课堂探究练1BD 由乙图知电流强度变为原来的二倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重状态，故选B、D.2A 当F向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由QCU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数反之，电流计有示数时，压力F必发生变化点评 力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值大小，可以得知外力的大小3BD 电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A选项错，B选项正确因水开时温度约为100，达不到居里温度，故不能自动断电，则选项C错温控开关只能手动闭合，故D正确4(1)见解析 (2)不能 (3)121解析 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 时，S2又自动断开，再次处于保温状态(2)如果不闭合开关S1，则不能将饭煮熟，因为只能加热到80.(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P1，保温时电饭煲消耗的电功率P2，两式中R并 .从而有P1P2121.点评 电饭煲的工作过程：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，温度低于“居里点103”，电饭煲不能自动断电只有水烧干后，温度升高到103才能自动断电因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温5A 滑动触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果6见解析解析 使用时发光二极管处于发光状态，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，就会发出警报点评 发光二极管具有单向导电性，导电时还能发光普通二极管只具有单向导电性7(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小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，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的8(1) (2) (3)mU解析 托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比(1)由力的平衡知识知m0gkx1，解得x1(2)放上重物重新平衡后m0gmgkx2解得x2(3)由闭合电路欧姆定律知EIR，由部分电路欧姆定律知UIR串，由，其中x为P1、P2间的距离，则xx2x1联立解得mU方法总结 分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要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，在熟悉常用电子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(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程111