高考物理考前复习课件课件：第6章第2节《传感器的应用》（人教版选修3—2）

欢迎进入物理课堂 第2节传感器的应用 第六章传感器 微型传感器微型传感器是由亚微米至亚毫米范围内的电子元件和机械元件制成的 将传感 处理 执行诸功能融为一体的微机电系统 微型传感器尺寸小 集成化程度高 功能强大 它使人类获取信息并进行相应控制的工作可深入到微米量级的空间中进行 如今 智能传感器和微型传感器已广泛用于生活 生产 军事 科研等各个领域 例如 人体消化道智能诊查系统 它包括一粒微型探测胶囊和便携式体外接收存储装置 体外超声控测定位装置 体外数据处理系统 患者服用一粒微型探测胶囊 该胶囊从上到下经过整个消化道时 就会将各段消化道的压力 温度 pH值等参数记录下来并传输给体外接收与处理系统 这种检查不会给患者造成创伤 蚂蚁探测器 每只 蚂蚁 探测器的大小与大胡桃相当 质量仅29g 通常带有4个光传感器 4个红外接收器 以及防撞传感器 防倾斜传感器和探测 食物 存在的传感器 它可用于搜索炸弹 苍蝇 导弹 它的体形如同苍蝇般大小 能不停地飞行几个小时 速度高达20km h 它能垂直升降 急速调头 悬停于空中 隐身 潜伏 收发微波信息 当将超微型窃听 窃看装置粘在 苍蝇 导弹背上后 就可进行侦察 传感器的使用 特别是智能传感器和微型传感器的开发 利用 使人类收集信息的能力得到极大的扩展和延伸 获取信息的手段更方便 更快捷 涉及领域更广阔 更深入 世界各国都非常重视传感器在信息技术中的作用 将传感器技术列为重点发展的尖端技术 我国从事传感器研究的单位就有几千个 1 在力传感器中的应变片是一种敏感元件 多用半导体材料制成 应变片能够把形变这个力学量转换为 这个电学量 2 自动控温的电熨斗中装有双金属片温度传感器 这种传感器的作用是 3 电饭锅中温度传感器的主要元件是感温铁氧体 它的特点是 具有铁磁性 能够被磁体吸引 但 时 就失去了铁磁性 不能被磁体吸引 这个温度称为该材料的 或 1 电压2 控制电路的通断3 常温下温度上升到约103 居里温度居里点 4 温度传感器可以把温度转化为 由指针式仪表或数字式仪表显示出来 5 有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的 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 4 电信号5 减小 一 传感器应用的一般模式传感器在科技高度发达的今天 应用极为广泛 在生产和生活中离不开它 在科技领域也同样十分重要 在农业生产中 传感器广泛应用于耕种 排灌 收割等方面的自动控制 实现了最优化管理 工业生产中 由于传感器的应用而实现了生产自动化或半自动化 在航空航天领域传感器的应用尤为重要 如载人飞船应用大量传感器供遥测和遥控系统使用等 二 力传感器的应用 电子秤1 应变式力传感器 1 组成 由金属梁和应变片组成 2 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 下表面电阻变小 F越大 弯曲形变越大 应变片的阻值变化越大 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 2 测定压力的电容式传感器如图所示 当待测压力F作用于可动膜片电极上时 可使膜片产生形变 从而引起电容的变化 如果将电容器与灵敏电流表 电源串联 组成闭合电路 当F向上压膜片电极时 电容器的电容将增大 电流表有示数 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上的电压D 外力越大 输出的电压差值也越大 BD 变式迁移 1 传感器是一种采集信息的重要器件 如图所示为测定压力的电容式传感器 A为固定电极 B为可动电极 组成一个电容大小可变的电容器 可动电极两端固定 当待测压力施加在可动电极上时 可动电极发生形变 从而改变了电容器的电容 现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路 已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转 当待测压力增大时 A 电容器的电容将减小B 灵敏电流表指针在正中央零刻度处C 灵敏电流表指针向左偏转D 灵敏电流表指针向右偏转 解析 压力增大 则电容器两极板的间距变小 电容变大 因为电容器两极板间电压不变 所以电容器要充电 电流从正接线柱到负接线柱流过电流表 指针向右偏 答案 D 三 温度传感器的应用 电熨斗1 温度传感器由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器 它可以把热信号转换为电信号进行自动控制 2 电熨斗的构造如图所示3 电熨斗的自动控温原理其内部装有双金属片温度传感器 如图所示 常温下 上 下触点应是接触的 但温度过高时 由于双金属片受热膨胀系数不同 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 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 如下图所示 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 解析 热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路 1 电路图如下图所示 2 工作过程 闭合开关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接通电炉丝加热 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 四 温度传感器的应用 电饭锅1 感温铁氧体 1 组成 氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 2 特点 常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 温度达到约103 失去铁磁性 3 居里点 又称居里温度 即指103 2 电饭锅的结构如图所示 3 电饭锅的工作原理开始煮饭时 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 饭熟后 水分被吸收 当温度上升到居里温度时 感温磁体失去磁性 开关便会自动断开 下图是电饭煲的电路图 S1是一个磁钢限温开关 手动闭合后 当此开关温度达到居里点 103 时 会自动断开 且不能自动闭合 S2是一个双金属片自动控温开关 当温度低于70 时 会自动闭合 温度高于80 时 会自动断开 红灯是加热指示灯 黄灯是保温指示灯 分流电阻R1 R2 500 加热电阻丝R3 50 两灯电阻不计 1 分析电饭煲的工作原理 2 计算加热和保温两种状态下 电饭煲消耗的电功率之比 3 如果不闭合开关S1 能将饭煮熟吗 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 这时黄灯被短路不亮 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 水烧干后 温度升高至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 3 如果不闭合开关S1 开始S2总是闭合的 R1被短路 功率为P1 当温度上升到80 时 S2自动断开 功率降为P2 温度降低到70 S2自动闭合 温度只能在70 80 之间变化 不能把水烧开 故不能煮熟饭 答案 见解析 变式迁移 2 小强在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 参照右图 下列对故障判断正确的是 A 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 由题意恒温箱内温度持续升高 说明加热器没损坏 不能选D 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 在没有确定条件下选C而不选A B 答案 C 五 光传感器的应用 火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器结构的原理图 其工作原理是 带孔的罩内装有发光的二极管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 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距离不变 下列说法正确的是 A 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 无论怎样移动触头P L消耗的功率都不变 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 光敏电阻的阻值变小 所以电流变大 则L的功率变大 答案 A 基础巩固 1 2011年江苏南京 关于传感器 下列说法中正确的是 A 电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制B 动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器C 金属热电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器D 火灾报警器都是利用温度传感器实现报警 解析 电熨斗是通过双金属片温度传感器来控制温度的 选项A错误 金属热电阻是将热学量转化为电学量的传感器 选项C错误 有的火灾报警器是利用光传感器实现报警 选项D错误 答案 B 能力提升 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 解析 如图乙可知 当t 20 时 热敏电阻阻值R1 4k 由闭合电路欧姆定律知E I1 R1 RG 代入数值可求得 RG 500 当I2 3 6mA时 设热敏电阻阻值为R2 则E I2 R2 RG 可求得R2 2k 由图乙可知 这时热敏电阻温度t 120 故正确选项为D 答案 D 祝 您 学业有成 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全