2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第5章传感器5.2常见传感器的工作原理及应用(3)课件

常见传感器的工作原理及应用\n1.基本知识(1)洗衣机中的传感器全自动洗衣机已经实现利用_______和电脑技术对洗涤全过程进行检测和控制．近年来的模糊洗衣机中的传感器大致有以下几类：______传感器、______传感器、_____传感器、______传感器、________传感器、__________传感器、______(压电)传感器,这些传感器收集到的信息,经微电脑综合推理判断后,执行______的工作程序．生活中的传感器传感器水位负载量水温布质洗涤粉脏污程度脱水最佳\n(2)电冰箱中的传感器电冰箱主要由______系统和控制系统两大部分组成．控制系统主要包括：_________控制、_________控制、______________保护等．(3)家用报警器①居家生活中,煤气泄漏会危及人身安全,需要加以防范．我们可以利用______元件制作有害气体报警器和______气体报警器．②有一种敲击防盗报警器,它利用______式传感器对门窗玻璃损毁产生反应,形成对报警装置的启动．还有一种冲击防盗报警器,由______传感器和______电路两部分组成．制冷温度自动除霜温度过热及过电流气敏可燃压电冲击执行\n(4)传感器与人的感官①____传感器和由它制成的录像头和监控探头,可以类比人的眼睛．②对有毒有害气体进行监控的______和______传感器,相当于人的鼻和舌等嗅觉、味觉器官．③______和______传感器,以及______传感器可以认为相当于人的触觉器官,如手、足、皮肤等．④___传感器相当于人的耳朵．在有些探测活动中,传感器可以比人______,或者可以报告更______的结果,传感器确实有“______”之处．光化学生物力学振动温度声灵敏准确过人\n2．思考判断(1)无人管理的自动灌溉系统,用到了湿度传感器．(√)(2)传感器只能用于高端科技中,日常生活中的传感器并不多见．(×)(3)测量人体重的电子秤,用到了压力传感器．(√)3．探究交流为什么说传感器就像人的眼睛、耳朵？【提示】应从感知外界信息角度理解,人的眼睛、耳朵不断为我们收集外界信息,并通过神经系统将信号传送到大脑,而传感器的敏感元件也在感受外界的相关变化,并将其转换为电信号,传送给下一级装置分析、执行．\n1.基本知识(1)光控自动照明电路①电路原理图简单的光控和温控电路(选学)图3－3－1\n②功能利用______电阻作控制元件从而通过光线来实现自动控制,使电路在天亮时自动______,天黑时自动______．③调试将光敏电阻用______包住使它不被光照亮,如果发光二极管不亮,则调节__________,直到发光二极管发光为止．然后将包裹光敏电阻的______打开,看它是否熄灭,如果此时发光二极管不熄灭,则再调节_______．反复使光敏电阻遮光或见光,直到可以实现发光二极管在光敏电阻________时熄灭,________时发光为止．此时发光二极管就相当于一个由环境明暗变化而自动控制的灯．光敏切断导通黑纸电位器R1黑纸电位器有光照无光照\n(2)温控电熨斗①电路原理图图3－3－2\n②功能利用______电阻作控制元件,从而使电熨斗的温度在低于指定值时,电热器供电加热,否则将电源关闭．③调试室温下,如果发光二极管不亮,则调节电位器R1,直到发光二极管发光为止．然后将电烤灯通电并靠近热敏电阻加热,看它是否熄灭,如果此时发光二极管不熄灭,则再调节电位器．反复将电烤灯靠近或远离______电阻,直到可以实现发光二极管在热敏电阻温度______时熄灭,正常室温时______为止．热敏热敏升高发光\n2．思考判断(1)自动照明电路实现路灯晚上亮,白天不亮,是利用光控电路来实现的．(√)(2)温控电熨斗中用的敏感元件是热敏电阻．(√)3．探究交流在蔬菜种植大棚中,人们需要控制光照强度、温度、空气湿度、空气中的二氧化碳浓度、土壤湿度等影响蔬菜生长的条件．问题：在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器？它们的作用是什么？【提示】要用到光传感器、温度传感器、湿度传感器等；作用是：感受光强、温度、湿度等.\n【问题导思】1．敏感元件在传感器的应用中起什么作用？2．根据你的观察和经验我们在哪些地方用到传感器？这些传感器用到什么敏感元件？传感器的应用分析\n1．传感器的应用步骤物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集．(2)信息加工、放大、传输．(3)利用所获得的信息执行某种操作．\n2．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．\n(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．①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转化为电压、电流、电阻等电学量,然后经过放大,传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通断,借助仪表进行显示等)．②以光传感器为例：光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等),通过敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转化为电阻、电流等电学量,然后经过放大,传输到执行机构后执行某种操作．\n车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的,为了防止万一,设计了下面的光电自动制动安全电路,只要人手不小心靠近了工件,机器就自动停转,请简述其工作原理．图3－3－3中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源,它发出的光照到光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧．图3－3－3\n【审题指导】解题时应注意以下问题：(1)观察、分析电路结构图．(2)注意应用光敏电阻的特性分析问题．【解析】当手在C、D间靠近工件时,遮挡住射向光敏电阻的光,光敏电阻的阻值迅速变大,电路中的电流减小,使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁,造成电动机断路,使工件停转以保证安全．【答案】见解析\n1．如图3－3－4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为可经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()图3－3－4\nA．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是电磁继电器线圈,所以A、B应接信号电压,线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或排斥,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用．所以选项A正确．【答案】A\n【问题导思】1．传感器与人感官相比各有什么优缺点？2．人类的五大器官可分别与哪类传感器类比？生活中的传感器\n1．传感器与人感官的优缺点好多传感器都能与人的感觉器官对号入座,但有些传感器的测量内容,是人的整体感觉所作出的判断,甚至有些传感器能够承担人的感官所做不到的任务,也有些传感器比人的感觉灵敏度高、测量结果更客观,或者能够代替人去承担危及人的健康的任务．但人也有人的优势．由于人的感官与大脑紧密联系在一起,所以感知与分析判断是融为一体的,得到的是综合的信息,认识会更全面．而且人还可以联想到环境状况及历史情况,再作出去伪存真的判断分析．综合与联想是人的优势．另外,人脑的学习及记忆对感官能力也有影响．机器人要真正达到人类的智能水平并不是容易的事．\n2．与人类的五大感官相类比的传感器光敏传感器——视觉；声敏传感器——听觉；气敏传感器——嗅觉；化学传感器——味觉；压敏、温敏、流体传感器——触觉．\n如图3－3－5所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子,由于家用交流电是单相的,启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场．在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件．这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器,电流流过PTC元件,元件发热,它的电阻率随温度升高而发生显著变化,当电动机转起来正常以后,PTC元件温度较高,电阻很大,启动绕组电流很小,以下判断正确的是()图3－3－5\nA．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C．电冰箱启动后,启动绕组功率不变,运行绕组功率是变化的D．电冰箱启动后,启动绕组功率是变化的,运行绕组功率不变【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)理解PTC元件的特点是什么？(2)分析电路的串、并联关系．\n【解析】启动时,由于PTC元件温度低,电阻小,故耗电多,故B正确．启动后,随着PTC元件的温度升高,元件本身电阻增大,通过启动绕组的电流减小,故启动绕组的功率是变化的,而运行绕组电压不变,故功率不变,故D正确．【答案】BD\n解决含电路传感器问题的技巧1．要分清是哪种敏感元件,同时熟知各类敏感元件的特点．2．根据电路结合敏感元件的变化,解决相关问题．\n2．电冰箱主要由制冷系统和控制系统两大部分组成,在控制系统中,传感器起着非常重要的作用．关于电冰箱中的传感器,下列说法正确的是()A．电冰箱中的温控器是由温度传感器控制的B．电冰箱中的温控器是由湿度传感器控制的C．电冰箱由温度传感器控制制冷压缩机的启动与停止D．电冰箱由温度传感器控制除霜温控器的启动与停止【解析】电冰箱中温度控制系统主要是温度传感器,与湿度无关．【答案】ACD\n如图3－3－6所示为某校科技活动小组制作的恒温箱电路示意图,电热丝是恒温箱的加热元件．图中的水银温度计为导电温度计,上面的金属丝A的高度可以调整,下面的金属丝B与温度计的水银接触,该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内．请根据此电路图说明恒温箱工作的原理．综合解题方略——恒温箱原理分析\n图3－3－6\n【审题指导】恒温箱电路可以分为为两部分：(1)控制电路：左边的水银温度计,低温时断电,高温时通电．(2)工作电路：左边的电热丝,低温时通电发热．高温时自动断电．【规范解答】通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝A所指示的温度时,电热丝被连接在电路中,使恒温箱温度升高．当导电温度计中的水银柱上升到金属丝A指示的温度时,继电器线圈被接通,衔铁被吸下,电热丝断电,停止加热,温度降低后线圈电路断开,衔铁被释放,电热丝再次被连入电路,如此反复,从而保持恒温箱内温度恒定．\n1．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】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．【答案】C\n2．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【解析】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．【答案】D\n3．近年流行的模糊洗衣机中的传感器有好多种,下列可能没有的是()A．水位传感器B．水温传感器C．脱水传感器D．声敏传感器【解析】近年流行的模糊洗衣机中的传感器,大致有以下几类：水位传感器、负载量传感器、水温传感器、布质传感器、洗涤粉传感器、脏污程度传感器、脱水传感器．而没有声敏传感器,故选D.【答案】D\n4．如图3－3－7所示,电吉他的弦是磁性物质,当弦振动时,线圈中产生感应电流,感应电流输送到放大器、喇叭,把声音播放出来．下列说法正确的是()A．电吉他是光电传感器B．电吉他是温度传感器C．电吉他是声音传感器D．弦改用尼龙材料原理不变图3－3－7【解析】由电吉他发声原理可知是将声音的变化转变为电流的变化,C对,A、B、D错．【答案】C\n5．如图3－3－8所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是()图3－3－8\nA．严重污染时,LDR是高电阻B．轻度污染时,LDR是高电阻C．无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响【解析】严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错；LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错；白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D对．【答案】AD