人教版物理选修3-2 第6章第2节 传感器的应用

【2012精品课件】人教版物理选修3-2第6章第二节传感器的应用\n课标定位学习目标：1.知道传感器应用的一般模式．2．理解电子秤、电熨斗、火灾报警器的工作原理．3．了解电饭锅的结构和工作原理．重点难点：传感器在实际中的应用．\n核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第二节传感器的应用课前自主学案\n课前自主学案一、传感器应用的一般模式\n二、传感器的应用1．力传感器的应用——电子秤(1)组成：由金属梁和_______组成．(2)工作原理：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，下表面的电阻变小，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．应变片\n(3)作用：把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．2．温度传感器的应用——电熨斗(1)敏感元件：__________温度传感器．(2)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生形变从而控制电路的通断．双金属片\n3．温度传感器的应用——电饭锅(如图6－2－1)(1)敏感元件：_____________．(2)居里温度：感温铁氧体常温下具有______性，温度上升到约_______时，失去铁磁性．这一温度又称为“居里点”．图6－2－1感温铁氧体铁磁103℃\n(3)电饭锅工作原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103℃时，铁氧体失去铁磁性，与永久磁体失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．\n4．光传感器的应用——火灾报警器(如图6－2－2)(1)组成：光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．(2)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，其电阻减小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．图6－2－2\n核心要点突破一、传感器问题分析1．分析思路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．\n(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．\n即时应用(即时突破，小试牛刀)1.(2011年潮州高二检测)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6－2－3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6－2－3\nA．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：选BD.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．\n二、常见传感器的应用实例1．生活中的传感器(1)与温度控制相关的家电电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．\n2．生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术,有效地减少了霉变现象．\n(3)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．(4)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．\n3．航天中的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．\n即时应用(即时突破，小试牛刀)2．(2011年威海高二检测)“嫦娥二号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有()A．味觉传感器B．气体传感器C．听觉传感器D．视觉传感器解析：选D.“嫦娥二号”月球卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器,真正需要的是为月球“画像”的视觉传感器——立体相机．\n如图6－2－4所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图．薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R1、R2、R3、R4，如图乙．图甲是它的侧面图，这4个电阻连成的电路如图丙所示,试回答下列问题：课堂互动讲练类型一力传感器的应用例1图6－2－4\n(1)开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？(2)当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？【思路点拨】电压表无示数也就是A、B两点等电势，即R1与R2的分压情况和R3与R4的分压情况完全相同．\n\n(2)当O点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽，即R1、R4增大，R2、R3减小，这时A、B两点电势不再相等．\n【规律总结】分析传感器类问题，一要注意传感器感受到的是何物理量，二要注意敏感元件输出哪种电信号．\n变式训练1压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图6－2－5甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是()图6－2－5\nA．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动解析：选D.由小球受力可知：a∝FN，又因为压敏电阻的阻值随压力增大而减小，而电流增大，则I的大小反映了a的大小，所以0～t1内I不变，小车做匀加速运动，t1～t2内小车加速度增大，t2～t3内小车做匀加速运动．\n如图6－2－6所示，甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20kΩ、R2＝10kΩ、R3＝40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在()类型二温度传感器的应用例2\n图6－2－6A．10℃B．20℃C．35℃D．45℃\n【思路点拨】由题可知，Uab＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得Uab＝0时Rt的阻值，然后由乙图读出对应的温度．\n\n【答案】C【规律总结】本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电器．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．\n变式训练2如图6－2－7所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电器，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()图6－2－7\nA．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、B端解析：选BD.当温度升高时，热敏电阻的阻值减小,通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，所以应把恒温箱内的加热器接在A、B端．\n类型三光传感器的应用例3如图6－2－8所示为一实验中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图．A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮．车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示．若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是________；小车速度的表达式为v＝________；行程的表达式为s＝______.\n图6－2－8【精讲精析】这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决．但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮(或车轮)的转动有关，也就与速度和行程有关．\n\n【规律总结】本题的理论依据是最基本的匀速运动中的速度、时间与位移的关系及角速度与线速度的关系，关键是将测量量与运动速度、时间和行程关联起来．这类题目是物理知识在实际中的应用，要很好的解答就要善于知识的迁移，对学生提出了更高的要求．对此，我们只能要求学生关注周围的事物，经常想一想它们工作的原理与物理知识的关系，扩大眼界，开阔思路．\n变式训练3如图6－2－9所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是()图6－2－9\nA．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变解析：选A.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，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大．\n