6.2 传感器的应用 学案(人教版选修3-2)

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6.2 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1
A.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
①若F向上压膜片电极,电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极,电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极,电路中不会出现电流
④若电流表有示数,则说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数,则说明压力F不发生变化
A.②④   B.①④   C.③⑤   D.①⑤
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[来源:学*科*网]
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[来源:Z§xx§k.Com]
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R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,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4
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
4.C [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.][来源:学§科§网]
5.D [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.]
6.A [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
1.BD [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.]
2.A [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Q=CU,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.
3.BD [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)12∶1
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8 0 ℃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=U2R并,保温时电饭煲消耗的电功率P2=U2R1+R并,两式中R并=R2R3R2+R3=500×50500+50 Ω.从而有P1∶P2=R1+R并R并=500+500/11500/11=12∶1.
点评 ①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.
②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.
5.A [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)m0gk (2)?m+m0?gk (3)m=kLgEU
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m0 g=kx1,解得x1=m0gk[来源:学科网]
(2)放上重物重新平衡后m0g+mg=kx2
解得x2=?m+m0?gk
(3)由闭合电路欧姆定律知E=IR,[来源:Z§xx§k.Com]
由部分电路欧姆定律知U=IR串,
由R串R=xL,其中x为P1、P2间的距离,则x=x2- x1=mgk
联立解得m=kLgEU
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.


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