高二物理人教版选修3-2同步课件：6-2 传感器的应用

A. 的示数不变， 的示数增大 B. 的示数增大， 的示数增大 C. 的示数增大， 的示数增大 D. 的示数不变， 的示数减小
答案：D
解 析 ： 温 度 升 高 ， R2↓→R
总
↓→I
总
↑→
↑→UR3↑→ ↓→ ↓，而 接在原线圈的电源两端，不 发生变化，D 正确.
温度传感器的应用——电饭锅
如图所示是电饭锅的结构图，试回答下列问 题：
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这 个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？ (2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温 度？为什么？ (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么 变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？ (4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？ 为什么？
到保温；当t<t3，P>P′，使温度自动升高到t3；当t>t3， P<P′，使温度自动降为t3，实现自动保温，正确答案为 D.
答案：D
点评：对给定图象的题目，注意分析图象信息，把握 变化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论．
如下图所示，M 是一小型理想变压器，接线柱 a、b 接在电压 u＝311sin314tV 的正弦交流电源上，变压器右 侧部分为一火警报警系统原理图，其中 R2 为用半导体热 敏材料制成的传感器，电流表 为值班室的显示器，显示 通过 R1 的电流，电压表 显示加在报警器上的电压(报警 器未画出)，R3 为一定值电阻．当传感器 R2 所在处出现火 警时，以下说法正确的是( )
(2)10m/s2 向左
[感悟心语]对于双弹簧传感器，两弹簧的长度之间 是有紧密联系的，一个弹簧的伸长必然导致另一弹簧的缩 短，反之亦然，此类问题一定要考虑全面，否则很容易出 错．
力传感器的应用
如下图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．弾簧处于原长时，P1刚好 指着A端，P1与托盘固定相连．若P1、P2间出现电压时， 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
(3)由闭合电路欧姆定律知：U＝IR串 (R串为P1、P2间电 阻) R串 x 由 ＝ ，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝ R L mg kLU ，联立解得：m＝ . k gE
m0g 答案：(1) k
m＋m0g (2) k
kLU (3)m＝ gE
在奥运会上，运动员参加蹦床项目的比赛．假设表 演时运动员仅在竖直方向运动，通过传感器将弹簧床面 与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘出如 下图所示的曲线，当地的重力加速度为g＝10m/s2，依据 图象给出的信息，回答下列物理量能否求出，如能求 出，写出必要的运算过程和最后结果．
※ 了解传感器应用的一般模式 ※ 知道电子秤、电熨斗的工作原理 ※ 知道电饭锅的结构与原理，加深对温度传感器 的应用认识
※ 了解光传感器的应用——火灾报警器 能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的 应用
※
在日常生活中，我们经常见到电子秤．例如，在超市 里，当我们购买水果时，售货员把水果放在表面平整的电 子秤上，电子秤就可显示出所购水果的质量及应付的钱 数．你想探究一下它的工作原理吗？
①通电后，其电功率先增大，后减小 ②通电后，其电功率先减小，后增大 ③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1不变 ④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1和t2之间的某一值不变 A．①③ C．②④ B．②③ D．①④
解析：当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器 的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加 在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增 大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过 程中，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环 境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散 热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P＝ P3＝P′，即电热功率P减小到等于散热功率时，即达
应变片能把 物体形变 这个力学量，转换为电压 个电学量． 2．温度传感器的应用——电熨斗
这
(1)电熨斗能够自动控制温度，其装有 双金属片温度 传感器，这种传感器的作用是控制电路的 通断 (2)电熨斗的结构图 如图为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨 胀系数 大于 下层金属． ．
温度传感器的应用——电饭锅
2．农业生产中的传感器 (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．
3．工业生产中的传感器 (1)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 (2)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．
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．
答案：①应变片 雾对光的散射
②感温铁氧体
③双金属片
④烟
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。
2．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进行工作的过 程．
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为均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比． m0g (1)由力的平衡知识有：m0g＝kx1，解得x1＝ . k (2)放上物体m重新平衡后：m0g＋mg＝kx2，解得x2＝ m＋m0g . k
m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g. 求：
(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1 与A端的距离x1； (2)托盘上放有质量为m的物体时，P1与A端的距离 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端的距离也为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．
1.电饭锅中应用了 温度 是 感温铁氧体 ． 传感器，它的主要元件
它的特点是 常温下 具有铁磁性，能够被磁体吸引， 但是上升到约 103℃ 时，就失去了 铁磁性 ，不 能被磁体吸引了．这个温度在物理学中称为该材料的 “ 居里温度 ”或“居里点”．
2．电饭锅的结构
光传感器的应用——火灾报警器
1.有些火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的． 2．这种火灾报警器的工作原理结构：带孔的罩子内 装有发光二极管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
易错点：对实际问题考虑不全面而导致出错 案例：如下图所示的装置可以测量汽车在水平路面上 做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后 壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相 同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦 滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大 小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动 方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静 止时，传感器a、b的示数均为10N(取g＝10m/s2)．
二、在生产、生活中常见传感器的应用 1．生活中的传感器 (1)与温度控制相关的家用电器：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．
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F′1＝ 0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多 少，所以右弹簧的弹力变为F′ 2＝20N，滑块所受合力产 生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F′2＝ma2， F′ 2 得：a2＝ ＝－10m/s2.负号表示方向向后(向左)． m
[正确答案](1)4.0m/s2 向右
传感器应用的一般模式
传感器应用的几个实例
1.力传感器的应用——电子秤 (1)常用的一种力传感器是由 金属梁 和应变片组成 制
的，应变片是一种敏感元件，现在多用 半导体材料 成．
(2)此种力传感器的工作原理
如上图所示：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．
(1)运动员的重力； (2)运动员的最大加速度 (3)运动员跳起的最大高度．
答案：(1)500N (2)40m/s2 (3)5m
解析：本题中的隐含条件：由图中可知重力的大小、 弹力的最大值以及运动员在离开蹦床到落回蹦床经历的时 间． (1)由图可知G＝500N (2)由图可知，运动员受到的最大弹力F＝2500N F－mg 2500－500 2 故am＝ ＝ m/s ＝40m/s2. m 50