高考物理 传感器的应用实例(一)复习学案

高考物理传感器的应用实例(一)复习学案

学习目标：

１、知道传感器应用的一般模式.

２、理解电子秤的原理----力传感器的应用.

３、理解话筒的原理----声传感器的应用.

４、理解电熨斗的原理----温度传感器的应用.

5、会设计简单的有关传感器应用的控制电路.

自主学习：

一、力传感器的应用-----电子秤

1.电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器

件.电阻应变片受到力的作用时 ,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用.

2.工作原理:如图6-2-1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＿＿＿,下表面应变片的电阻变小.F越大, 弯曲形变＿＿＿, 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,那末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, ＿＿＿

6-2-1

二、声传感器的应用----话筒

1、话筒是一种常用的＿＿＿＿,其作用是把＿＿＿＿转换成＿＿＿＿. 话筒分为＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿等几种.

2、电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,被直流电源充

电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流 ,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.

3.驻极体话筒:它的特点是＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是＿＿＿＿.

三、温度传感器的应用-----电熨斗

1.在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是＿＿＿＿,当温度发生变化时,

双金属片的＿＿＿＿不同,从而能控制电路的通断

2.电熨斗的自动控温原理:

常温下,上、下触点是接触的,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＿＿＿＿,下部金属膨胀＿＿＿,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,重新接通电源,

从而保持温度不变.

典型例题：

例1 用如图6-2-2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.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有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2.0㎏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上其压力大小可以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,a在后.汽车静止时, 传感器a、b的示数均为10N（取g=10m／s2）

(1)若传感器a示数为14N，b的示数为6.0N,

求此时汽车的加速度和方向?

(2)当汽车一怎样的加速度运动时, 传感器a

的示数为零？ 6-2-2

例2动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象,图6-2-3甲所式是话筒原理,图

6-2-3乙所式是录音机的录音、放音原理图,由图可知:

①话筒工作时录音磁铁不动,线圈振动而

产生感应电流.

②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈

里产生感应电流

③录音机放音时线圈中变化了的电流在磁

头缝隙处产生变化的磁场甲

④录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙

处产生变化的磁场

其中正确的是:

A②③④ B①②③

C①②④ D①③④乙

例 3 设计制作一个温度自动控制装置(温控报警器):自己设计一个有热敏电阻作为传感器的简单自动控制试验.在图6-2-4中画出设计电路,并进行连接

针对训练： 6-2-4

1.电子秤使用的是

A. 超声波传感器 B温度传感器 C压力传感器 D红外线传感器

2.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

3.下列器件不是应用温度传感器的是

A.电熨斗 B话筒 C电饭锅 D测温仪

4.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好, 其工作原理如图6-2-5所示, Q是绝缘支架,M是薄金属膜和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,当膜片向右运动的过程

中有

图6-2-5

A电容变大 B电容变小

C导线AB中有向左的电流

D导线AB中有向右的电流

5.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件, PTC元件是由钛酸钠等半导体材料

制成的电阻器,其电阻率ρ随温度t的变化关系如图6-2-6所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能,对此,以下判断正确的是

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

A①③B②③C②④D①④

图6-2-6

6.计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器,该电容器的电容可用公式C=εS／d计算,式中ε=9×10－12,S为金属片的正对面积,d表示两金属片间距.当键被按下时,此电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能检测出那个键被按下了,从而给出相应的信号.设每个金属片的正对面积为50mm2,键未按下时的金属片间距为0.6mm.如果电容变化0.25pF,电子线路恰能检测出必要的信号,则键至少需要被按下( )

A 0.15mm B0.25mm C0.35mm D0.45mm

能力训练：

1.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是( )

A .该传感器是根据电流的磁效应工作的

B. 该传感器是根据电磁感应原理工作的

C. 膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变

D. 膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动

2.如图6-2-7所示为一种测定角度的传感器,当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度θ发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。

图6-2-7

3．图6-2-8中电容式话筒右测固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的渡上金属层的振动膜a构成一个电容器，a、 b分别通过导线与恒定电源两极相接。声源s做位移X=Asin(200πt)的振动，则有（）

A.a振动过程中a、 b板之间的电场强度不变

B.a振动过程中话筒会产生电磁波图 6-2-8

Ｃ．导线ac的电流的频率为1000Hz

Ｄ．．a向右位移最大时a 、b板形成的电流最大

4．如图６－２－９是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作

的传感器，话筒的振动膜前面渡有薄薄的金属层，膜后距膜

几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一