【全优课堂】2014秋高中物理 3.2传感器的应用(一)课件 新人教版选修3-2

【答案】A 【解析】设称重物时，在压力作用下使滑片 P 下滑 x， G＝Kx① x 滑动变阻器有效电阻 R＝R0－ R0② L E 由全电路欧姆定律 I＝ ③ R＋R0 ELK 由①②③得 G＝2LK－ . R0I
探究 2 在生产、生活中有哪些常见传感器的应用？ 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．
应变片测力原理 图 6－2－1
3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电 学量．
三、温度传感器的应用 1．电熨斗 (1)构造(如图 6－2－2 所示)
图 6－2－2 它主要由调温旋钮、升降螺丝、绝缘支架、触点、双金属片、 弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成．
(2)敏感元件：双金属片 (3)工作原理 膨胀系数 温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的________ 不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断．
解析： (1)如下图所示，依题意，左侧弹簧对滑块向右的推力 F1＝ 14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力 F2＝6.0 N.
滑块所受合力产生加速度 a1，根据牛顿第二定律有 F1－F2 F1－F2 14－6.0 ＝ma1 得 a1＝ ＝ m/s2＝4.0 m/s2.a1 与 F1 同方向， 即 m 2.0 向前(向右)．
(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 F1′＝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 F2′＝20 N．滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二 定律得 F 合＝F2′＝ma2， F′2 解得 a2＝ ＝－10 m/s2. m 负号表示方向向后(向左)． 答案：(1)4.0 m/s2 方向向前 (2)10 m/s2 方向向左 反思领悟：两轻弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短 多少，弹簧上弹力变化大小相等．
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．
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 P′时，即达到保温；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．所 以正确答案为 A、D. 答案：AD 反思领悟：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．
如图 6－2－8 所示，M 是一小型理想变压器，接线柱 a、b 接在电压 u＝311sin 314t V 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．
图 6－2－8
当传感器 R2 所在处出现火警时，以下说法正确的是( 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
2．试说明下列各种场合分别选用了怎样的传感器． (1)普通电冰箱中的自动温度控制电路； (2)马路两侧的路灯控制电路； (3)气垫导轨上用的光电门； (4)楼梯灯控制电路； (5)宾馆的自动门； (6)非接触式体温计； (7)遥控电视机的接收器．
【答案】 (1)普通电冰箱中的自动温度控制电路主要应用了温度传感 器； (2)马路两侧的路灯控制电路主要应用了光传感器； (3)气垫导轨上用的光电门主要应用了光传感器； (4)楼梯灯控制电路主要应用了光传感器、声传感器； (5)宾馆的自动门主要应用了光(红外线)传感器； (6)非接触式体温计主要应用了光(红外线)传感器； (7)遥控电视机的接收器主要应用了光(红外线)传感器.
传感器是一种采集信息的重要器件， 如图 6－2－6 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 6－2－6 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
2．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 变大，下表面应变片的电阻变小，F 越大，弯曲形变 ________ 越大 ，如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应 ________ 变片两端的电压变大，下表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 ． ________
精彩回眸 同学们，请回顾一下传感器及其工作原理的有关知识，然后 回答下面的几个问题: 光电 传感器， 1．简单地说，光敏电阻就是一个简单的________ 热电 热敏电阻就是一个简单的________ 传感器． 2．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控 制电路的相接．当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接 声控 传感器，它输入的是________ 声音 通而发光，这种传感器为________ 电 信号，经传感器转换后，输出的是________ 信号．
探究 1 如何分析传感器的工作原理？ 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．注意结合平时生产、生活中的一些实例，多思考，多动 手， 多查资料．
3．(双选)关于光敏电阻，下列说法正确的是( ) A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电 学量 B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少， 导电性能好 C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少， 导电性能良好 D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多， 导电性能变好
2．电饭锅 (1)构造(如图 6－2－3 所示)
电饭锅的结构 图 6－2－3
(2)敏感元件 感温铁氧体 (3)工作原理 ①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到 约 103℃时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”． ________ ②自动断电原理：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，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去 吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．
3．测温仪 (1பைடு நூலகம்敏感元件 热敏电阻，金属热电阻，热电偶，红外线敏感元件等． (2)工作原理 温度 转换成________ 敏感元件将________ 电信号 ，由指针式仪表或数字 式仪表显示出来．
四、光传感器的应用——烟雾散射式火灾报警器 1．构造 二极管 、光电三极管和不透明的 带孔的罩子内装有发光 ________ 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，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发 出警报．
1.如图 6－2－4 为大型电子地磅的电路图， 电源电动势为 E， 内阻不计．不称物体时，滑片 P 在 A 端，滑动变阻器接入电路的 有效电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下使滑片 P 下 滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把重力值转换成 电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物 体的重力值．若滑动变阻器上 A、B 间的距离为 L，最大阻值等 于定值电阻值 R0.已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系 数为 K.则所称重物的重力 G 与电流大小 I 的关系为( ) ELK A．G＝2LK－ R0I B．G＝KL E C．G＝KL＋ IR0 D．G＝KIL 图 6－ 2 － 4
【答案】AD
新知梳理 一、传感器应用的一般模式
执行机构 传感器→放大电路转换显示器指针式电表、数字屏 计算机系统
二、力传感器的应用——电子秤 1．组成 力传感器 ．常用的一种力传感器 电子秤使用的测力装置是__________ 金属梁 和__________ 应变片 组成的．敏感元件__________ 应变片 ． 是由__________
图 6－2－5 题型 1力传感器的应用 【例 1】 用如图 6－2－5 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 2.0 kg 的滑块，滑块可 无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别接在传感器 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 10 N．(g 取 10 m/s2) (1)若传感器 a 的示数为 14 N，b 的示数为 6.0 N，求此时汽 车的加速度大小和方向． (2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器 a 的示数为零？ 思路点拨：本题是力传感器在实际中的一个应用．传感器上 所显示出力的大小即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知， 此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
对此，以下判断中正确的是( ) A．通电后，其电功率先增大后减小 B．通电后，其电功率先减小后增大 C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在 t1 不 变 D．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
思路点拨： (1)灭蚊器工作时需要处于一定的温度下，不能太低和太高． (2)电路中的电压应该是不变的． (3)电热器温度越高，散热功率越大．
【答案】A 【解析】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．
题型 2 温度传感器的应用
图 6－2－7 【例 2】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是 PTC 元件，PTC 元件是由钛酸钡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 6－2－7 所示， 由于这种特性， PTC 元件具有发热、保温双重功能．