物理选修3-2：6.2《传感器的应用》ppt课件(含答案)

G＝kx
①
此时，滑动头 P 距 B 端距离为 l－x，滑动变阻器有效电阻为
R0－xl R0，由欧姆定律有
I＝R0＋RE0－xl R0 由①②式解得 G＝2kl－EIRk0l。
② 答案：G＝2kl－EIRk0l
温度传感器和光传感器的应用
[典例] 温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家 用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作 的。在图 6-2-4 甲中，电源的电动势 E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G 为灵敏电流表，内阻 r 保持不变；R0 为保护电阻，R 为热敏电阻，其 电阻值与温度变化的关系如图乙所示。试写出热敏电阻的阻值随温度 变化的关系式。闭合开关 S，当 R 的温度等于 40 °C 时，电流表示数 I1＝2.25 mA。则当电流表的示数 I2＝3.6 mA 时，热敏电阻 R 的温度 是多少摄氏度？
图624
[思路点拨] 本题的解答思路为：
由图知热敏电阻 由温度与电阻成 由欧姆定律
为负温度系数热 → 线性关系求出对 → 得电流对应
敏电阻
应的电阻
的温度值
[解析] 题中的 R-t 图像是直线，根据数学知识可写出热
敏电阻 R 与温度 t 的关系式为 R＝kt＋b。由图像知 t1＝0 ℃时， R1＝4.25 kΩ，得 b＝4.25，再根据 t2＝120 ℃时，R2＝2 kΩ， 得 k＝－0.018 75，所以 R 与 t 的关系式为 R＝－0.018 75t＋
一、传感器应用的一般模式
二、传感器的应用实例
1．力传感器的应用——电子秤 (1)组成及敏感元件：由 金属梁 和 应变片 组成，敏感 元件是 应变片。
(2)工作原理：
金属梁 金属梁 应变片 两应变片上 自由端 ⇒ 发生 ⇒ 的电阻 ⇒ 电压的差值 受力F 弯曲 变化 变化 (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。
第2节
传感器的应用
1．应变式力传感器可用来测量各种力，其 中的应变片能把物体形变这个力学量转 换为电压这个电学量。
2．电熨斗因为装有双金属片温度传感器， 所以它能够自动控制温度。双金属片上 层金属的热膨胀系数大于下层金属。
3．电饭锅中的温度传感器主要元件是感温 铁氧体。
4．有一种火灾报警器是利用了光传感器的 作用，即利用烟雾对光的散射来工作。
提示：电饭煲、电冰箱、电冰柜、微波炉、空调、消毒柜等。
(2)分析传感器问题应注意哪些问题？ 提示：应注意四点：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，分析它的输入信号和 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的过程。
2．温度传感器的应用实例
电熨斗
电饭锅
敏感 元件
_双__金__属__片___
温度变化时，
由于双金属片
上层金属与下
工作 原理
系层__数 _金_不属同的，_膨_双_胀_
金属片发生弯
曲从而控制电
路的通断
__感__温__铁__氧__体__
(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
制作日晷
• 要制作一个日晷需要什么材料呢?
卡纸或者硬 纸片
肥皂（泡沫板 ）
长牙签或细 竹筷
圆规
制作简易日晷
• 1.将吹塑板（厚纸板）剪成圆形。 • 2.将白纸剪成与吹塑板（厚纸板）相同的圆形，
找出中心点。 • 3.在白纸上模仿钟面画上时刻，贴在吹塑板（厚
纸板）上，作为“晷面”。 • 4.将肥皂切出一个斜面，大约35度（呈南高北低
使用日晷测量时间有哪些缺点？请写下你的 想法。
上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出
的电压差值越大，故选项 C 错误，选项 D 正确。 答案：BD
2.如图 6-2-3 所示为大型电子地磅电路图，电源
电动势为 E，内阻不计，不称物体时，滑动头
P 在 A 端，滑动变阻器接入电路中有效电阻
最大，电流较小；称重物时，在压力作用下
图 6-2-3
警报。
图 6-2-1
1．自主思考——判一判
(1)传感器可以直接用来进行自动控制。
(× )
(2)传感器可以用来采集信息。
(√ )
(3)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 (×)
(4)鼠标是力传感器。
(×)
(5)电吉他是光电传感器。
(× )
(6)火灾报警器是温度传感器。
(× )
2．合作探究——议一议 (1)生活中与温度控制相关的家用电器有很多，试举例说明。
4.25(kΩ)。
根据题中的 R-t 图像，t3＝40 ℃时，热敏电阻的阻值 R3＝3.5 kΩ，有 E＝I1(r＋R0＋R3)；电流 I2＝3.6 mA 时， 设热敏电阻的阻值为 R4，有 E＝I2(r＋R0＋R4)，代入数据 可解得 R4＝2 kΩ，由题中的 R-t 图像或将 R4＝2 kΩ 代入 R 与 t 的关系式可得 t4＝120 ℃。
解析：(1)热敏电阻的温度上升，RT 变小，A 端的电压低到 某一值时，Y 端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压 变大，电铃响起。
(2)若 R 的值大，由于它的分压作用。使 RT 两端的电压不 太高，则外界温度不太高时，就能使 PX 之间电压降到低电压 输入，而当 A 端的电压降低到某一值时，Y 端会由低电平跳到 高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起。
[答案] R＝－0.018 75t＋4.25(kΩ) 120 ℃
温度传感器一般使用的是热敏电阻，负温度系数 的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，正温度系数的 热敏电阻的阻值随温度升高而增大，在解答有关温度 传感器的应用问题时应注意区分这一性质。
1．(多选)下列关于光传感火灾报警器的说法中正确的是( ) A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的 B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将 光信号转换为电信号 C．发光二极管发出的是脉冲微光 D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作 解析：发光二极管工作时是持续发光的，挡板撤去，光始终照 到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关。 答案：AB
得 a2＝Fm2′＝－10 m/s2，负号表示方向向后(向左)。 [答案] (1)4.0 m/s2 向右 (2)以方向向左大小为 10 m/s2 的加速度运动
力传感器是一种测量力的大小的工具。此类题常 与牛顿第二定律、运动学的内容综合。当只知道加速 度的大小和方向，不知道物体的运动方向时，物体的 运动情况有两种可能，即沿某一方向的匀加速或相反 方向的匀减速，不要漏掉其中一种。
太阳1运行时，物早上体9 被点照射后影子东产方生的長
短和方位具有规律变化，可以用來测量时
间。2
下午4 点
西方
小资料：
利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。又 称“日晷”，是我国古代利用日影测得时刻 的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制 的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，石 制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈 南高北低，当太阳光照在日晷上时，晷针的 影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投 向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。
使滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把
电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质
量。若滑动变阻器上 A、B 间长度为 l，最大阻值为 R0，已知 两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为 k，试导出所称
重物重力 G 与电路中电流 I 的函数关系。
解析：设称重物 G 时弹簧的压缩量为 x，由题意得
百度文库
1．(多选)下列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，输出的电压值也越大 解析：应变片多用半导体材料制成，故选项 A 错误。当应
变片拉伸时，其电阻变大，选项 B 正确。传感器输出的是
3.光传感器的应用——火灾报警器
(1)组成：如图 6-2-1 所示，发光二极管 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，其电阻变小 。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出
根据牛顿第二定律有 F1－F2＝ma1， 得 a1＝F1－m F2＝14－ 2.06.0 m/s2＝4.0 m/s2。 a1 与 F1 同方向，即向前(向右)。
(2)传感器 a 的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 F1′＝0， 因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所 以右侧弹簧的弹力变为 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，
(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] 传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传 感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧的弹力大小，亦 即该弹簧对滑块的弹力大小。
[解析] (1)如图所示，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，
答案：见解析
“多练提能·熟生巧”见“课时跟踪检测(十三)” (单击进入电子文档)
12 用太阳计时
古代人是怎么知道 时间的 ？
日晷
沙漏
水钟
焚香计时
古代与现代计时法的比较
天色计时法
夜半 鸡鸣 平旦 日出 食时 隅中 日中 日昳 晡时 日入 黄昏 人定
地支计时法
子时 丑时 寅时 卯时 辰时 巳时 午时 未时 申时 酉时 戍时 亥时
(3)如果用电饭锅烧水，水沸腾后能否自动断电？ 提示：电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧 体。如果用电饭锅烧水，水沸腾后水温保持 100 ℃， 不会再升高，而使感温铁氧体失去磁性的温度为 103 ℃，故不能自动断电。
力传感器的应用
[典例] 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 图 6-2-2 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 10 N(取 g ＝10 m/s2)。
现代计时法
23点~01点 01点~03点 03点~05点 05点~07点 07点~09点 09点~11点 11点~13点 13点~15点 15点~17点 17点~19点 19点~21点 21点~23点
欣赏各种各样的日晷
晷针 日晷的构成
晷面
日晷是怎样发明的吗?
1
2
观察項目 日晷
当时时刻
太阳的方位
状） • 5.把吹塑板（厚纸板）贴在肥皂的斜面处，用竹
签穿过吹塑板（厚纸板）的中心点，使其一端留 在晷面作为标杆，一端插入肥皂的斜面处固定住 吹塑板（厚纸板） • 6.将装置固定在一个支架上，使晷面朝向北方。
圭表
圭表由哪两部分组成?怎样使用圭表? 圭表有什么作用?
• 答:由圭和表两部分组成。圭平置 于南北方向，表垂直立于圭的南 端。可以根据正午表投射在圭面 上的影子长短来判断冬至日、夏 至日及其他节气。
2.图 6-2-5 是一个报警器的装置的逻辑电路
图。RT 是一个热敏电阻，低温时电阻值很 大，高温时电阻值很小，R 是一个阻值较
小的分压电阻，A 为斯密特触发器输入端。
(1)为什么在高温时电铃会响起？
图 6-2-5
(2)为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么
R 的值应该大一些还是小一些。