高中物理第三章传感器3_4生活中的传感器简单的光控和温控电路（选学）讲义精练（含解析）教科版.docx

4简单的光控和温控电路(选学)学科素养与目标要求物理观念：1.了解洗衣机、电冰箱中的传感器.2.了解家用报警器的原理.3.了解传感器与人的感官的类比，以及它们各自的优势.4.了解一些简单的自动控制电路科学思维：能设计简单的传感器应用电路科学态度与责任：通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增强学习兴趣并培养正确的科学态度一、生活中的传感器1洗衣机中的传感器：全自动洗衣机实现了利用传感器和电脑技术对洗涤全过程进行检测和控制2电冰箱中的传感器：电冰箱主要由制冷系统和控制系统两大部分组成在控制系统中，传感器起着非常重要的作用3家用报警器(1)居家生活中，煤气泄漏，会危及人身安全，需要加以防范我们可以利用气敏元件制作有害气体报警器和可燃气体报警器(2)有一种敲击防盗报警器，它利用压电式传感器对门窗玻璃损毁产生反应，形成对报警装置的启动还有一种冲击防盗报警器，由冲击传感器和执行电路两部分组成4传感器与人的感官(1)光传感器和由它制成的录像头、监控探头，可以类比人的眼睛(2)对有毒有害气体进行监控的化学和生物传感器，相当于人的鼻和舌等嗅觉、味觉器官(3)力学和振动传感器，以及温度传感器可以认为相当于人类的触觉器官，如手、足、皮肤等(4)声传感器不妨认为是机器的耳朵二、简单的光控和温控电路1集成电路又称IC，是在硅板上集合各种电子器件，实现某种特定功能的电路模块，它是电子设备中最重要的部分2光控自动照明电路利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，使电路在天亮时自动切断，天黑自动导通3温控电熨斗利用热敏电阻作控制元件，从而使电熨斗的温度在低于指定值时电加热器供电加热，温度高于指定值时将电源关闭1判断下列说法的正误(1)通常的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)传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量()(4)洗衣机的脱水传感器是根据温度变化控制脱水动作的()(5)电冰箱是利用温度传感器自动控温的()2电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图1所示压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压若发现电压表示数增大，则电梯加速度一定_(填“向上”或“向下”)，电梯可能_(填“加速”或“减速”)下降图1答案向上减速一、传感器的简单应用传感器问题应注意的四个分析(1)检测量分析：要清楚传感器所检测的非电学量，如温度、光、声、力等(2)敏感元件分析：分析敏感元件的输入与输出信号，及输入与输出信号间的联系(3)电路分析：分析传感器所在的电路结构，分析输入信号变化对电路电流、电压等产生的影响(4)执行机构分析：分析非电学量与电学量之间的转换过程，分析根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程例1如图2所示为某种电冰箱内温度控制器的结构铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀测温泡1安装在冰箱的冷藏室中.5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上连杆9的下端是装在机箱上的轴凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力图2(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？(2)为什么用凸轮可以改变设定的温度？答案见解析解析(1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒 3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作(2)凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性金属膜盒3共同控制弹簧片4的运动，而弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度例2如图3所示为冲击防盗报警器的冲击传感器的结构示意图在外壳的绝缘基板上固定一个螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们都是电的良导体，外壳也使用电的良导体制成请简述这种装置防盗的原理图3答案在静止状态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳均呈断开状态不会导通，一旦传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通，便可触发执行电路，使报警装置开始工作二、简单的光控和温控电路例3如图4所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其原理简化如下：调节可变电阻R1使U230.当有烟雾时，开始触发工作，其中Rg是光敏电阻由此可知，要使开始工作，则应满足()图4A23 B23时，控制电路开始工作三、自动控制电路的分析与设计例4如图5所示为某小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触点，A、B、C、D为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是()图5AA与B接信号电压，C与D跟被控电路串联BA与B接信号电压，C与D跟被控电路并联CC与D接信号电压，A与B跟被控电路串联DC与D接信号电压，A与B跟被控电路并联答案A解析A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器吸引或释放P，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用故正确答案为A.1(生活中的传感器)(多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图6所示是原理图轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R05 ，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R125 ，电源输出电压恒为U3 V，理想电流表的量程为00.6 A当拉环不受力时，滑片P处于a端下列关于这个电路的说法正确的是()图6A小明在电路中连入R0的目的是保护电路B当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 AC当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处D当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处答案ABC解析若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，电路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由Fkx，则x4 cm，对应的电阻为RaP20 ，R1接入电路的电阻RPb5 ，由闭合电路欧姆定律得，I0.3 A，故D错误，C正确2(温度传感器的应用)如图7所示是自动调温式电熨斗的结构，下列说法不正确的是()图7A常温时上、下触点是接触的B双金属片温度升高时，上层的金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C原来温度控制在80 断开电源，现要求60 断开电源，应使调温旋钮下移一些D由熨烫丝绸衣物状态(温度较低)转化为熨烫棉麻衣物状态(温度较高)，应使调温旋钮下移一些答案C解析常温工作时，上、下触点是接通的；当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源；切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D正确，C错误3(压力传感器的应用)(2018烟台市高二下学期期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图8甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是()图8A0到t1时间内，升降机一定静止Bt1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动Ct1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化Dt2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动答案C一、选择题1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压力传感器答案C2当出现某疫情时，在机场、车站等交通出入口，使用红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播关于红外线热像仪，下列说法正确的是()A选择红外线进行检测，主要是因为红外线具有荧光效应B红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测C红外线热像仪同时还具有杀菌作用D一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同答案D解析红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故D正确3.某同学设计的家庭电路保护装置如图1所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法不正确的有()图1A家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起答案C解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2中磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确二、非选择题4(2018聊城市高二下学期期末)用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重经实测，某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/(105 N)01.22.43.64.86.0输出电压/V01.02.03.04.05.0将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R(最大电阻999.9 )及部分其他器材组成了如图2甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合已知继电器线圈的电阻为25 ，继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供(假设U不受继电器电路影响)图2(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；(2)当压力增大到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在_(选填“A、B”或“C、D”)两端；(3)为使车重G3.0105 N时启动报警系统，则电阻箱R的电阻应调节到_ ；(4)通过调整电阻箱R的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为_ N.答案(1)见解析图(2)C、D(3)100(4)6.0104解析(1)横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，根据表中数据，所作图像如图所示(2)当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间；(3)由图可知当N3.0105 N时U2.5 V，而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A，故电路总电阻R总 125 ，所以电阻箱接入电路的阻值RR总R线125 25 100 ；(4)因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I20 mA0.02 A，继电器线圈的电阻R线25 ，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小IR线0.02 A25 0.5 V，由图像可知，输出电压为0.5 V时，对应的压力为6.0104 N.5(2018梅河口市第五中学高二月考)电饭煲的工作原理如图3所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 )时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70 80 时，自动断开，低于70 时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起_作用，R3是发热电阻接通电源并按下S