2018-19学年高考物理主题四传感器4.2传感器的应用学案.docx

4.2传感器的应用学习目标核心提炼1.了解传感器应用的一般模式。4个应用电子秤、电熨斗、电饭锅、火灾报警器2.了解传感器在日常生活和生产中的应用。3.会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高分析解决问题的能力。一、传感器应用的一般模式二、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。思考判断(1)应变片是由导体材料制成的。()(2)当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小。()(3)传感器输出的是金属架上的电压。()(4)外力越大，输出的电压差值也越大。()三、温度传感器的应用实例1.电熨斗(1)构造(如图1所示)图1(2)敏感元件：双金属片。(3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断。2.电饭锅(1)构造(如图2所示)图2(2)敏感元件：感温铁氧体(3)工作原理居里温度：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，这一温度称为该材料的“居里温度”。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。思维拓展(1)用电熨斗熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度。它是如何利用调温旋钮来实现的？(2)如果用电饭锅烧水会不会自动断电？答案(1)通过调温旋钮来调升降螺丝的高度来实现不同温度的设定。如需设定的温度较高，则应使升降螺丝下降；反之升高。(2)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在100 ，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升到103 才能自动断电。四、光传感器的应用火灾报警器1.组成及敏感元件：由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，敏感元件为光电三极管。2.工作原理传感器问题的分析方法要点归纳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机构进行工作的过程。精典示例例1 传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是()解析选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开。选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确。答案A针对训练1 利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变_(填“大”或“小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ，如图3甲所示，则25 的刻度应在20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧。图3(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 的刻度应对应较大电流，故在20 的刻度的右侧。(3)如图所示。答案(1)小(2)右(3)见解析传感器的实际应用精典示例例2 (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4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(不计电源内阻)()图4A.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处解析若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此选项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，故选项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，故选项D错误，C正确。答案ABC力学传感器的分析方法(1)分析清楚力学传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键。(2)涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的应用。例3 (多选)如图5是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 时，下列说法正确的是()图5A.常温下感温磁体具有较强的磁性B.当温度超过103 时，感温磁体的磁性较强C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ，这时开关按钮会跳起D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ，开关按钮就不会自动跳起答案ACD例4 如图6所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是()图6A.进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B.光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C.进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D.以上说法均不正确解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选项C正确。答案C1.(传感器的应用)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是电视机中的传感器把光信号转换为电信号的过程。下列属于这类传感器的是()A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器解析遥控器发出红外线，电视机中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以选项A正确。答案A2.(传感器的应用传感器) (多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图7所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如下图甲、乙、丙、丁所示，下列判断正确的是()图7A.甲图表示电梯可能做匀速直线运动B.乙图表示电梯可能做匀加速上升运动C.丙图表示电梯可能做匀加速上升运动D.丁图表示电梯可能做匀减速下降运动解析甲图中电流表示数和静止时相等，故可能做匀速直线运动，选项A正确；乙图中电流表示数为2I0，且保持不变，故压敏电阻所受压力增大，电阻变小，物体超重，电梯可能匀加速上升，选项B正确；丙、丁图中电流表的示数随时间变化，故电梯的加速度是变化的，不可能是匀加速或匀减速，选项C、D错误。答案AB3.(传感器的应用红外线热像仪)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，故选项D正确。答案D4.(传感器的应用电熨斗)(多选)如图8所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是()图8A.常温时上、下触点是接触的B.双金属片温度升高时，上金属片形变较大，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转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些解析常温工作时，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，原来温度控制在80 切断电源，切断温度现要求在60 断开电源，应将调温旋钮上移。由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，选项A、B、D正确，C错误。答案ABD基础过关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.在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是()A.光传感器 B.温度传感器C.声传感器 D.压力传感器解析在电梯门口放置一障碍物，电梯门不停地开关，说明电梯门口有一个光传感器，故选项A正确。答案A3.某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是()A.热敏电阻和光敏电阻B.金属热电阻和光敏电阻C.热敏电阻和霍尔元件D.光敏电阻和驻极体话筒解析两种传感器分别把声音信号和光信号转换为电信号，所以选项D正确。答案D4.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，下列说法正确的是()图1A.电梯一定加速上升 B.电梯一定减速下降C.电梯加速度一定向上 D.电梯加速度一定向下解析电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受的重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速。选项C正确。答案C5.将如图2所示的装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行监测。闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中间，此时，电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。已知当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则()图2A.电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动B.电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动C.电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动D.电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动解析因为当火车向左加速运动时，有向左的加速度，弹簧处于伸长状态，滑片P靠近变阻器C端，电压表的指针向右偏。所以，当滑片P靠近变阻器B端时，电压表的指针将向左偏，此时，弹簧将处于压缩状态，火车具有向右的加速度，火车可能在向右做加速运动，也可能在向左做减速运动，选项A正确，C、D错误；同理可知B错误。答案A6.(多选)如图3所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法正确的是()图3A.严重污染时，LDR是高电阻B.轻度污染时，LDR是高电阻C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响解析严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，选项A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，选项C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，选项D正确。答案AD7.小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照图4，下列对故障判断正确的是()图4A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障解析由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故选项C正确，A、B错误；若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故选项D错误。答案C能力提升8.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图5甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙