2019_2020学年高中物理第3章传感器第3节传感器的应用学案粤教版选修3_2.docx

第三节传感器的应用学习目标1.列举传感器在日常生活中的应用.2.列举传感器在农业生产和工业生产中的应用.3.了解传感器在航空航天事业中的应用.4.理解常用传感器的工作原理，会分析常见传感器问题(重点、难点)一、生活中的传感器1温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器2红外线控制器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等3光敏传感器的应用：照相机中4压力传感器的应用：电子秤中二、传感器在工、农业生产和航天中的应用1农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器2工业生产中的传感器安全生产中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)对位移测量，从而实现精密加工3飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器()(2)自动门利用了红外线传感器()(3)指纹识别器是利用压力传感器()(4)无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器()(5)位移测量装置用到了位移传感器()2电子秤使用的传感器是()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C电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确3类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A是力传感器 B是光传感器C是温度传感器 D是声音传感器B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错传感器的应用及工作原理分析1.常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻2半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量3分析传感器问题要注意的几个问题(1)检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等(2)敏感元件分析：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【例1】加速度计是测定物体加速度的仪器在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源如图所示为应变式加速度计的示意图当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式解析设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为U0xx再设系统向左加速时滑片右移x，则敏感元件的动力学方程为2kxma此时敏感元件的输出电压为U(xx)(xx)联立三式可得a若UU0，系统的加速度方向水平向左；若U0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在()甲乙A10 B20 C30 D45 C由题可知Uab0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负设电源负极的电势为零，则aU，bU，其中U为电源的路端电压，令ab，即Uab0，则可得，代入数据得RT20 k，查表得对应的温度为30 ，C正确本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键训练角度1温度传感器的应用3电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断如图所示为电熨斗的结构示意图，关于电熨斗的控制电路，下列说法正确的是 ()A常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的B图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C熨烫棉麻衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升D熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升BD常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，A错误；当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的金属片所在处发生弯曲，触点断开，故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数，B正确；熨烫棉麻衣物时，需要较高温度，要调节调温旋钮，使升降螺钉下移，C错误；熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升，D正确训练角度2力传感器的应用4(多选)如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为RakG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和)，下列说法正确的是 ()A传感器R是一个力电传感器B闭合电路测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化C该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处D如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器R接入电路中的电阻应调大AD根据闭合电路欧姆定律列式得到电流的表达式和量程的表达式进行讨论即可R是将压力信号换成电信号的传感器，即力电传感器，故A正确；闭合电路测量时，电路中的电流为：I，显然与人的体重不成线性关系，故B错误；当重力为零时，电流最小，但不为零，故C错误；由Ig可知，kGmarR，因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故D正确训练角度3光传感器的应用5电源、开关S和S、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置当开关S、S闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，则 ()A液滴向下运动B液滴仍然静止CR2两端的电势差是否升高无法分析D当光照强度不变时断开S，把电容器的上极板向上移动一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高D当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R1两端间的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故A、B错误；当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R2两端间的电压：UR2EI(R1r)一定减小，故C错误；当光照强度不变时断开S，电容器的带电量不变，电势差为UR1，把电容器的上极板向上移动一小段距离，d变大，故电势差UR1变大，由于下极板电势为零，故上极板的电势比A点的电势高，故D正确课 堂 小 结知 识 脉 络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.1有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是 ()A两个传感器都是光电传感器B两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D只有光照和温度都适合时排气扇才能工作B题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对2洗衣机中的水位控制装置使用的是()A光传感器B压力传感器C湿度传感器 D温度传感器B当洗衣机内水位升高时，传感器的膜片受到的压力变大，当达到设定值时，关闭进水电磁阀门3.如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液中，导线芯和导电液构成电容器的两极把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，则导电液的深度h变化为()Ah增大 Bh减小Ch不变 D无法确定A由题意知，导线芯和导电液构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液正对面积增大，电容器的电容值变大4.某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，