高中物理 3.3+4 生活中的传感器 简单的光控和温控电路（选学）同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解传感器在日常生活中的应用 2 会分析简单的传感器的应用电路和原理图 3生活中的传感器 4简单的光控和温控电路 选学 课标解读1 列举传感器在生活和生产中的作用 2 能设计简单的应用传感器的自动控制电路 教学地位本节知识属于 了解 水平 在高考中出现的频度较小 光控电路和温控电路属选学内容 高考命题应不会涉及 新课导入建议夜晚 楼梯上漆黑一片 但随着我们的脚步声响 楼梯的灯亮了 我们登上一层楼 灯光照亮一层楼 而身后的灯则依次熄灭 这种楼梯灯控制装置好像能 看见 我们的到来 开灯迎接 又好像能 听到 我们的离去 关灯节能 这种 人性化 的功能是靠什么实现的呢 今天我们就学习这方面的知识 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 步骤4 教师通过例题讲解总结分析传感器问题时应注意的问题 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 和 探究3 步骤7 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤8 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 1 洗衣机中的传感器全自动洗衣机已经实现利用 和电脑技术对洗涤全过程进行检测和控制 近年来的模糊洗衣机中的传感器大致有以下几类 传感器 传感器 传感器 传感器 传感器 传感器 压电 传感器 这些传感器收集到的信息 经微电脑综合推理判断后 执行 的工作程序 生活中的传感器 传感器 水位 负载量 水温 布质 洗涤粉 脏污程度 脱水 最佳 2 电冰箱中的传感器电冰箱主要由 系统和控制系统两大部分组成 控制系统主要包括 控制 控制 保护等 3 家用报警器 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 元件制作有害气体报警器和 气体报警器 有一种敲击防盗报警器 它利用 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 传感器和 电路两部分组成 制冷 温度自动 除霜温度 过热及过电流 气敏 可燃 压电 冲击 执行 4 传感器与人的感官 传感器和由它制成的录像头和监控探头 可以类比人的眼睛 对有毒有害气体进行监控的 和 传感器 相当于人的鼻和舌等嗅觉 味觉器官 和 传感器 以及 传感器可以认为相当于人的触觉器官 如手 足 皮肤等 传感器相当于人的耳朵 在有些探测活动中 传感器可以比人 或者可以报告更 的结果 传感器确实有 之处 光 化学 生物 力学 振动 温度 声 灵敏 准确 过人 2 思考判断 1 无人管理的自动灌溉系统 用到了湿度传感器 2 传感器只能用于高端科技中 日常生活中的传感器并不多见 3 测量人体重的电子秤 用到了压力传感器 3 探究交流为什么说传感器就像人的眼睛 耳朵 提示 应从感知外界信息角度理解 人的眼睛 耳朵不断为我们收集外界信息 并通过神经系统将信号传送到大脑 而传感器的敏感元件也在感受外界的相关变化 并将其转换为电信号 传送给下一级装置分析 执行 1 基本知识 1 光控自动照明电路 电路原理图 简单的光控和温控电路 选学 图3 3 1 功能利用 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 天黑时自动 调试将光敏电阻用 包住使它不被光照亮 如果发光二极管不亮 则调节 直到发光二极管发光为止 然后将包裹光敏电阻的 打开 看它是否熄灭 如果此时发光二极管不熄灭 则再调节 反复使光敏电阻遮光或见光 直到可以实现发光二极管在光敏电阻 时熄灭 时发光为止 此时发光二极管就相当于一个由环境明暗变化而自动控制的灯 光敏 切断 导通 黑纸 电位器r1 黑纸 电位器 有光照 无光照 2 温控电熨斗 电路原理图 图3 3 2 功能利用 电阻作控制元件 从而使电熨斗的温度在低于指定值时 电热器供电加热 否则将电源关闭 调试室温下 如果发光二极管不亮 则调节电位器r1 直到发光二极管发光为止 然后将电烤灯通电并靠近热敏电阻加热 看它是否熄灭 如果此时发光二极管不熄灭 则再调节电位器 反复将电烤灯靠近或远离 电阻 直到可以实现发光二极管在热敏电阻温度 时熄灭 正常室温时 为止 热敏 热敏 升高 发光 2 思考判断 1 自动照明电路实现路灯晚上亮 白天不亮 是利用光控电路来实现的 2 温控电熨斗中用的敏感元件是热敏电阻 3 探究交流在蔬菜种植大棚中 人们需要控制光照强度 温度 空气湿度 空气中的二氧化碳浓度 土壤湿度等影响蔬菜生长的条件 问题 在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器 它们的作用是什么 提示 要用到光传感器 温度传感器 湿度传感器等 作用是 感受光强 温度 湿度等 问题导思 1 敏感元件在传感器的应用中起什么作用 2 根据你的观察和经验我们在哪些地方用到传感器 这些传感器用到什么敏感元件 传感器的应用分析 1 传感器的应用步骤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 以力传感器为例 传感器感受力的信息 如大小 方向是否变化等 后转化为电压 电流 电阻等电学量 然后经过放大 传输到执行机构进行某种操作 如借助继电器控制电路通断 借助仪表进行显示等 以光传感器为例 光传感器感受光的信息 如光的强弱 颜色等 通过敏感元件 如光敏电阻 光电池等 将光的信息转化为电阻 电流等电学量 然后经过放大 传输到执行机构后执行某种操作 车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的 为了防止万一 设计了下面的光电自动制动安全电路 只要人手不小心靠近了工件 机器就自动停转 请简述其工作原理 图3 3 3中的a为车床上的电动机 b为随电动机高速转动的工件 c为光源 它发出的光照到光敏电阻d上 e为电磁铁 f为衔铁 g为电源 h为弹簧 图3 3 3 审题指导 解题时应注意以下问题 1 观察 分析电路结构图 2 注意应用光敏电阻的特性分析问题 解析 当手在c d间靠近工件时 遮挡住射向光敏电阻的光 光敏电阻的阻值迅速变大 电路中的电流减小 使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁 造成电动机断路 使工件停转以保证安全 答案 见解析 1 2013 南充高中高二检测 如图3 3 4所示为小型电磁继电器的构造示意图 其中l为含铁芯的线圈 p为可经o点转动的铁片 k为弹簧 s为一对触头 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3 3 4 a a与b接信号电压 c与d可跟被控电路串联b a与b接信号电压 c与d可跟被控电路并联c c与d接信号电压 a与b可跟被控电路串联d c与d接信号电压 a与b可跟被控电路并联 解析 由图可知a b是电磁继电器线圈 所以a b应接信号电压 线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或排斥 从而使c d接通或断开 进而起到控制作用 所以选项a正确 答案 a 问题导思 1 传感器与人感官相比各有什么优缺点 2 人类的五大器官可分别与哪类传感器类比 生活中的传感器 1 传感器与人感官的优缺点好多传感器都能与人的感觉器官对号入座 但有些传感器的测量内容 是人的整体感觉所作出的判断 甚至有些传感器能够承担人的感官所做不到的任务 也有些传感器比人的感觉灵敏度高 测量结果更客观 或者能够代替人去承担危及人的健康的任务 但人也有人的优势 由于人的感官与大脑紧密联系在一起 所以感知与分析判断是融为一体的 得到的是综合的信息 认识会更全面 而且人还可以联想到环境状况及历史情况 再作出去伪存真的判断分析 综合与联想是人的优势 另外 人脑的学习及记忆对感官能力也有影响 机器人要真正达到人类的智能水平并不是容易的事 2 与人类的五大感官相类比的传感器光敏传感器 视觉 声敏传感器 听觉 气敏传感器 嗅觉 化学传感器 味觉 压敏 温敏 流体传感器 触觉 如图3 3 5所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路 其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子 由于家用交流电是单相的 启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场 在启动绕组的支路中串联有一个ptc元件 这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器 电流流过ptc元件 元件发热 它的电阻率随温度升高而发生显著变化 当电动机转起来正常以后 ptc元件温度较高 电阻很大 启动绕组电流很小 以下判断正确的是 图3 3 5 a 电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少b 电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少c 电冰箱启动后 启动绕组功率不变 运行绕组功率是变化的d 电冰箱启动后 启动绕组功率是变化的 运行绕组功率不变 审题指导 审题时应注意以下问题 1 理解ptc元件的特点是什么 2 分析电路的串 并联关系 解析 启动时 由于ptc元件温度低 电阻小 故耗电多 故b正确 启动后 随着ptc元件的温度升高 元件本身电阻增大 通过启动绕组的电流减小 故启动绕组的功率是变化的 而运行绕组电压不变 故功率不变 故d正确 答案 bd 解决含电路传感器问题的技巧1 要分清是哪种敏感元件 同时熟知各类敏感元件的特点 2 根据电路结合敏感元件的变化 解决相关问题 2 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 关于电冰箱中的传感器 下列说法正确的是 a 电冰箱中的温控器是由温度传感器控制的b 电冰箱中的温控器是由湿度传感器控制的c 电冰箱由温度传感器控制制冷压缩机的启动与停止d 电冰箱由温度传感器控制除霜温控器的启动与停止 解析 电冰箱中温度控制系统主要是温度传感器 与湿度无关 答案 acd 如图3 3 6所示为某校科技活动小组制作的恒温箱电路示意图 电热丝是恒温箱的加热元件 图中的水银温度计为导电温度计 上面的金属丝a的高度可以调整 下面的金属丝b与温度计的水银接触 该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内 请根据此电路图说明恒温箱工作的原理 综合解题方略 恒温箱原理分析 图3 3 6 审题指导 恒温箱电路可以分为为两部分 1 控制电路 左边的水银温度计 低温时断电 高温时通电 2 工作电路 左边的电热丝 低温时通电发热 高温时自动断电 规范解答 通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝a所指示的温度时 电热丝被连接在电路中 使恒温箱温度升高 当导电温度计中的水银柱上升到金属丝a指示的温度时 继电器线圈被接通 衔铁被吸下 电热丝断电 停止加热 温度降低后线圈电路断开 衔铁被释放 电热丝再次被连入电路 如此反复 从而保持恒温箱内温度恒定 备课资源 教师用书独具 机器人与传感器1 视觉 20世纪50年代后期出现 发展十分迅速 是机器人中最重要的传感器之一 机器视觉从20世纪60年代开始首先处理积木世界 后来发展到处理室外的现实世界 20世纪70年代以后 实用性的视觉系统出现了 视觉一般包括三个过程 图像获取 图像处理和图像理解 相对而言 图像理解技术还很落后 2 力觉 机器人力传感器就安装部位来讲 可以分为关节力传感器 腕力传感器和指力传感器 国际上对腕力传感器的研究是从20世纪70年代开始的 主要研究单位有美国的draper实验室 sri研究所 ibm公司和日本的日立公司 东京大学等单位 3 触觉 作为视觉的补充 触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性 柔软性 硬度 弹性 粗糙度和导热性等 触觉研究从20世纪80年代初开始 到20世纪90年代初已取得了大量的成果 4 接近觉 研究它的目的是使机器人在移动或操作过程中获知目标 障碍 物的接近程度 移动机器人可以实现避障 操作机器人可避免手爪对目标物由于接近速度过快造成的冲击 5 听觉 1 特定人语音识别方法 是将事先指定的人的声音中的每一个字音的特征矩阵存储起来 形成一个标准模板 或叫模板 然后再进行匹配 它首先要记忆一个或几个语音特征 而且被指定人讲话的内容也必须是事先规定好的有限的几句话 特定人语音识别系统可以识别讲话的人是否是事先指定的人 讲的是哪一句话 2 非特定人的语音识别系统大致可以分为语言识别系统 单词识别系统 及数字音 0 9 识别系统 非特定人的语音识别方法则需要对一组有代表性的人的语音进行训练 找出同一词音的共性 这种训练往往是开放式的 能对系统进行不断的修正 在系统工作时 将接收到的声音信号用同样的办法求出它们的特征矩阵 再与标准模式相比较 看它与哪个模板相同或相近 从而识别该信号的含义 图教3 3 1 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 解析 空调机根据温度调节工作状态 所以内部使用了温度传感器 故c正确 答案 c 2 下列器件是应用力传感器的是 a 鼠标器b 火灾报警器c 测温仪d 电子秤 解析 鼠标器中的传感器是红外线接收管 属于光传