学练考高中物理 第六章 传感器课件 新人教版选修32.ppt

1传感器及其工作原理2传感器的应用3实验 传感器的应用本章总结提升 第六章传感器 第六章传感器 1传感器及其工作原理 1传感器及其工作原理 1传感器及其工作原理 三维目标 三维目标 知识与技能 1 知道非电学量转换成电学量的技术意义 2 通过实验 知道常见传感器的工作原理 3 初步探究使用和设计简单的传感器 1传感器及其工作原理 三维目标 过程与方法 1 通过对实验的观察 思考和探究 让学生了解传感器 熟悉传感器的工作原理 2 让学生自己设计简单的传感器 经历科学探究过程 学习科学研究方法 培养学生的实践能力和创新思维能力 1传感器及其工作原理 三维目标 情感 态度与价值观 在理解传感器工作原理的基础上 通过自己设计简单的传感器 体验科技创新的乐趣 激发学习物理的兴趣 1传感器及其工作原理 重点难点 重点难点 重点 几种常见传感器的工作原理 演示实验 难点 学生自己设计简单的传感器 1传感器及其工作原理 教学建议 教学建议 学生有较强的解题能力 但学生的技术知识甚至技术常识十分贫乏 动手能力也不强 因此本章内容并非想象中的那样易学 教师在教学过程中要充分运用演示 讲解和动手实验等多种教学方式 培养学生分析实际问题的能力和设计有关技术的能力 对于物理实验 无论是演示实验还是分组实验 学生都表现出极大的兴趣 本堂课课前 允许全班学生自由组合成八个探究小组 这样一来 学生实验和思考就更加自然化和常态化 能表现出最佳的思维状态 1传感器及其工作原理 教学建议 用几个有趣的传感器实验引入课题 激发学生探究传感器原理的兴趣 给出 传感器就是把非电学量转换为电学量 的概念之后 重点介绍光敏电阻 金属热电阻 热敏电阻 安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用 结合电容 霍尔效应 电阻定律等知识让学生设计传感器 进一步深化传感器的工作原理 1传感器及其工作原理 新课导入 新课导入 导入一 准备知识 从上世纪八十年代起 国际上出现了 传感器热 传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位 本课的设计思路是通过对实验的观察 思考和探究 了解什么是传感器 传感器是如何将非电学量转换成电学量的 传感器在生产 生活中有哪些具体应用 为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫 教学时力避深奥的理论 侧重于联系实际 让学生感受传感器的巨大作用 进而提高学生的学习兴趣 培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神 1传感器及其工作原理 新课导入 今天我们生活中常用的电视 空调的遥控器是如何实现远距离操控的 楼梯上的电灯如何能人来就开 人走就熄的 工业生产中所用的自动报警器 恒温烘箱是如何工作的 非典 病毒肆虐华夏大地时 机场 车站 港口又是如何实现快速而准确地检测体温的 所有这些 都离不开一个核心 那就是本堂课将要学习的传感器 1传感器及其工作原理 新课导入 导入二 2003年6月10日 勇气号发射升空 接下来的7个多月里 勇气号成功完成6次轨道调整 登陆前一小时左右 推进器旋转 调整热挡板 准备着陆 滑行台分离 进入火星大气层 打开降落伞 着陆器从它的后舱里脱离出来 启动雷达系统开始测定它的高度和直降落速度 同时 气囊充气 准备软着陆 反向推动器点火 离地面只有100米左右 三个火箭同时点火 确保在距离火星表面13米时达到0速度 抛弃降落伞 自由下落 1传感器及其工作原理 新课导入 在火星地表开始滚动 最后停下 着陆后 同时收回气囊 展开太阳能电池板 启动广角照相机 通过奥德赛飞船向地球传输完数据 勇气号就进入休眠状态了 这台十多个小时前成功登陆的火星车 迎来抵达 红色星球 后的第一个早晨 火星时间早上8点12分 地面控制人员用英国摇滚乐队披头士的歌曲 gooddaysunshine 唤醒 了远在火星上的 勇气 号 它在地面控制下展开电池板为自己充电 开始一天繁忙的工作 勇气号的主要任务是探测火星上是否存在水和生命 并分析其物质成分 以推断火星能否通过改造适合生命生存 1传感器及其工作原理 新课导入 远离我们亿万公里之遥的小小探测器为什么能如此听话地 任人摆布 人们又是如何操控它的 其实人们不必直接接触 就可以控制一些电器 例如用红外线遥控器控制电视的开关 用声音的强弱控制走廊内照明灯的开关等 要想知道这些自动控制的道理 就要学习一些有关传感器的知识 1传感器及其工作原理 知识必备 知识必备 1 能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等 量 并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的物理量 通常是电压 电流等 量 或转换为电路的 的元件叫传感器 2 制作传感器常用的元器件有 和金属热电阻 等 物理 通断 电学 光敏电阻 热敏电阻 霍尔元件 1传感器及其工作原理 学习互动 学习互动 考点一传感器 想一想 如图6 1 1所示 小盒子a的侧面露出一个小灯泡 盒外没有开关 但是把磁铁b放到盒子上面 灯泡就会发光 把磁铁移走 灯泡熄灭 盒子里有什么样的装置 才能出现这样的现象 图6 1 1 1传感器及其工作原理 学习互动 答案 盒子里用到了干簧管 把干簧管串入电路 当磁铁靠近时两个簧片被磁化而接通 所以干簧管能起到开关的作用 1传感器及其工作原理 学习互动 物理 电压 电流 敏感元件 电学量 1传感器及其工作原理 学习互动 例1 多选 下列说法正确的是 a 传感器担负着信息采集的任务b 干簧管是一种能够感知磁场的传感器c 传感器不是电视遥控接收器的主要元件d 传感器是把力 温度 光 声 化学成分等转换为电信号的主要工具 1传感器及其工作原理 学习互动 abd 解析 传感器的任务就是采集信息 a对 干簧管的主要构造是由平行不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的 它靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触 b对 由传感器的定义知d对 1传感器及其工作原理 学习互动 考点二光敏电阻 想一想 工厂生产车间的生产线上安装计数器后 就可以准确得知生产产品的数量 图6 1 2为光敏电阻自动计数器的示意图 其中r1为光敏电阻 r2为定值电阻 此光电计数器的基本工作原理是什么 图6 1 2 1传感器及其工作原理 学习互动 答案 当光被产品挡住时 r1电阻增大 电路中电流减小 r2两端电压减小 信号处理系统得到低电压 每通过一个产品信号处理系统就获得一次低电压 就计数一次 1传感器及其工作原理 学习互动 要点总结 1 光敏电阻的材料是一种半导体 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子增多 导电性 即光敏电阻的阻值随光照增强而 2 光敏电阻能够把 这个光学量转换为 这个电学量 减小 变好 光照强弱 电阻 1传感器及其工作原理 学习互动 例2 多选 如图6 1 3所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 图6 1 3 1传感器及其工作原理 学习互动 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大 1传感器及其工作原理 学习互动 abc 解析 当照射光强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 电压表的示数增大 因内电压增大 故电路的路端电压减小 a项正确 d项错误 由路端电压减小 r1两端电压增大知 r2两端电压必减小 则r2中电流减小 故b项正确 由干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大 故小灯泡的功率增大 c项正确 1传感器及其工作原理 学习互动 考点三热敏电阻和金属热电阻 想一想 如图6 1 4所示 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 温度升高 电阻减小 rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中央 若在rt上擦一些酒精 表针将如何摆动 若用吹风机将热风吹向电阻 表针将如何摆动 图6 1 4 1传感器及其工作原理 学习互动 答案 由于酒精蒸发 热敏电阻rt温度降低 电阻值增大 指针将向左偏 用吹风机将热风吹向电阻 电阻rt温度升高 电阻值减小 指针将向右偏 1传感器及其工作原理 学习互动 要点总结 1 热敏电阻 用 材料制成 对于具有负温度系数的热敏电阻 其电阻值随温度 而减小 2 金属热电阻 金属的电阻率随温度 而增大 利用这一特性金属丝也可以制作 传感器 这种传感器称为金属热电阻 3 热敏电阻和金属热电阻都能够把 这个热学量转换为 这个电学量 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 而热敏电阻的 较好 升高 半导体 升高 温度 温度 电阻 灵敏度 1传感器及其工作原理 学习互动 例3如图6 1 5所示 r1为定值电阻 r2为负温度系数的热敏电阻 l为小灯泡 当温度降低时 图6 1 5 1传感器及其工作原理 学习互动 a r1两端的电压增大b 电流表的示数增大c 小灯泡的亮度变强d 小灯泡的亮度变弱 1传感器及其工作原理 学习互动 c 解析 r2与灯泡l并联后与r1串联 与电源构成闭合电路 当热敏电阻r2温度降低时 它的电阻值增大 外电路电阻增大 电流表读数减小 灯泡l两端电压增大 灯泡亮度变强 r1两端电压减小 故c正确 其余各项均错 1传感器及其工作原理 学习互动 考点四霍尔元件 要点总结 1 霍尔元件如图6 1 6所示 在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上 制作四个电极e f m n 它就成了一个霍尔元件 图6 1 6 1传感器及其工作原理 学习互动 电压 磁感应强度 1传感器及其工作原理 学习互动 例4在一次实验中 一块霍尔材料制成的薄片宽ab 1 0 10 2m 长bc 4 0 10 2m 厚h 1 10 3m 水平放置在方向竖直向上的磁感应强度大小为b 1 5t的匀强磁场中 bc方向通有i 3 0a的电流 如图6 1 7所示 沿薄片宽度产生1 0 10 5v的横向电压 图6 1 7 1传感器及其工作原理 学习互动 1 假定载流子是电子 a b两端中的哪端电势较高 2 薄片上形成电流i的载流子定向运动的速率多大 1传感器及其工作原理 学习互动 1传感器及其工作原理 备用习题 备用习题 1 如图所示是电容式话筒的示意图 它是利用电容制成的传感器 话筒的振动膜前面有薄薄的金属层 膜后距膜几十微米处有一金属板 振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极 在两极间加一电压u 人对着话筒说话时 振动膜前后振动 使电容发生变化 从而使声音信号被话筒转化为电信号 其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 1传感器及其工作原理 备用习题 a 距离变化b 正对面积变化c 电介质变化d 电压变化 1传感器及其工作原理 备用习题 a 解析 振动膜前后振动 使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化 从而将声音信号转化为电信号 1传感器及其工作原理 备用习题 2 如图所示是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置 其中电源电压保持不变 r是滑动变阻器 它的金属滑片是金属杆的一端 在装置中使用了一只电压表 图中没有画出 通过观察电压表示数 可以了解油量情况 1传感器及其工作原理 备用习题 1 你认为电压表应该接在图中的 两点之间 按照你的接法请回答 当油箱中油量减少时 电压表的示数将 选填 增大 或 减小 2 将电压表分别接在b c之间与c d之间 当油量变化时 电压表的示数变化有何不同 1传感器及其工作原理 备用习题 1 c d减小 2 见解析 解析 1 由图可知 当油箱内液面高度变化时 r的金属滑片将会移动 从而引起r两端电压的变化 当油量减少时 r接入电路的电阻会增大 电路中的电流会减小 c d间的电压会减小 当把电压表接在c d两点间 电压表示数减小时 表示油量在减少 2 把电压表接在b c之间 油量增加时 r接入电路的电阻减小 电压表的示数减小 油量减少时 r接入电路的电阻 电压表的示数增大 把电压表接在c d之间 油量增加时 r接入电路的电阻减小 电路中电流增大 则r 两端的电压增大 电压表的示数增大 同理 油量减少时 电压表的示数减小 1传感器及其工作原理 备用习题 3 多选 如图所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当入射光强度增大时 1传感器及其工作原理 备用习题 a 电压表的示数增大b r2中的电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大 1传感器及其工作原理 备用习题 abc 解析 当入射光强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压随干路电流增大而增大 从而电压表的示数增大 同时内电压增大 电路的路端电压减小 a正确 d错误 因路端电压减小 而r1两端电压增大 故r2两端电压减小 则r2中的电流减小 b正确 结合干路电流增大知 流过小灯泡的电流必增大 故小灯泡的功率增大 c正确 1传感器及其工作原理 备用习题 4 多选 如图所示是霍尔元件的工作原理示意图 用d表示薄片的厚度 k为霍尔系数 对于一个霍尔元件 d k为定值 如果保持i恒定 则可以验证uh随b的变化情况 以下说法中正确的是 工作面是指较大的平面 1传感器及其工作原理 备用习题 a 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面 uh将变大b 在测定地球两极的磁场强弱时 霍尔元件的工作面应保持水平c 在测定地球赤道上的磁场强弱时 霍尔元件的工作面应保持水平d 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角 uh将发生变化 1传感器及其工作原理 备用习题 1传感器及其工作原理 备用习题 5 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体 如污水 在管中的流量 即单位时间内通过管内横截面的流体的体积 为了简化 假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道 中空部分的长 宽 高分别为图中的a b c 流量计的两端与输送流体的管道相连 图中虚线 图中流量计的上 下两面是金属材料 前 后两面是绝缘材料 现于流量计所在处加磁感应强度为b的匀强磁场 磁场方向垂直于前 后两面 当导电流体稳定地流经流量计时 在管外将流量计上 下两表面分别与一串接了电阻r的电流表的两端连接 i表示测得的电流值 已知流体的电阻率为 不计电流表的内阻 则可求得流量为 1传感器及其工作原理 备用习题 1传感器及其工作原理 备用习题 1传感器及其工作原理 备用习题 1传感器及其工作原理 自我检测 自我检测 1 传感器 传感器是把非电学量 如位移 压力 流量 声强等 转换成电学量的一种元件 图6 1 8为一种电容传感器示意图 电路可将声音信号转化为电信号 电路中a b构成一个电容器 b是固定不动的金属板 a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜 若声源s发出频率恒定的声波使a振动 则a在振动过程中 图6 1 8 1传感器及其工作原理 自我检测 a a b板之间的电场强度不变b a b板所带的电荷量不变c 电路中始终有方向不变的电流d 向右位移最大时 电容器的电容最大 1传感器及其工作原理 自我检测 1传感器及其工作原理 自我检测 2 光敏电阻 如图6 1 9所示 将一光敏电阻接入多用电表两表笔上 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 用光照射光敏电阻时 表针的偏角为 现用手掌挡住部分光线 表针的偏角为 则可判断 图6 1 9 1传感器及其工作原理 自我检测 a b c d 不能确定 1传感器及其工作原理 自我检测 b 解析 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小 用手掌挡住部分光线 阻值变大 指针偏转角度变小 1传感器及其工作原理 自我检测 3 热敏电阻和金属热电阻 在信息技术高速发展 电子计算机广泛应用的今天 担负着信息采集任务的传感器在自动控制 信息处理技术中发挥着越来越重要的作用 其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件 某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性实验时 安装好如图6 1 10所示装置 向杯内加入冷水 温度计的示数为20 多用电表选择适当的倍率 读出热敏电阻的阻值r1 然后向杯内加入热水 温度计的示数为60 发现多用电表的指针偏转角度较大 则下列说法正确的是 1传感器及其工作原理 自我检测 图6 1 10 1传感器及其工作原理 自我检测 a 应选用电流挡 温度升高换用大量程测量b 应选用电流挡 温度升高换用小量程测量c 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率大的挡d 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率小的挡 1传感器及其工作原理 自我检测 d 解析 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源 故不能用电流挡 a b均错 当温度升高时多用电表指针偏转角度较大 说明热敏电阻的阻值变小了 应该换用倍率小的挡 c错误 d正确 1传感器及其工作原理 自我检测 4 霍尔元件 霍尔元件能 a 把温度这个热学量转换成电阻这个电学量b 把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量c 把力这个力学量转换成电压这个电学量d 把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 1传感器及其工作原理 自我检测 2传感器的应用 2传感器的应用 3实验 传感器的应用 3实验 传感器的应用 2传感器的应用3实验 传感器的应用 三维目标 三维目标 知识与技能 1 了解力传感器在电子秤上的应用 2 了解声传感器在话筒上的应用 3 了解两个实验的基本原理 4 通过实验 加深对传感器作用的体会 培养学生的动手能力 2传感器的应用3实验 传感器的应用 三维目标 过程与方法 1 通过实验或演示实验 了解传感器在生产 生活中的应用 2 通过实验培养动手能力 体会传感器在实际中的应用 2传感器的应用3实验 传感器的应用 三维目标 情感 态度与价值观 1 在了解传感器的原理及应用时 知道已学知识在生活 生产 科技社会中的价值 增强学习兴趣 培养良好的科学态度 2 在实验中通过动手组装和调试 增强理论联系实际的意识 激发学习兴趣 培养良好的科学态度 2传感器的应用3实验 传感器的应用 重点难点 重点难点 重点 1 各种传感器的应用原理及结构 2 了解斯密特触发器的工作特点 能够分析光控电路的工作原理 3 温度报警器电路的工作原理 难点 1 各种传感器的应用原理及结构 2 光控电路和温度报警器电路的工作原理 2传感器的应用3实验 传感器的应用 教学建议 教学建议 传感器是新课程教材中新增设的十分重要的一部分内容 在课程标准中传感器部分却属于 了解 水平 对传感器的概念和传感器的工作原理都只是要求知道 事实上 课本对于传感器的定义也是属于描述性的 并没有确切的一个定义 而传感器的工作原理是十分复杂的 涉及大学里面数字电路的一些知识 对于高中生的认知水平来说 要想完全理解还是有很大困难的 因此 教材对于传感器的工作原理也只是作为简单电路中的一个器件来进行讲述 并没有涉及传感器的内部结构和复杂的逻辑电路等 所以 在给学生讲解时 需要注意难度的把握 通过课本或者日常生活中的实例或者小实验来进行讲解 2传感器的应用3实验 传感器的应用 教学建议 绝大多数同学亲眼见过或者听说过 声控灯 使用过冰箱 空调 饮水机 看到过电子秤 自动门等 他们对这些东西十分熟悉 但却并不了解其自动控制的奥秘 所以心中一直心存疑惑 教师可以利用学生的疑惑来进行新课的引入 从 生活走向物理 引导学生逐渐深入地揭开传感器的神秘面纱 有条件的话 本节课教学要尽量让学生多观察 多动手 至少要让学生多看看相关的视频文件 教学中多举一些生活相关的实例 如走廊里的声 光控开关及温度报警器 孵小鸡用的恒温箱 路灯的自动控制 银行门口的自动门等 2传感器的应用3实验 传感器的应用 新课导入 新课导入 导入一 师 上节课我们学习了传感器及其工作原理 传感器是能够感知诸如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并把它们按照一定的规律转化成电压 电流等电学量 或转化为电路通断的一类元件 请大家回忆一下光敏电阻 热敏电阻 霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件 生 光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量 热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量 霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量 师 这节课我们来学习传感器的应用 板书课题 传感器的应用 2传感器的应用3实验 传感器的应用 新课导入 导入二 师 同学们 我们今天在上新课之前 先来做一个小实验 同学们都见过过道里的声控灯吧 生 见过 师 同学们看到声控灯一般亮是在什么情况下呀 生1 夜晚 生2 要大声说话或者跺脚 师 很好 声控灯就是在天黑之后 有脚步声或者说话声时才会亮 2传感器的应用3实验 传感器的应用 新课导入 师 老师这里也有一个声控灯 现在是白天 大家觉得我们现在拍手或者大声说话 灯会亮吗 生 猜测 有的觉得会亮 有的觉得灯不会亮 师 把灯放在讲台上 插好电源 一拍手 灯不亮 生 猜不亮的同学很高兴 师 故弄玄虚 把灯用手捧住 吹一口气 灯亮了 生 很惊讶 师 故意留下悬念 同学们 是不是觉得很神奇呀 想知道白天声控灯为什么也会亮吗 那我们就来学习今天的新课 第五章传感器第二节传感器的应用 2传感器的应用3实验 传感器的应用 新课导入 导入三 师 随着人们生活水平的提高 传感器在工农业生产中的应用越来越广泛 如走廊里的声 光控开关及温度报警器 孵小鸡用的恒温箱 路灯的自动控制 银行门口的自动门等 都用到了传感器 传感器的工作离不开电子电路 传感器只是把非电学量转换成电学量 对电学量的放大 处理均是通过电子元件组成的电路来完成的 这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器 2传感器的应用3实验 传感器的应用 新课导入 导入四 上节课我们学习了力传感器 温度传感器 声音传感器及其工作原理 请大家回忆一下我们学了哪些具体的力 温度 声音传感器 学生思考后回答 电子秤 动圈式话筒 电容式话筒 驻极体话筒 电熨斗 它们都是传感器 这节课我们继续来学习一些传感器的应用 2传感器的应用3实验 传感器的应用 知识必备 知识必备 1 传感器应用的一般模式 图6 3 1 传感器 执行 计算机 2传感器的应用3实验 传感器的应用 知识必备 2 应变式力传感器是由 和 组成的 应变片能够把物体 这个力学量转换为 这个电学量 3 感温铁氧体具有这样的性质 常温下具有 能够被磁体吸引 但是温度上升到约 时 就失去了 不能被磁体吸引 这个温度叫作该材料的 居里温度 或 居里点 应变片 金属梁 形变 电压 铁磁性 铁磁性 103 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 学习互动 考点一力传感器的应用 电子秤 要点总结 1 应变式力传感器主要由 和 组成 2 工作原理 如图6 3 2所示 弹簧钢制成的梁形元件右端固定 在梁的上 下表面各贴一个应变片 在梁的自由端施加力f 则梁发生弯曲 上表面拉伸 下表面压缩 上表面应变片的电阻 下表面的电阻 力f越大 弯曲形变越大 应变片的电阻变化就越大 如果让应变片中通过的电流保持恒定 那么上面应变片两端的电压 下面应变片两端的电压 传感器把这两个电压的差值输出 力f越大 输出的 也就越大 应变片 金属梁 变大 变大 变小 变小 电压差值 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 图6 3 1 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 例1 多选 关于电子秤中应变式力传感器 正确的说法是 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 其电阻变小c 传感器输出的是应变片上的电压d 外力越大 输出的电压差值也越大 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 bd 解析 应变片多用半导体材料制成 故选项a错 当应变片的表面拉伸时 其电阻变大 反之 其电阻变小 b对 传感器输出的是应变片上 下两表面的电压差 并且随着外力的增大 输出的电压差值也增大 故c错 d对 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 考点二温度传感器的应用 电熨斗 想一想 图6 3 3为电熨斗的构造图 其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属 图6 3 3 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 1 常温下 电熨斗的上 下触点应当是接触的还是分离的 当温度过高时双金属片将起怎样的作用 2 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 这是如何利用调温旋钮来实现的 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 答案 1 常温时 电熨斗的上 下触点接触 这样电熨斗接通电源后能进行加热 当温度过高时双金属片膨胀 因上层的热膨胀系数大 故上层膨胀得厉害 双金属片向下弯曲 弯曲到一定程度后 两触点分离 电路断开电热丝停止加热 当温度降低后 双金属片恢复原状 重新接通电路加热 2 熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度 也就是要求双金属片弯曲程度较大时 两触点分离 所以应使调温旋钮下旋 反之熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度 应使调温旋钮上旋 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 要点总结 1 电熨斗内部的双金属片温度传感器的作用是控制电路的 2 常温下 上 下触点是 的 当温度过高时 双金属片弯曲 使触点 从而切断电源 停止加热 当温度降低后 双金属片 重新 电路加热 通断 接触 分离 恢复原状 接通 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 例2一般的电熨斗用合金丝作为发热元件 合金丝电阻随温度的关系如图6 3 4中实线 所示 由于环境温度以及熨烫的衣服厚度 干湿等情况不同 电熨斗的散热功率不同 因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动 易损坏衣物 有一种用主要成分为batio3 被称为 ptc 的特殊材料 作为发热元件的电熨斗 具有升温快 能自动控制温度的特点 ptc材料的电阻随温度变化的关系如图中实线 所示 根据图线分析 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 1 处于冷态的ptc电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快的原因是 2 通电一段时间后电熨斗温度t自动稳定在 t 范围之内 图6 3 4 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 考点三温度传感器的应用 电饭锅 想一想 电饭锅的结构如图6 3 5所示 图6 3 5 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 1 开始煮饭时为什么要压下开关按钮 手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么 2 煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度 为什么 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动发生哪些动作 4 如果用电饭锅烧水 能否在水沸腾后自动断电 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 答案 1 煮饭时压下开关按钮 感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起 触点相接 电路接通 开始加热 手松开后 由于锅内的温度低 感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态 2 煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点 因为水沸腾时 温度不变 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会升高 当温度上升到 居里温度 约为103 时 感温铁氧体失去磁性 在弹簧作用下永磁铁与之分离 开关自动断开 且不能自动复位 4 不能 因为如果用电饭锅烧水 水沸腾后 锅内的温度保持在100 不变 低于 居里温度 103 电饭锅不能自动断电 只有水烧干后 温度升高到103 才能自动断电 因此电饭锅用来烧水 煲汤不能实现自动控温 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 要点总结 1 感温铁氧体的 居里温度 约为 2 电饭锅煮饭时 水沸腾后锅内温度保持在 不变 当水分被大米吸干 锅底温度升高至 时感温铁氧体失去磁性 永磁体被 触点 从而停止加热 103 103 沸点 弹开 分离 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 例3图6 3 6是电饭煲工作的电路图 s1是一个温控开关 手动闭合后 当此开关温度达到 居里点 103 时会自动断开 s2是一个自动温控开关 当温度低于70 时会自动闭合 温度高于80 时会自动断开 红灯是加热时的指示灯 黄灯是保温时的指示灯 分流电阻r1 r2 500 加热电阻r3 50 两灯电阻不计 图6 3 6 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 1 分析电饭煲的工作原理 2 计算加热和保温两种状态下 电饭煲消耗的功率之比 3 简要回答 如果不闭合开关s1能将饭煮熟吗 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 考点四光传感器的应用 火灾报警器 要点总结 1 组成 如图6 3 7乙所示 发光二极管led 光电三极管和不透明的挡板 图6 3 7 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 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 就会发出警报 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 例4图6 3 8为利用烟雾对光的散射原理工作的一种火灾报警器 带孔的罩子内装有发光二极管led 光电三极管和不透明的挡板 注 光电三极管受到光照射时 电阻变小 请分析它的工作原理 图6 3 8 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 答案 平时 光电三极管接收不到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 就会发出警报 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 考点五光控开关和温度报警器 想一想 如图6 3 9所示的光控电路 用二极管led模仿路灯 rg为光敏电阻 r1的最大阻值为51k r2为330 试分析其工作原理 图6 3 9 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 答案 白天 光强度较大 光敏电阻rg电阻值较小 加在斯密特触发器a端的电压较低 则输出端y输出高电平 发光二极管led不导通 当天色暗到一定程度时 rg的阻值增大到一定值 斯密特触发器的输入端a的电压上升到某个值 1 6v 输出端y突然从高电平跳到低电平 则发光二极管led导通发光 相当于路灯亮了 这样就达到了使路灯天明熄灭 天暗自动开启的目的 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 非门 高电平 低电平 高电平 模拟信号 数字信号 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 例5图6 3 10是一个温度报警器的电路图 rt为热敏电阻 温度升高 电阻减小 1 试分析它的工作原理 2 若要调高报警温度 需怎样调节r1 图6 3 10 2传感器的应用3实验 传感器的应用 学习互动 解析 1 常温下 调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平 则输出端y处于高电平 无电流通过蜂鸣器 蜂鸣器不发声 当温度升高时 热敏电阻rt阻值减小 斯密特触发器输入端a电势升高 当达到某一值 高电平 时 其输出端由高电平跳到低电平 蜂鸣器通电 从而发出报警声 r1的阻值不同 则报警温度不同 2 若使报警温度变高 则应调节r1使其阻值减小 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 备用习题 1 如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图 当杯中的水的水位到达金属块b时 出现的情况是 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 a l1灯亮b l2灯亮c l1 l2两灯同时亮d l1 l2两灯都不亮 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 b 解析 由电路结构可以看出 当杯中的水的水位到达b时 左端电路被接通 这样螺线管就产生磁场 相当于一个磁铁 对与弹簧相连的衔铁产生吸引作用 使之向下移动 这样l2所在的电路被接通 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 2 如图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 滑片p在a端 滑动变阻器接入电路的有效电阻最大 电流较小 称物体时 在压力作用下滑片p下滑 滑动变阻器有效电阻变小 电流变大 这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上 就可以读出被称物体的重量值 若滑动变阻器上a b间距离为l 最大阻值等于定值电阻的阻值r0 已知两弹簧的总弹力与形变量成正比 比例系数为k 则所称物体的重量g与电流大小i的关系为 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 3 按如图所示连接好电路 合上s 发现小灯泡不亮 原因是 用电吹风对热敏电阻吹一会儿 会发现小灯泡 原因是 停止吹风 会发现 把热敏电阻放入冷水中会发现 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 答案 由于热敏电阻阻值较大 左侧电路电流较小 电磁铁磁性较弱 吸不住衔铁亮了电吹风对热敏电阻加热 使其阻值变小 电路中电流增大 电磁铁吸住衔铁小灯泡不会立即熄灭 因为热敏电阻温度仍然较高小灯泡熄灭 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 4 电饭煲的工作原理如图所示 可分为两部分 即控制部分 由s2 r1和黄灯组成 工作 加热 部分 由发热电阻r3 r2和红灯组成 s1是一个磁铁限温开关 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 闭合 s2是一个双金属片自动开关 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 通过的电流必须较小 所以r1 r2起 作用 r3是发热电阻 由于煮饭前温度低于70 所以s2是 选填 断开的 或 闭合的 接通电源并按下s1后 黄灯灭而红灯亮 r3发热 当温度达到70 80 时 s2断开 当温度达到103 时饭熟 s1断开 当温度降到70 以下时 s2闭合 电饭煲处于保温状态 由以上描述可知r2 选填 或 r3 若用电饭煲烧水时 直到水被烧干s1才会断开 试解释此现象 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 限流闭合的 水的沸点 100 低于103 解析 r1 r2起的作用是限流 防止指示灯因电流过大而烧毁 s2是自动控制温度开关 当温度低于70 时自动闭合 当温度达到70 80 时又自动断开 使电饭煲处于保温状态 由于r3的功率较大 因此r2 r3 由于开关s1必须当温度达到103 时才自动断开 而水的沸点只有100 因此用电饭煲烧水时 直到水被烧干后s1才会断开 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 5 如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图 试说明其工作原理 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 解析 天较亮时 光敏电阻rg阻值较小 斯密特触发器输入端a电势较低 则输出端y输出高电平 线圈中无电流 工作电路不通 天较暗时 光敏电阻rg阻值增大 斯密特触发器输入端a电势升高 当升高到一定值 输出端y由高电平突然跳到低电平 有电流通过线圈a 电磁继电器工作 接通工作电路 使照明灯自动开启 天明后 rg阻值减小 斯密特触发器输入端a电势逐渐降低 降到一定值 输出端y突然由低电平跳到高电平 则线圈a中不再有电流 电磁继电器自动切断工作电路的电源 照明灯熄灭 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 6 2007年法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔由于发现巨磁阻效应 gmr 而荣获了诺贝尔物理学奖 如图所示是利用gmr设计的磁铁矿探测仪原理示意图 图中gmr在外磁场作用下 电阻会大幅度减小 下列说法正确的是 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 a 若存在磁铁矿 则指示灯不亮 若将电阻r调大 该探测仪的灵敏度提高b 若存在磁铁矿 则指示灯不亮 若将电阻r调小 该探测仪的灵敏度提高c 若存在磁铁矿 则指示灯亮 若将电阻r调大 该探测仪的灵敏度提高d 若存在磁铁矿 则指示灯亮 若将电阻r调小 该探测仪的灵敏度提高 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 c 解析 如果存在磁铁矿 则gmr的阻值大幅度减小 流过gmr和r电路的电流大幅度增大 由ur ir知 r两端电压增大 因此 gmr两端电压减小 即a端电平升高 则非门电路输出端y电平降低 则指示灯两端电压升高 指示灯亮 如果将电阻r调大 则a端电平调得更高 y端更易输出低电平 则指示灯更易变亮 该探测仪的灵敏度提高 故a b d错误 c正确 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 7 图是一个火警报警装置的逻辑电路图 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 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 1 要做到低温时电铃不响 火警时产生高温 电铃响起 在图中虚线处应接入怎样的元件 2 为什么高温时电铃会被接通 3 为了提高该电路的灵敏度 即报警温度调得稍低些 r的值应大一些还是小一些 2传感器的应用3实验 传感器的应用 备用习题 1 非门 2 见解析 3 大一些 解析 1 温度较低时rt的阻值很大 r的阻值比rt小得多 因此p x之间电压较大 要求此时电铃不发声 表明输出给电铃的电压应该较小 输入与输出相反 可见虚线处元件应是 非 门 2 高温时 rt阻值减小 p x之间电压降低 输入低电压时 从 非 门输出的是高电压 电铃响起 3 由前面分析可知 若r较大 由于它的分压作用 rt两端的电压不太高 则外界温度不太高时 就能使p x之间电压降到低电压输入 电铃就能发声 因此r较大时 反应较灵敏 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 自我检测 1 力传感器的应用 下列器件应用力传感器的是 a 鼠标器b 火灾报警器c 测温仪d 电子秤 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 d 解析 鼠标器中的传感器是红外线接收管 属于光传感器 火灾报警器中传感器是光电三极管 属于光传感器 测温仪用的是温度传感器 电子秤的敏感元件是应变片 是力传感器 d正确 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 2 温度传感器的应用 多选 图6 3 11是电饭锅的结构图 如果感温磁体的 居里温度 为103 下列说法中正确的是 图6 3 11 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 a 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 锅底的温度达到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 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 acd 解析 电饭锅煮饭时 水沸腾后锅内温度保持在沸点不变 当水分被大米吸干 锅底温度升高至103 时感温磁体失去磁性 永磁体被弹开 触点分离 从而停止加热 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 3 光传感器的应用 多选 关于光传感器的应用 下列说法中正确的是 a 火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的b 火灾报警器中的光电三极管平时收不到led发出的光 呈现高电阻状态c 机械式鼠标器的传感器是红外线发射管d 当鼠标器在桌面上移动时 红外线接收管收到的是不连续的红外线脉冲 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 abd 解析 火灾报警器是利用烟雾对光的散射工作的 故a正确 光电三极管收不到led发出的光处于断路状态 呈高电阻状态 b正确 机械式鼠标器的传感器是红外线接收器 c错 鼠标器移动时 码盘转动 红外线接收器收到的是不连续的脉冲信号 故d正确 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 4 光控开关和温度报警器 多选 图6 3 12为一个逻辑电平检测电路 a与被测点相接 则 图6 3 12 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 a a为低电平 led发光b a为高电平 led发光c a为低电平 led不发光d a为高电平 led不发光 2传感器的应用3实验 传感器的应用 自我检测 bc 解析 a为低电平时 y为高电平 led不发光 a为高电平时 y为低电平 led发光 故b c正确 本章总结提升 本章总结提升 本章总结提升 单元回眸 单元回眸 本章总结提升 整合创新 整合创新 本章总结提升 整合创新 本章总结提升 整合创新 例1广泛应用于室内空调 电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的 如图6 t 2甲所示 电源的电动势e 9 0v 内阻不可忽略 g为内阻不计的灵敏电流表 r0为保护电阻 r为热敏电阻 其阻值与温度变化关系的r t图像如图乙所示 则热敏电阻r与摄氏温度t的关系为r 闭合开关s 当r的温度等于40 时 电流表的示数i1 2 25ma 则当电流表的示数i2 3 6ma时 热敏电阻r的温度是 本章总结提升 整合创新 图6 t 2 本章总结提升 整合创新 18 75t 4