人教版选修32 第六章传感器2传感器的应用 学案.doc

2 传感器的应用目标定位1.了解传感器在日常生产、生活中的应用.2.理解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用.3.理解光传感器在鼠标器和火灾报警器中的应用.一、传感器的应用分析1.传感器应用的一般模式传感器电路2.传感器的工作原理分析(1)检测量分析：明确传感器所检测的物理量，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.二、传感器的应用实例1.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.2.温度传感器的应用实例(1)电熨斗构造(如图1所示)图1敏感元件：双金属片.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)电饭锅构造(如图2所示)图2敏感元件：感温铁氧体工作原理()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.3.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：深度思考(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.例1关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是()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，反之变小c.传感器输出的是金属架上的电压d.外力越大，输出的电压差值也越大解析应变片多用半导体材料制成，应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项a错，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.答案bd例2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3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3a.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，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如图4是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 时，下列说法中正确的是()图4a.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5所示是电饭煲的电路图，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r1r2500 ，加热电阻丝r350 ，两灯的电阻不计.图5(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；(3)简要回答，如果不闭合开关s1能将饭煮熟吗？解析(1)接上电源，s2自动闭合，同时手动闭合s1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态.加热到80 时，s2自动断开，s1仍闭合；饭煮熟后，温度升高到103 时，s1自动断开，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70 时，s2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 时，s2又自动断开，再次处于保温状态，如此循环.(2)加热时电饭煲消耗的电功率p1，保温时电饭煲消耗的电功率p2，两式中r并 ，故.(3)如果不闭合s1，开始时s2是闭合的，r1被短路，功率为p1；当温度上升到80 时，s2自动断开，功率降为p2；温度降低到70 ，s2自动闭合温度只能在70 80 之间变化，不能将饭煮熟.答案见解析例5下列关于光传感器应用的有关说法中正确的是()a.火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的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发射管d.当鼠标器在桌面上移动时，红外接收管收到的是断续的红外线脉冲解析火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，平时光电三极管呈高电阻状态，即选项a错误，选项b正确；机械式鼠标器的两个红外接收管就是两个光传感器，它的作用就是把光信号(红外线脉冲)转换或电信号.故选项c错误，选项d正确.答案bd光传感器的应用鼠标器(1)机械式鼠标器的内部组成如图6所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管(光传感器).图6(2)工作原理：鼠标器移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信息，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移.1.(力传感器的应用)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图7甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是()图7a.0t1时间内，升降机一定匀速运动b.0t1时间内，升降机可能减速上升c.t1t2时间内，升降机可能匀速上升d.t1t2时间内，升降机可能匀加速上升答案b解析在0t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻的压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动，故a选项错误，b选项正确；t1t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，重物的加速度是变化的，故不可能做匀速运动或匀加速运动，c、d两项都错.2.(温度传感器的应用)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c3.(温度传感器的应用)(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答案abd4.(光传感器的应用)如图9为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩、发光二极管led、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理.图9答案见解析解析报警器工作时发光二极管处于发光状态，由于挡板遮挡，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，就会报警.题组一力传感器的应用1.电子秤使用的是()a.超声波传感器 b.压力传感器c.温度传感器 d.红外传感器答案b2.如图1所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关k与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场b中.两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的小球.k断开时传感器上有示数，k闭合时传感器上恰好无示数.则线圈中的磁场b的变化情况和磁通量变化率分别是()图1a.正在增强， b.正在减弱，c.正在减弱， d.正在增强，答案d解析k闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场b正在增强，根据法拉第电磁感应定律enu，又qmg得，故d正确.3.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小.实验时，把图2甲中的小球举高到绳子的悬点o处，然后让小球自由下落.用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示.根据图线所提供的信息，以下判断正确的是()图2a.t2时刻小球所处位置是运动中最高点b.t1t2期间小球速度先增大后减小c.t3时刻小球动能最小d.t2与t5时刻小球速度大小不同答案b解析小球下落的轨迹展开图如图所示，b处为绳子的原长处，c处为小球重力与绳上拉力相等处，d处为小球下落的最低点，在题ft图中，0t1小球在ob间下落，t1t2小球在bd间下落，t2t3小球由d处回到b处，t3t4小球在bo间上升，而后下落至b点.由ft图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在c点，对应于t1t2之间，a错，b对；t3时刻小球速度不为零，故动能不可能最小，c错误；t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，d错误.正确选项为b.4.(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小.一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图3甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为i0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程()图3a.物体处于失重状态b.物体处于超重状态c.升降机一定向上做匀加速运动d.升降机可能向下做匀减速运动答案bd解析电流表的示数变为2i0且保持不变，说明此时压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，b、d正确，a、c错误.题组二光传感器的应用5.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.压力传感器答案a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a选项正确.6.街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的()a.压敏性 b.光敏性c.热敏性 d.三种特性都利用答案b7.(多选)如图4所示，用光敏电阻ldr和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()图4a.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答案ad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，a对，b错；ldr由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，c错；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响ldr的电阻，d对.题组三温度传感器的应用8.在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，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.9.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5，下列对故障判断正确的是()图5a.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答案c解析由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或