粤教版选修32 第三章 3 传感器的应用 学案.docx

目标定位1.了解传感器在日常生活和生产中的应用.2.通过学习传感器的应用实例，培养学习兴趣，提高观察和分析能力一、传感器的应用及工作原理分析1生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等，都用到温度传感器(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等(3)照相机中的光敏传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等2农业生产中的传感器(1)无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；(2)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；(3)现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器3工业生产中的传感器(1)生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患；(2)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)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工4飞向太空的传感器在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员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5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图1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的关系式图1答案a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u”、“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，直到水被浇干后s1才会断开3(电容式传感器的应用)如图8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()图8ah增大bh减小ch不变d无法确定答案a解析由题意知，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(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9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9a0t1时间内，升降机一定匀速运动b0t1时间内，升降机可能减速上升ct1t2时间内，升降机可能匀速上升dt1t2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.题组一温度传感器的应用1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2.(多选)在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是ptc元件，ptc元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图1所示，由于这种特性，使ptc元件具有发热、保温双重功能以下判断正确的是()图1a通电后，其电功率先增大后减小b通电后，其电功率先减小后增大c当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变d当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变答案ad解析当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度的升高而减小，其电阻r随之减小，由于加在电热灭蚊器上的电压u保持不变，电热灭蚊器的电功率p随之增大，当tt1时，电功率p达到最大当温度由t1升高到t2的过程中，增大，r增大，p减小而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率p也就越大因此在这之间的某一温度t3会有pp3p，即电功率p减小到等于散热功率时，即达到保温；当tp，使温度自动升高到t3；当tt3，pp，使温度自动降为t3，实现自动保温3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2，下列对故障判断正确的是()图2a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d错误4如图3甲所示为温度在10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻r120 k，r210 k，r340 k，rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当a、b两端电压uab0时，电压鉴别器会令开关s接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当uab0时，电压鉴别器会令开关s断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_.图3答案32(3133均可)解析设电路路端电压为u，当uab0时，有r1r3，解得rt20 k.由题图乙可知，当rt20 k时，t32 .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对题组三电容式传感器的应用8(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图5所示q是绝缘支架，薄金属膜m和固定电极n形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流当膜片向右运动的过程中有()图5a电容变大b电容变小c导线ab中有向左的电流d导线ab中有向右的电流答案ac解析当膜片向右运动的过程中，平行板电容器的板间距离减小，根据c可知电容增大，a正确，b错误；电容增大，容纳电荷的本领增大，电容器继续充电，所以导线ab中有向左的电流，c正确，d错误9传感器是一种采集信息的重要器件，如图6所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力f作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是()图6若f向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流若f向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流若f向上压膜片电极，电路中不会出现电流若电流表有示数，则说明压力f发生变化若电流表有示数，则说明压力f不发生变化a b c d答案a解析当f向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大由于u不变，由qcu知q增大，电容器充电，中电流方向为从b到a，故对，、错；当f变化时，电容变化，而板间电压不变，由qcu，故带电荷量q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数反之，电流计有示数时，压力f必发生变化，故对，错，故选a.题组四力传感器的应用10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b11(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，