－鲁科版选修32 5.3 大显身手的传感器 学案.docx

5.3 大显身手的传感器 学案学习目标 ：1.了解洗衣机控水装置的原理,了解压力传感器在生活中的应用.2.了解自动门的工作原理,体会红外传感器在生活中的应用.3.了解指纹识别器的原理,了解电容传感器在生活和生产中的应用.4.了解传感器在机器人中的应用和重要作用,进一步了解传感器在科技中的应用.基础知识：1.洗衣机水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置中使用了传感器.2.自动门自动门使用了传感器.当有人接近自动门时,红外线传感器能接收人体发出的,产生电压输出信号;信号经过电路处理后,使定时器工作,从而驱动电路工作,完成自动关闭门的工作.3.指纹识别器有一种指纹识别器是通过电容传感器识别指纹的.该传感器表面集合了300300个电容器极板,其外表面是绝缘的.当用户的手指放在绝缘表面上时,皮肤就组成了电容阵列极板的另一面.由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同.通过读取这些电容的差异,就能够获取指纹纹信息.4.传感器与机器人机器人是一种的电子机械装置.具有运动、感觉和判断功能.它由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成.其中传感器系统在其中起着非常重要的作用.重点难点教学重点各种常见的传感器在生产、生活、科技和信息时代的应用.教学难点力传感器、红外传感器的原理.学习交流：主题1洗衣机水位控制装置问题传感器在自动控制装置中得到了广泛的应用,如全自动洗衣机的水位控制装置中就使用了传感器.根据教材第95页的“自动洗衣机水位控制原理图”,说说它是如何控制水位的?主题2自动门的工作原理情景自动门被广泛应用在写字楼、宾馆的大门处.当人走进时,门会自动打开,好像“看”到了人走近,当人进入后,又自动关闭,好像“看”到人离开似的.原它们使用了传感器控制门的开、关.问题控制门开、关的是什么类型的传感器?你还知道哪些装置也使用了这种类型的传感器呢?它们是把什么信号转化为电信号?主题3指纹识别器问题人的指纹各不相同且终生基本不变,所以指纹成为识别身份的一种有效手段.有一种指纹识别器是通过电容传感器识别指纹的.请根据看过的有关影视作品或查阅相关知识,说说还有哪些识别身份的方法?主题4传感器与机器人问题机器人是如何“看”、“听”和“感觉”外部世界的信息的呢?又是如何平衡自身的运动和调节运动方向和运动快慢的呢?主题5生活中的传感器问题日常生活中很多地方都用到了温度传感器,说说你生活中哪些物体用到了温度传感器?典例：一、力传感器的应用例1 图示为大型电子地磅的电路图,电电动势为e,内阻不计,不称物体时,滑动变阻器的滑片p在a端,接入电路中有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力的作用下使滑片p下移,滑动变阻器有效电阻减小,电流增大.这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的质量.若滑动变阻器上a、b间长度为l,最大阻值为r0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,试导出所称重物的重力g与电路中电流i的函数关系.变式训练1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()a.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二、电容式传感器例2图示是电容式话筒的示意图,它是利用电容器制成的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,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,导致话筒所在电路中的其他量发生变化,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可能是电容器两极板间的()a.距离变化b.正对面积变化c.介质变化d.电压变化变式训练2图示是测定液面高低的传感器示意图,a为固定的导体芯,b为导体芯外面的一层绝缘物体,c为导电液体,把传感器接到图示电路中.已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同.如果发现指针正向左偏转,则导电液体的深度h的变化是,说明电容器的电容.参考答案1.压力2.红外线红外线3.距离4.拟人化1.解答向桶内注水时,气室内的气体压强增大,在压力的作用下传感器的膜片向上凸起.当筒内的水位到达设定的高度时,凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c接触,从而接通控制电路,关闭进水阀门,接通洗涤电.2.解答控制门使用的是红外线传感器.应用举例红外线温度计,电视机遥控器,自动抽水厕所,自动出水的自动水龙头,洗手后的干水器,防盗报警器等.红外传感器是把光信号转换成了电信号.3.解答通过声音识别,扫描眼睛瞳孔,dna身份鉴定等方式识别身份.4.解答机器人的感觉器官是传感器.分为外部传感器和内部传感器.外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激.视觉传感器(主要是摄像机)是机械人“眼睛”;超声波传感器、语音识别传感器是机器人的“耳朵”;温度传感器相当于机器人的“皮肤”内部传感器用于检测机器人自身的状态,如测量速度、精确定位和平稳运动等.5.解答电冰箱、电钣锅、电熨斗等物品中都用到了温度传感器.一、力传感器的应用例12kl-eklir0【解析】设称重物g时弹簧的压缩量为x,由题意得g=kx此时,滑片p到b端的距离为l-x,滑动变阻器的有效电阻为rp=l-xlr0=r0-xlr0由欧姆定律有i=er0+(r0-xlr0)联立解得g=2kl-eklir0.【点拨】本题属力电传感器装置.解此类题的基本思路是明确什么量的变化引起电学量的变化,引起哪个电学量的变化,如本题重物的重量弹簧形变滑动变阻器的阻值变化电流变化;找到非电学量和电学量的联系点,列出方程,如上例重力与形变关系g=kx;形变和电阻的关系rp=l-xlr0.变式训练1b【解析】在0t1的时间内,电流不变,说明压力不变,升降机可能做匀速运动、匀加速运动或匀减速运动;在t1t2时间内,电流增大说明电阻减小,压力增大了,升降机做的是变加速运动.选项b正确.二、电容式传感器例2a【解析】这个声传感器属于电容式传感器.由题意知,对着话筒说话时,振动膜前、后振动,则金属层和金属板间的距离改变,即电容器两极板间距改变,若将电容器近似看做平行板电容器,由c=s4kd可知,c1d.故导致电容变化的原因应该是电容器两极板间的距离变化,选项a正确.【点拨】要理解本题中声传感器的原理将声信号先转化为电容的大小,然后