高中物理第4章传感器与现代社会学案2用传感器做实验信息时代离不开传感器同步备课课件沪科版选修3_2.ppt

2用传感器做实验信息时代离不开传感器 第4章传感器与现代社会 目标定位1 知道温度传感器 力传感器的原理和应用 2 理解霍尔元件的原理 3 了解现代生产 生活中常用的传感器 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 实验中常见的几种传感器的分析 1 温度传感器的原理温度传感器是利用电阻的阻值会随的变化而变化的原理制成的 它能把这个热学量转换为电压这个电学量 如各种家用电器 空调 冰箱 热水器 饮水机等 的温度控制器 火警报警器 恒温箱等 2 力传感器的原理如图1所示 力传感器可以用来测重力 压力 拉力等各种力 应变片能够把这个力学量转换为这个电学量 物体形变 热敏 电压 温度 温度 3 磁传感器的原理 霍尔效应的应用 1 霍尔元件是一种元件 2 霍尔效应 如图2所示 在金属薄片相对的两侧面通以控制电流I 在与薄片垂直方向施加磁感应强度为B的磁场 那么 在垂直于电流和磁场方向的另外两个侧面将产生与控制电流和磁场成正比的 这种现象称为霍尔效应 即UH 图1图2 电动势UH 磁敏感 例1 多选 如图3所示是霍尔元件的工作原理示意图 如果用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 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 图3 答案 解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时 B增大 I恒定 由公式UH 知UH将变大 选项A正确 地球两极的磁场方向在竖直方向上 所以霍尔元件的工作面应保持水平 使B与工作面垂直 选项B正确 地球赤道上的磁场沿水平方向 只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时 B才与工作面垂直 选项C错误 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角 B在垂直工作面方向上的大小发生变化 UH将发生变化 选项D正确 例2按图4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 图4 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 右侧电路接通 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 小灯泡熄灭 温度仍然较高 小灯泡不会立即熄灭 因为热敏 二 随处可见的传感器1 红外测温仪 是一种将转换成电信号的传感装置 2 数码相机和摄像机 敏感元件叫做 CCD 它能将光信号转换成模拟电信号 模拟电信号再通过A D转换器转换成数字电信号 3 酒精浓度测试仪 敏感元件是酒精传感器 在生活中还有报警器 火警报警器 红外报警器 防盗报警器等等 工业生产中有热轧生产线上的传感器 农业生产中有空气湿度传感器 土壤湿度传感器 土壤营养传感器等等 红外辐射波 煤气 电荷耦合器件 例3如图5所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图 罩内装有发光二极管LED 光电三极管和不透明的挡板 平时光电三极管接收不到LED发出的光 呈现高电阻状态 发生火灾时 下列说法正确的是A 进入罩内的烟雾遮挡了光线 使光电三极管电阻更大 检测电路检测出变化发出警报B 光电三极管温度升高 电阻变小 检测电路检测出变化发出警报C 进入罩内的烟雾对光有散射作用 部分光线照到光电三极管上 电阻变小 发出警报D 以上说法均不正确 答案 解析 图5 由火灾报警器的原理可知 发生火灾时烟雾进入罩内 使光发生散射 部分光线照到光电三极管上 电阻变小 与传感器相连的电路检测出这种变化 发出警报 C对 例4电饭煲的工作原理如图6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 图6 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 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 R3 填 或 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 答案 解析 图6 见解析 R1 R2起的作用是限流 防止指示灯 氖泡 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 三 信息社会离不开传感器智能式传感器集信息 信息 信息 逻辑思维和判断功能于一身 把计算机 各种用途的传感器和输入输出接口等制在同一块芯片上 即成为大规模集成电路智能传感器 四 遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的 进行远距离收集 转换 用计算机处理 识别 得出结论 主要应用在地球资源勘测 环境监控 气象预报 军事侦察等方面 检测 处理 记忆 电磁波 热辐射 达标检测 2 1 传感器的应用实例 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7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A 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 解析 图7 1 2 3 电流表的示数变为2I0且保持不变 说明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 1 2 3 2 传感器的应用实例 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8所示 由于这种特性 PTC元件具有发热 保温双重功能 对此 以下判断正确的是 通电后 其电功率先增大后减小 通电后 其电功率先减小后增大 当其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在t1不变 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A B C D 图8 答案 解析 1 2 3 当温度由零升到t1的过程中 PTC的电阻率 随温度升高而减小 其电阻R随之减小 由于加在灭蚊器上的电压U保持不变 灭蚊器的热功率P随之增大 当t t1时 P P1达到最大 当温度继续升高 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 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P P3 P 即电热功率P减小到等于散热功率时 即达到保温 当t t3时 P P 使温度自动升高到t3 当t t3时 P P 使温度自动降到t3 实现自动保温 正确选项为D 1 2 3 3 传感器的应用分析 如图9所示是一种自动控制水温的装置 加热电路的两个端点P Q应接到触头a b上还是c d上 热敏电阻两端M N应接到哪两个触头上 答案 解析 图9 见解析 1 2 3 P