2019-2020学年高中物理 第三章 传感器 第3节 生活中的传感器学案 教科版选修3-2

第三节生活中的传感器1.了解日常生活中常见的传感器及其应用。(主要困难)2.感受传感器技术给人类生活带来的便利，理解传感器应用的设计理念。一、洗衣机中的传感器1.水位传感器；2.称重传感器。3.水温传感器；4.布料传感器；5.洗衣粉传感器；6.脏污程度传感器；7.脱水传感器。二。冰箱中的传感器1.冰箱主要由制冷系统和控制系统组成。控制系统主要包括自动温度控制、除霜温度控制、过热和过流保护等。2.冰箱运行时，由温度传感器组成的温度控制器根据设定的冰箱温度自动打开和关闭电路，控制制冷压缩机的启动和停止。三。家用报警器1.有害气体报警器和可燃气体报警器。2.敲防盗报警器，撞击防盗报警器。3.碰撞防盗报警器由碰撞传感器和执行电路组成。其工作原理是：在静态下，无论传感器处于何种状态，钢球和外壳都处于关闭状态，不会导电。一旦传感器受到外力冲击，钢球受到扰动而产生运动，外壳被接通，触发执行电路启动报警装置工作。四、传感器和人类感官1.光传感器人眼。2.化学和生物传感器人的鼻子和舌头。3.机械和振动传感器、温度传感器人手、脚、皮肤等。4.声音传感器耳朵。5.湿度和大气压力传感器根据人们的整体感觉做出判断。晚上，楼梯上很暗，但是当我们的脚步声响起时，楼梯上的灯亮了。我们爬上了下一层，一楼的灯亮了，我们身后的灯依次熄灭了。楼梯灯控制器似乎“看到”我们的到来，并打开灯欢迎我们。它似乎能够“听到”我们的离开，关灯，节省能源。这种“人性化”的功能是如何产生的？注：这是通过声光延迟开关实现的，该开关安装在电路中，可以将声、光信号转换成电信号。从敏感元件到开关电路的各种传感器分析1.洗衣机水位控制装置中使用的压力传感器是开关型传感器。如图所示，当水注入内筒时，一部分水进入空气室，空气室中的压力增加，导致传感器的膜片向上凸出，从而使动触点a与下静触点b分离，并与上静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进气电磁阀，并接通洗涤电机的电源，开始洗涤衣物。2.冰箱的工作过程：当冰箱运行时，由温度传感器组成的温度控制器根据设定的冰箱温度自动打开和关闭电路，控制制冷压缩机的启动和停止。当冰箱加热除霜时，由温度传感器组成的除霜温度控制器将在除霜加热器达到一定温度时自动切断加热器的电源。停止除霜和加热。当压缩机过载时，会出现一些故障，并且电压过低或过高而无法正常启动，这可能会导致电机电流增加并烧毁电机。此时，过热过流保护装置会及时切断电源，保护电机。3.火警(1)组成：光电二极管发光二极管、光电晶体管和不透明挡板(如图所示)。(2)工作原理：通常情况下，光电晶体管不能接收发光二极管发出的光，呈现高阻态。烟雾进入发动机罩后对光线有散射作用，因此部分光线照射在光电晶体管上，其电阻降低。当与传感器相连的电路检测到这种变化时，它将发出警报。命题透视1力传感器的应用如图所示，一种常见的高度和重量测量仪器。测量仪器的顶部发射超声波，其波速为100伏.超声波被反射并返回到测量仪器进行接收。测量仪器记录发射和接收之间的时间间隔。带有大量m0的称重平台放置在压力传感器上，传感器的输出电压与作用在其上的压力成比例。当称重平台无人时，测量仪器记录t0的时间间隔，u0的输出电压，称重平台在某个同学的站上，测量仪器记录t的时间间隔，u的输出电压，那么同学的身高和体重是()伏安(t0-t)，u英国航空公司(t0-t)，美国c.v(t0-t)，(u-u0)d.v(t0-t)，(u-u0)分析将测量仪器的高度和人的高度分别设置为h和h。根据问题的含义，当没有人站着的时候，有h=v，当有一个人站着的时候，有h-h=v，从而得到h=v；此外，传感器输出的电压与作用在其上的压力成正比，因此无人站立时u0=km0g，站立时u=k (m0 m) g，m=(u-u0)，因此d项是正确的。回答维命题透视2温度传感器的应用如图所示，m是一个小型理想变压器，端子a和b连接到一个正弦交流电源，电压u=311 sin 134 t (v)。变压器的右侧是火灾报警系统的示意图，其中r2是由半导体热敏材料制成的传感器，安培计a2是值班室的显示器，显示流经r1的电流，电压表v2显示应用于报警器的电压(报警器未显示)，r3是一个特定值的电阻器。当传感器r2的位置发生火灾时，以下陈述是正确的()a.a1的表示不变，a2的表示增加b.a1指数增加，a2指数增加c.v1氏球菌的症状数量增加，而v2氏球菌的症状数量增加d.v1的符号不变，v2的符号减少了分析当传感器r2的位置发生火灾时，r2的电阻降低，导致电路的总电阻降低，因此电路中的总电流将增加。a1测量初级线圈中的总电流。随着次级线圈中电流的增加，初级线圈的电流a1指示器也会增加。由于电源电压和原次级线圈电压不变，v1的指标不变。随着次级线圈中的电流增加和r3的电压增加，v2的指示降低，即r1的电压也降低，所以a2的指示降低，并且a、b和c是错误的。d是正确的。回答维命题透视3光传感器的应用电源、开关s和s、定值电阻r1、光敏电阻r2和电容连接成如图所示的电路。电容器的两个平行板水平放置。当开关s和s闭合并且没有光照射光敏电阻r2时，带电液滴刚好停止在电容器两个极板之间的点m处。当光致抗蚀剂r2被强光照射时，光致抗蚀剂的电阻变小，然后()a.液滴向下运动b.水滴仍然是静止的r2两侧的电位差是否增加无法分析d、在光照强度不变的情况下，关闭“s ”,将电容器的上板向上移动一小段距离，上板的电位高于a点的电位分析当光敏电阻r2受到强光照射时，光敏电阻的阻值减小，电路中的电流增大，r1两端的电压增大，电容的电压增大，极板间的场强增大，施加在液滴上的电场力增大，液滴向上移动，所以a和b是错误的；当用强光照射光敏电阻r2时，光敏电阻的电阻降低，电路中的电流增加，r2两端之间的电压：ur2=e-1(r1 r)必须降低，所以c是错误的；当照明强度不变时，关闭s，电容器的电荷量不变，电位差：ur1=。将电容器的上板向上移动一小段距离，d变大，因此电势差ur1变大。因为下板的电势为零，所以上板的电势高于点a的电势，1.明确的设计意图、明确的控制条件和相应的自动控制原则。2.有必要指定应选择哪个传感器，传感器如何感知控制条件，以及如何将其转换为电输出。3.选择哪种致动器，致动器如何执行自动控制？4.用什么样的电路来实现自动控制，简而言之，传感器应用的一般流程应该是清楚的：传感器转换、放大和传输-致动器在如图所示的电饭煲电路图中，s1是一个温度控制开关，当开关的温度达到居里点(103)时会自动打开。s2是一个自动温度控制开关，当温度低于70时会自动关闭。当温度高于80时，它会自动关闭。红灯是取暖的指示器，黄灯是保温的指示器。分流电阻r1=r2=500，加热电阻r3=50，两个灯的电阻不计算在内。(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算电饭煲在加热和保温两种状态下消耗的电能比例；(3)一个简短的回答：如果开关s1没有关闭，米饭可以煮熟吗？解决这个问题的关键是要了解电阻和开关的原理，区分它们的电路结构和功能。决议 (1)电饭锅装满食物后，接通电源，s2将自动关闭，同时s1将手动关闭。这时，黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态。当它被加热到80时，s2将自动打开，s1仍将关闭，当温度上升到103时，开关s1将自动打开。这时，米饭熟了，黄灯亮了，电饭锅处于保温状态。由于散热，当温度降至70时，s2会自动关闭，电饭煲会重新加热，当温度达到80时，s2会自动打开，再次处于保温状态(2)电热锅在加热过程中消耗的电能p1=，电炉在保温过程中消耗的电能p2=，两个公式中r and=因此有=。(3)如果开关s1不闭合，s2将总是在开始时闭合，r1将短路，电源将是p1。当温度升至80时，s2将自动开启，电源将由p2提供。当温度降至70时，s2将自动关闭.温度只能在70到80之间变化，米饭不能煮。回答参见分析2.如图所示，是一个小型电磁继电器的结构示意图，其中l是一个带铁芯的线圈。p是一个可以绕o点旋转的铁片，k是一个弹簧，s是一对触点，a、b、c和d是四个端子。电磁继电器通过与传感器配合完成自动控制的要求，其工作模式为()a.a和b与信号电压相连，c和d与受控电路串联。b.a和b与信号电压相连，c和d与受控电路并联。c.c和d与信号电压相连，a和b与受控电路串联。直流和直流与信号电压相连，a和b与受控电路并联。分析：交流和交流被选择连接到电磁继电器的线圈，所以交流和交流应该连接到信号电压。线圈电流随信号电压变化，使电磁继电器吸合或释放p，从而使c和d导通或关断，起控制作用。因此，正确答案是.1.以下陈述是错误的()a.传感器负责信息收集b.簧片开关是一种磁性传感器c.传感器不是电视遥控接收器的主要部件传感器是将力、温度、光、声音和化学成分转换成电信号的主要工具分析：选择c。根据传感器的定义，知道a和d是正确的；电视遥控接收器的主要部件是红外传感器，所以c是错误的。根据簧片开关的工作原理，簧片开关是一个可以感应磁场的元件，所以b是正确的。2.传感器的应用非常广泛，以下使用温度传感器的例子或设备是()a.洗衣机定时开关b.电视无线遥控开关c.电饭煲的自动温度控制d.l走廊自动控制开关分析：选择d。近年来流行的模糊洗衣机中的传感器包括以下类型：水位传感器、负荷传感器、水温传感器、衣物传感器、洗衣粉传感器、污垢水平传感器和脱水传感器。4.用遥控器换电视频道的过程实际上是传感器将光信号转换成电信号的过程。以下属于这种类型的传感器()a.红外报警装置b.走廊灯的语音控制开关c.自动洗衣机中的压力传感装置d.用于控制电饭锅加热和保温的温度控制器分析：选择电视遥控器采用红外遥控器，红外报警器的工作原理相同。5.压敏电阻的电阻值随着压力的增加而减小。在电梯里，在变阻器上放一个重物。变阻器连接到如图a所示的电路。电流表示的变化如图b所示。一个同学根据电流表表示的变化推导出电梯的运动状态。以下陈述是正确的()从0到t1，电梯必须匀速运行b .在0 t1期间，电梯可能减速上升在t1 t2期间，电梯可能以恒速上升在t1 t2期间，升力可以均匀加速分析：选择b。在0 t1期间，电流是恒定的，表示变阻器的电阻值是恒定的，变阻器上的重量压力是恒定的，电梯可以是静止的、匀速运动的或匀速直线运动的。因此，选项a是错误的，选项b是正确的。从t1到t2，电流增加，这表明变阻器的电阻减小，变阻器上的重量压力增加。因此，匀速运动或匀加速运动是不可能的。c和d是错的。6.有几个热敏电阻，电炉丝，电源，电磁继电器，滑动变阻器，开关和电线。如图所示，尝试设计一个温度控制电路。当温度低于一定温度时，电炉丝自动通电加热，当温度超过一定温度时，电源自动切断。画一张电路图，解释工作过程。分析：(1)电路图如图所示。(2)工作过程：关闭s，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值较大，通过电磁继电器的电流较小，不能工作。接通电源，电炉丝被加热。当温度达到设计值时，热敏电阻电阻的阻值降低到一定值。当通过电磁继电器的电流达到工作电流时，电枢p被吸引，k被关断，电炉丝被断电，加热停止。当温度低于设计值时，重复上述过程。答：请参阅分析i .选择题1.这个人形机器人配备了像眼睛一样的“传感器”，像大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”。在遇到障碍之前，它会自动避开并及时转弯。以下关于机器人“眼睛”的陈述是正确的()a.力传感器b.光学传感器c.温度传感器d.声音传感器分析：选择b。障碍物将被绕过，表明它是一个光传感器。乙是对的，甲、丙和丁是错的。2.以下关于传感器的陈述是错误的()日本福岛地震中使用的生命探测器使用了生物传感器嫦娥三号卫星上的ccd立体相机使用光传感器获取月球数据电子秤使用力传感器来称量物体的质量火灾报警器可以通过使用温度传感器在火灾发生时发出警报分析：选择d .生命探测器采用生物传感器，立体摄像机采用光传感器，电子秤采用力传感器，火灾报警器在烟雾浓度达到一定水平时能输出电信号，发出报警声或发出红光闪烁，并自动报警。用烟雾传感器代替温度传感器，所以a、b和c是对的，d是错的。3.在图中所示的电路中，gmr是一个磁敏电阻器。其电阻值随着其所在空间磁场的增强而增大。电源的内阻不容忽视。闭合开关s1和s2后，当滑块p向右滑动时，然后()a.l1、l2变暗了b.l1、l2都亮了起来c.l1变暗，l2变亮d.l1变亮，l2变暗分析：选择d。当滑片p向右移动时，滑动变阻器接入电路的