2024年高中物理第5章第3节大显身手传感器讲义含解析鲁科版选修3-2

PAGEPAGE3大显身手传感器1．洗衣机水位限制系统全自动洗衣机的水位限制装置运用了压力传感器。当水位达到设定的高度时自动关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源。2．自动门(1)限制自动门开关的是一种红外线传感器。(2)自动门工作流程3．指纹识别器指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容器，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异。4．传感器与机器人(1)机器人中传感器的分类机器人中传感器分为外部传感器和内部传感器。(2)传感器用途①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，使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点；②内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点，为什么测体温时一般不用水银温度计，而用红外线测温仪？解析：用水银温度计，测温时间长，同时又简洁引起交叉感染，用红外线测温仪测温速度快，也不须要与人体干脆接触，避开了交叉感染，因此用红外线测温仪较好。1．洗衣机水位限制装置运用的压力传感器是一种开关型的传感器。当向内筒注水时，部分水进入气室，气室内压强增大，使传感器的膜片向上凸起，从而使动触点与下面的静触点分别，并与上面的静触点接触，从而接通限制电路，关闭进水电磁阀门，同时接通洗涤电动机电源，起先洗涤衣物。2．自动门上的红外线传感器，也是一种开关型的传感器。人走近自动门传感器输出电压信号；信号经过处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，自动门电动机反转，门自动关闭。3．指纹识别器的电容传感器输出电容改变这一电信号，经过电路对电信号的比较，实现对指纹的识别。[典例1]电饭锅是应用温度传感器工作的，它的敏感元件是感温铁氧体，由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成，其特点是常温下具有磁性，能够被磁铁吸引，温度达到103℃，失去磁性，这个温度叫居里温度，又称居里点。电饭锅的自动限制结构如图所示，依据以上信息回答：(1)起先煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开这个按钮是否会复原到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持肯定的温度？(3)饭熟后，水分被大米汲取，锅底的温度会有什么改变？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4)假如用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？[解析](1)煮饭时压下开关按钮，感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起，触点相接，电路接通，起先加热。手松开后，由于锅内的温度低，感温铁氧体与永磁体相互吸引而不能使按钮复原到图示的状态。(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。(3)饭熟后，水分被大米汲取，锅底的温度会上升，当温度上升到“居里温度”(约103℃)时，感温铁氧体失去磁性，永磁铁与之分别，开关自动断开，且不能自动复位。(4)假如用电饭锅烧水，水沸腾后水温保持100℃，不会再上升，故不能自动断电。[答案]见解析1．在如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距离不变，下列说法正确的是()A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动触头，P、L消耗的功率都不变解析：选D由于二极管处于反向接法，无论怎样移动触头P，对电路的电阻影响不大，所以L消耗的功率不变，D正确。1．机器人的构成机器人主要包括三个部分：环境信息采集部分(相当于人的感觉器官)、环境识别和动作限制部分(相当于人的大脑)、动作部分(相当于人的手、脚等)。2．传感器与机器人感觉对应表感觉所用传感器效果当前发展水平视觉视觉传感器(摄像机)使机器人拥有人眼的视觉功能离自然人的视觉水平相差甚远听觉超声波传感器、语音识别装置使机器人拥有类似人耳的听觉功能能理解一些简洁的语句，不能真正实现人机对话嗅觉气体传感器使机器人拥有类似人鼻的功能只能识别有限的几种气体，一般机器人没有嗅觉触觉压力传感器、温度传感器、位移传感器使机器人拥有类似人的皮肤和手的功能发展水平较高，虽不如人的感觉敏锐，但能完成大部分要求[典例2]类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，如同大脑的“限制器”，以及可以行走的“执行器”，在它遇到障碍物前会自动避让并刚好转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A．是力传感器B．是光传感器C．是温度传感器D．是声音传感器[解析]遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B正确，A、C、D错误。[答案]B2．[多选]下列传感器中机器人能应用到的传感器是()A．视觉传感器B．位移传感器C．压力传感器D．语言识别装置解析：选ABCD视觉传感器相当于机器人的“眼睛”，压力传感器、位移传感器使机器人有了“感觉”，语言识别装置相当于机器人的“耳朵”，A、B、C、D正确。1．下列状况不行能是由于全自动洗衣机的水位限制装置损坏引起的是()A．洗衣机不加水B．洗衣机加水不能自动停止C．洗衣机不排水D．洗衣机不洗衣解析：选C洗衣机水位限制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可能导致始终不加水，或始终不停地加水或加足水后洗衣机仍旧不洗衣，A、B、D可能，C不行能。2．机器人技术发展快速，以下哪方面是现有的机器人不能很好地完成的()A．汽车工业中自动焊接领域B．深水探险C．艺术体操和与人对话D．机械加工解析：选C现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术，还很难达到类似人对肢体的限制实力，其动作精确但较僵硬，语音识别实力还很差，在其他几个方面机器人都有上佳表现。3．为了节约能源，合理适时地运用路灯，要求路灯夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置，实现了自动限制。这是利用半导体的()A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用了解析：选B由题意可知，这一装置要对光敏感，能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗)，所以选B。虽然白天与夜晚温度也不相同，但温度除与昼夜有关外，还与季节有关，因此不能选C。灯亮熄与压力更无关系，A、D错。4．将启动器与灯泡、电源、开关连在一起，如图所示，闭合开关时，灯泡将()A．不亮B．始终亮C．亮、灭交替D．以上都有可能解析：选C启动器中有一个U形的双金属片，与旁边的直立金属丝构成一对触点，常温下是分别的。闭合开关后，电源电压通过灯泡加到启动器上，启动器发出辉光，同时加热双金属片，达到设定温度时，双金属片膨胀而与金属丝接触，接通电路，灯泡亮。因接通后启动器电压为零，启动器停止发光，温度降低到肯定值时，触点分开，断开电路，灯泡熄灭，将重复以上过程。5．小强用恒温箱进行试验时，发觉恒温箱的温度持续上升，无法自动限制。经检查，恒温箱的限制器没有故障。参照图，下列对故障推断正确的是()A．只可能是热敏电阻出现故障B．只可能是