2017-2018高中物理 第三章 傳感器 第三節(jié) 傳感器的應用 第四節(jié) 用傳感器制作自控裝置學案 粵教版選修3-2

第三節(jié)傳感器的應用第四節(jié)用傳感器制作自控裝置學習目標1.了解傳感器在生活和生產中的應用，嘗試運用傳感器的知識解釋一些生活中的問題.2.了解傳感器應用的一般模式.3.能設計簡單的應用傳感器的控制電路一、傳感器的應用導學探究日常生活中的傳感器是一個大家族，也是我們的好朋友，假如沒有這些傳感器，將會給我們的生活帶來諸多不便，請觀察和思考一下，在生活中有哪些傳感器？答案電冰箱、電熨斗、空調機中要用到溫度傳感器；自動門、家電遙控器、防盜報警器中要用到紅外線傳感器知識梳理1生活中的傳感器電飯煲、電冰箱、微波爐、空調機、消毒碗柜等與溫度控制相關的家用電器，幾乎都要用到溫度傳感器；自動門、家電搖控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等，均使用了紅外線傳感器；另外還有照相機中的光敏傳感器、家用便攜式電子秤的壓力傳感器等2農業(yè)生產中的傳感器無人管理的自動灌溉系統(tǒng)利用了濕度傳感器；自動化溫室種植中，溫室的自動控溫就是在溫度傳感器的幫助下實現的；現代糧庫采用了溫度傳感器和濕度傳感器3工業(yè)生產中的傳感器生產安全中，如將一種埋入式光纖傳感器安置在大橋或水壩中，隨時可以監(jiān)測大橋或水壩的裂痕等安全隱患；在自動控制系統(tǒng)中，如數控機床中的位移測量裝置就是利用高精度位移傳感器(如光柵傳感器)進行位移測量，從而實現對零部件的精密加工4飛向太空的傳感器在運載火箭、載人飛船中，應用傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用；對宇航員各種生理狀況的測量有生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等即學即用判斷下列說法的正誤(1)電子秤使用了壓力傳感器()(2)在電梯門口放置障礙物，電梯門會不停地開關，這是由于電梯門上有紅外線傳感器()(3)酒精濃度檢測器，使用了溫度傳感器()答案(1)(2)×(3)×二、用傳感器制作自控裝置導學探究城市里的路燈，能夠在天暗時自動開啟，而在天亮時，自動熄滅，你知道該自動控制電路中有什么傳感器嗎？答案光電傳感器知識梳理課題：應用光敏電阻制作光控自動照明燈電路圖1實驗器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、電阻R(7.5M)、燈泡L.實驗原理由晶閘管VS與電燈L構成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構成，如圖1所示(1)當白天自然光線較強時，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS門電極處于低電平，VS關斷(2)當夜幕降臨時，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而導通，燈L亮(3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調整電路的起控點即學即用判斷下列說法的正誤(1)隨著科技的發(fā)展，傳感器會應用在各行各業(yè)，生活的方方面面，可以完全取代人的作用()(2)當路燈自動控制電路做好后，不能隨意調整路燈點亮熄滅的起控點()(3)路燈自動控制電路中的敏感元件是光敏電阻()答案(1)×(2)×(3)傳感器的應用實例分析傳感器應注意的四個分析：(1)檢測量分析：要清楚傳感器所檢測的非電學量，如溫度、光、聲、力等(2)敏感元件分析：分析敏感元件的輸入與輸出信號，及輸入與輸出信號間的聯(lián)系(3)電路分析：分析傳感器所在的電路結構，分析輸入信號變化對電路電流、電壓等產生的影響(4)執(zhí)行機構分析：分析非電學量與電學量之間的轉換過程，分析根據所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程例1(多選)為了鍛煉身體，小明利用所學物理知識設計了一個電子拉力計，如圖2所示是原理圖輕質彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計，P與R1間的摩擦不計)，彈簧勁度系數為100N/cm.定值電阻R05，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R125，電源輸出電壓恒為U3V，理想電流表的量程為00.6A當拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端下列關于這個電路的說法正確的是(不計電源內阻)()圖2A小明在電路中連入R0的目的是保護電路B當拉環(huán)不受力時，閉合開關后電流表的讀數為0.1AC當拉力為400N時，電流表指針指在0.3A處D當拉力為400N時，電流表指針指在0.5A處答案ABC解析若電路無電阻R0，且金屬滑片P在b端時，回路短路損壞電源，R0的存在使電路不出現短路，因此A正確；當拉環(huán)不受力時，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I0.1A，故B正確；拉力為400N時，由Fkx，則x4cm，對應的電阻為RaP20，R1接入電路的電阻RPb5，由閉合電路歐姆定律得，I0.3A，故D錯，C正確例2(多選)電飯鍋的結構圖如圖3所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103時，下列說法中正確的是()圖3A常溫下感溫磁體具有較強的磁性B當溫度超過103時，感溫磁體的磁性較強C飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會達到103，這時開關按鈕會跳起D常壓下只要鍋內有水，鍋內的溫度就不可能達到103，開關按鈕就不會自動跳起答案ACD1(多選)如圖4所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是()圖4A嚴重污染時，LDR是高電阻B輕度污染時，LDR是高電阻C無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定D該儀器的使用會因為白天和晚上受到影響答案AD解析嚴重污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對，B錯；LDR由半導體材料制成，受光照影響，電阻會發(fā)生變化，C錯；白天和晚上自然光的強弱不同，或多或少會影響LDR的電阻，D對圖52小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制經檢查，恒溫箱的控制器沒有故障參照圖5，下列對故障判斷正確的是()A只可能是熱敏電阻出現故障B只可能是溫度設定裝置出現故障C熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現故障D可能是加熱器出現故障答案C解析由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現故障或溫度設定裝置出現故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導致控制器發(fā)出錯誤指令，故C正確，A、B錯誤若加熱器出現故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高，故D錯誤一、選擇題(18題全為單選題)1傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調機在室內溫度達到設定的溫度后，會自動停止工作，空調機內使用的傳感器是()A生物傳感器B紅外傳感器C溫度傳感器D壓力傳感器答案C2在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現電梯門不停地開關，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是()A光傳感器B溫度傳感器C聲傳感器D壓力傳感器答案A解析在電梯門口放置一障礙物，電梯門不停地開關，說明電梯門口有一個光傳感器，故A選項正確3當出現某疫情時，在機場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播關于紅外線熱像儀，下列說法正確的是()A選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應B紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測C紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同答案D解析紅外線熱像儀是根據物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故D正確4如圖1所示是自動調溫式電熨斗，下列說法不正確的是()圖1A常溫時上下觸點是接觸的B雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C原來溫度控制在80斷開電源，現要求60斷開電源，應使調溫旋鈕下移一些D由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調溫旋鈕下移一些答案C解析常溫工作時，上下觸點是接通的，當溫度升高時，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源，切斷溫度要升高則應使調溫旋鈕下移一些，A、B、D對，C錯5.如圖2所示為小型電磁繼電器的構造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈P為可繞O點轉動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求其工作方式是 ()圖2AA與B接信號電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián)BA與B接信號電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián)CC與D接信號電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián)DC與D接信號電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián)答案A6某學習小組的同學在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖3所示的裝置向杯內加入冷水，溫度計的示數為20，多用電表選擇適當的倍率，讀出熱敏電阻的阻值R1.然后向杯內加入熱水，溫度計的示數為60，發(fā)現多用電表的指針偏轉角度較大，則下列說法正確的是()圖3A多用電表應選用電流擋，溫度升高換用大量程測量B多用電表應選用電流擋，溫度升高換用小量程測量C多用電表應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋D多用電表應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋答案D解析測電阻應選用歐姆擋當溫度升高時，熱敏電阻受溫度變化的影響，偏轉角度增大，說明電阻阻值變小，所以應換用倍率小的擋7如圖4所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個簡單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減小電源甲與繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接則 ()圖4A當溫度降低到某一數值，銜鐵P將會被吸下B當溫度升高到某一數值，銜鐵P將會被吸下C工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在C、D端D工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在A、C端答案B解析根據溫度變化，分析R的變化，確定電路中電流的變化，電流增大時，繼電器L對銜鐵P吸引力增大，P將會被吸下當溫度降低到某一數值，熱敏電阻R的阻值增大，電路中電流減小，繼電器L對銜鐵P吸引力減小，P將不會被吸下，故A錯誤當溫度升高到某一數值，熱敏電阻R的阻值減小，電路中電流增大，繼電器L對銜鐵P吸引力增大，P將會被吸下，故B正確恒溫箱內溫度高到一定數值后，應與電源斷開停止加熱，由以上分析可知，溫度升高后，A、B端斷開，所以工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在A、B端，故C、D錯誤8某同學設計的家庭電路保護裝置如圖5所示，鐵芯左側線圈L1由火線和零線并行繞成當右側線圈L2中產生電流時，電流經放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質開關K，從而切斷家庭電路僅考慮L1在鐵芯中產生的磁場，下列說法不正確的有()圖5A家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零B家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變C家庭電路發(fā)生短路時，開關K將被電磁鐵吸起D地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關K將被電磁鐵吸起答案C解析由于零線、火線中電流方向相反，產生的磁場方向相反，所以家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零，選項A正確；家庭電路短路和用電器增多時均不會引起L2中磁通量的變化，選項B正確，C錯誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，線圈L1中磁場變化引起L2中磁通量的變化，產生感應電流，吸起K，切斷家庭電路，選項D正確二、非選擇題9.如圖6所示是熱水器的恒溫集成電路，R0是熱敏電阻，溫度較低時其阻值很大，溫度較高時阻值很小如果熱水器中沒有水或水溫較高時，繼電器會放開簧片，發(fā)熱器斷路，反之會吸住簧片接通發(fā)熱器如果熱水器中沒有水時，電路中BC部分就處于_(選填“斷路”或“短路”)狀態(tài)，則在電路圖的虛線框內的門電路應是_門，當溫度較低時，門電路的輸入端A是_(選填“高”或“低”)電勢圖6答案斷路與高解析熱水器中沒有水，BC部分相當于斷路熱水器中沒有水或水溫較高時，繼電器都能使發(fā)熱器斷路，故可判斷虛線框內應是與門，當溫度較低時，R0阻值較大，故門電路輸入端A是高電勢9