高中物理 第六章 傳感器 2 傳感器的應(yīng)用課件 新人教版選修3-2.ppt

自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識,2 傳感器的應(yīng)用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解傳感器在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用.2.了解傳感器應(yīng)用的一般模式.3.會設(shè)計(jì)簡單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路，提高分析問題、解決問題的能力,合作探究·重難疑點(diǎn),解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),應(yīng)用傳感器的實(shí)際工作過程中為什么需要放大電路？ 【提示】 因?yàn)閭鞲衅鲗⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的信號往往很弱，所以一般要通過放大電路放大,1力傳感器的應(yīng)用電子秤 (1)組成及敏感元件：由金屬梁和_組成，敏感元件是_ (2)工作 原理,應(yīng)變片,應(yīng)變片,(3)作用：應(yīng)變片將_這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量,物體形變,電壓,2溫度傳感器的應(yīng)用實(shí)例,103_°C,103_°C,3.光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器 報(bào)警器帶孔的罩子內(nèi)裝有_、_和不透明的擋板,發(fā)光二極管LED,發(fā)光三極管,在機(jī)場、車站、碼頭等人員集散地都設(shè)有體溫檢測點(diǎn)，為什么測體溫時(shí)一般不用水銀溫度計(jì)，而用紅外線測溫儀？ 【提示】 用水銀溫度計(jì)，測溫時(shí)間長，同時(shí)又容易引起交叉感染，用紅外線測溫儀測溫速度快，也不需要與人體直接接觸，又避免了交叉感染，因此用紅外線測溫儀較好,1應(yīng)變式力傳感器可以用來測量重力，也可用來測牽引力( ) 2常溫下，電熨斗上、下觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是分離的，溫度過高時(shí)，觸點(diǎn)接觸( ) 3電飯鍋內(nèi)溫度達(dá)到100 時(shí)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，停止加熱( ),×,×,預(yù)習(xí)完成后，請把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 傳感器問題的分析 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1如圖6­2­1所示，是測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物體，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h是如何變化的？并說明電容器的電容的變化,2如圖6­2­2所示為光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么？ 圖6­2­2,【提示】 當(dāng)光被物體擋住時(shí)，R1的電阻增大，電路中的電流減小，R2兩端的電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個(gè)物體就獲得一次低電壓，計(jì)數(shù)一次,第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1分析思路 物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測量的電學(xué)量的器件我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個(gè)步驟： (1)信息采集 (2)信息加工、放大、傳輸 (3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作,2分析傳感器問題要注意四點(diǎn) (1)感受量分析 要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等 (2)敏感元件分析 明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律,(3)電路結(jié)構(gòu)分析 認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律 (4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析 傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程,第3步例證典例印證，思維深化 如圖6­2­3所示為普通冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)銅質(zhì)的測溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，上述材料就構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器膜盒3為扁圓形(圖中顯示為它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會膨脹測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中，5、6分別是電路的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作,彈簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上，連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力 圖6­2­3,(1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)壓縮機(jī)能夠開始工作，而當(dāng)達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？ (2)為什么凸輪可以改變設(shè)定的溫度？ 【解析】 (1)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盒體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4使動觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動開始工作，而當(dāng)達(dá)到設(shè)定的低溫時(shí)彈簧7帶動彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開，使壓縮機(jī)停止工作,(2)凸輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動，故凸輪可以改變設(shè)定的溫度 【答案】 見解析,第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1在探究超重和失重規(guī)律時(shí)，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作傳感器和計(jì)算機(jī)相連，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后 得到壓力F隨時(shí)間 t變化的圖象，則 如圖所示的圖象中 可能正確的是( ),【解析】 該同學(xué)站在壓力傳感器上完成一次下蹲動作過程中，先向下加速，后向下減速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正確 【答案】 D,2如圖6­2­4所示兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、開關(guān)S與一個(gè)n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的小球S斷開時(shí)傳感器上有示數(shù)，S閉合時(shí)傳 感器上恰好無示數(shù)則線圈中的 磁場B的變化情況和磁通量變化 率分別是( ) 圖6­2­4,學(xué)生分組探究二 常見傳感器的應(yīng)用實(shí)例 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1如圖6­2­5所示為一冷庫中的自動控溫設(shè)備，容器中是導(dǎo)電液體，其液面與兩個(gè)電極剛剛接觸，試探究分析其自動控溫原理 圖6­2­5,【提示】 冷庫中溫度較低時(shí)，導(dǎo)電液體體積較小，此時(shí)兩電極未與導(dǎo)電液體接觸，制冷機(jī)不工作，當(dāng)冷庫中溫度升高，致使導(dǎo)電液體受熱膨脹，體積增大，液面升高，當(dāng)液面與兩電極接觸時(shí)，電路接通，制冷機(jī)開始工作，冷庫溫度降低，導(dǎo)電液體溫度降低，液面下降，當(dāng)液面與電極分離時(shí)，電路斷開，制冷機(jī)停止工作,2如圖6­2­6所示是測定位移x的電容式傳感器，其工作原理是哪個(gè)量的變化，造成其電容的變化？ 圖6­2­6 【提示】 由原理圖可知，要測定的位移x發(fā)生變化，則電介質(zhì)進(jìn)入極板的長度發(fā)生變化，從而引起電容的變化，而兩極板間距、正對面積及電介質(zhì)種類均未變化,第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1生活中的傳感器 (1)與溫度控制相關(guān)的家用電器，如電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器 (2)紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等 (3)照相機(jī)中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等,2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 (1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動供水或停水 (2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測由于有了十分先進(jìn)可靠的測試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象,3工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 (1)生產(chǎn)的自動化和半自動化用機(jī)器人、自動化小車、自動機(jī)床、各種自動生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲等工作各種傳感器使生產(chǎn)的自動運(yùn)行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等 (2)在數(shù)控機(jī)床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測量，從而實(shí)現(xiàn)對零部件的精密加工,4飛向太空的傳感器 在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用得較早，也應(yīng)用得較多，在運(yùn)載火箭、載人飛船中，都應(yīng)用了大量的傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用這些傳感器對控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等,第3步例證典例印證，思維深化 一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度T變化的關(guān)系如圖6­2­7中實(shí)線所示由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大的范圍內(nèi)波動，易損壞衣物,有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點(diǎn)PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線所示 根據(jù)圖線解答： (1)為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快？ (2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度T自動地穩(wěn)定在_T_范圍之內(nèi),【解析】 由圖知，PTC元件在T0T6溫度內(nèi)，電阻隨溫度升高而減小，在電源電壓一定時(shí)電功率增大，故升溫快；當(dāng)溫度超過T6時(shí)，電阻隨溫度升高迅速增大，電功率減小，當(dāng)發(fā)熱功率小于散熱功率時(shí)，溫度不升反降，直到發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，溫度可保持在一定的范圍內(nèi)不變，即可控制在T6T7范圍之內(nèi) 【答案】 (1)冷態(tài)時(shí)PTC電阻很小，電功率很大，所以升溫很快 (2)T6 T7,第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1如圖6­2­8所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡化電路示意圖門打開時(shí)，紅外 光敏電阻R3受到紅外線照射， 電阻減?。婚T關(guān)閉時(shí)會遮蔽紅 外線源(紅外線源沒有畫出) 經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，燈的亮、滅情 況的確能反映門的開、關(guān)狀態(tài)門打開時(shí)兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時(shí)相比( ),圖6­2­8,A紅燈亮，UR2變大 B綠燈亮，UR2變大 C綠燈亮，UR2變小 D紅燈亮，UR2變小,2(多選)家用電烙鐵在長時(shí)間使用過程中，當(dāng)暫不使用時(shí)，如果斷開電源電烙鐵會很快變涼，而再次使用時(shí)，溫度不能及時(shí)達(dá)到要求；如果長時(shí)間閉合電源，又浪費(fèi)電能為改變這種不足，現(xiàn)將電烙鐵改成如圖6­2­9所示電路，其中R0是適當(dāng)?shù)亩ㄖ惦娮?，R是電烙鐵則( ) A若暫不使用，應(yīng)斷開S B若暫不使用，應(yīng)閉合S C若再次使用，應(yīng)閉合S D若再次使用，應(yīng)斷開S,【解析】 電壓恒定不變，保溫時(shí)應(yīng)該增加電阻，從而減小功率，故應(yīng)斷開S；同理再次使用時(shí)，減小電阻，應(yīng)閉合S，增大功率 【答案】 AC,自動控制電路的分析及設(shè)計(jì)技巧 利用傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量實(shí)現(xiàn)電路的自動控制，我們怎樣分析和設(shè)計(jì)自動控制電路呢？ 已知光敏電阻隨入射光的增強(qiáng)，其電阻值減小，請利用如圖6­2­10所示器材設(shè)計(jì)一個(gè)路燈自動控制電路,圖6­2­10 【解析】 控制過程：當(dāng)有光照射時(shí)，A電阻減小，電流增大，光電流經(jīng)過放大器輸出一個(gè)較大的電流，驅(qū)動電磁繼電器吸合，,使兩個(gè)觸點(diǎn)斷開，路燈不工作；當(dāng)無光照時(shí)，同理光電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個(gè)觸點(diǎn)閉合，路燈電路接通，路燈開始工作 電路如圖所示,先看名師指津 在分析和設(shè)計(jì)自動控制電路時(shí)，要透徹理解各個(gè)元件的特性，如光敏電阻、熱敏電阻、電磁繼電器等；在涉及門電路的電路圖時(shí)，電流的通路并不能完整地呈現(xiàn)出來，所以不能用原來的電路知識來理解，而是要正確理清電路中的邏輯關(guān)系,再演練應(yīng)用 現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干如圖6­2­11所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路，要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動通電供熱，高于另一某溫度時(shí)，又可以自動斷電，畫出電路圖并說明工作過程 圖6­2­11,【解析】 電路圖如圖所示，閉合開關(guān)S1，當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值，通過電磁繼電器電流不能使它工作，S2接通電爐絲加熱當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，S2斷開，電爐絲斷電，停止加熱當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值，又重復(fù)前述過程,