2018版高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 5.1 揭開(kāi)傳感器的“面紗”學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第1講　揭開(kāi)傳感器的“面紗” [目標(biāo)定位]　1.知道什么是傳感器，了解傳感器的基本構(gòu)成及各部分作用.2.知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的技術(shù)意義.3.通過(guò)動(dòng)手操作體會(huì)傳感器的工作原理． 一、什么是傳感器 1．定義：能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置． 2．作用：傳感器在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù)，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量． 二、種類(lèi)繁多的傳感器 1．常見(jiàn)傳感器及特點(diǎn) 常見(jiàn)傳感器 原理 舉例 特點(diǎn) 物理傳感器 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息 電容傳感器、電感傳感器、光電傳感器、壓電傳感器等 品種多、應(yīng)用廣、發(fā)展快 化學(xué)傳感器 利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息 氣敏傳感器、濕敏傳感器 廣泛應(yīng)用于環(huán)保、火災(zāi)報(bào)警、醫(yī)療衛(wèi)生 生物傳感器 利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息 組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅? 含有生命物質(zhì)，專(zhuān)一性好，易操作、快速、準(zhǔn)確 2.傳感器的一般結(jié)構(gòu) 一、對(duì)傳感器的正確理解 1．傳感器的原理 傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的大多是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，一般要經(jīng)過(guò)放大等處理后，再通過(guò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作． 2．在分析傳感器時(shí)要明確 (1)核心元件是什么． (2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的． (3)是如何顯示的或如何控制開(kāi)關(guān)的． 例1　下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法中正確的是(　　) A．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．傳感器主要是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的 D．以上說(shuō)法都不正確 答案　B 解析　半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計(jì)，A錯(cuò)誤，B正確；傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，C錯(cuò)誤． 二、常見(jiàn)的傳感器 1．與溫度控制相關(guān)的家用電器：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(dòng)門(mén)、家電遙控器、生命探測(cè)器、非接觸紅外測(cè)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． 4．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(dòng)供水或停水． (2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對(duì)上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測(cè)．由于有了十分先進(jìn)可靠的測(cè)試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象． 5．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 (1)生產(chǎn)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化．用機(jī)器人、自動(dòng)化小車(chē)、自動(dòng)機(jī)床、各種自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作．各種傳感器使生產(chǎn)的自動(dòng)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(cè)量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的精密加工． 例2　下列儀器或裝置不是利用傳感器的是(　　) A．汽車(chē)防盜報(bào)警器 B．賓館房間內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警器 C．工兵用的地雷探測(cè)儀 D．用鑰匙打開(kāi)房門(mén) 答案　D 解析　A、B、C三種儀器都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，都是利用了傳感器．用鑰匙打開(kāi)房門(mén)是利用了機(jī)械原理，不是利用的傳感器． 例3　如圖1所示，電吉他的弦是磁性物質(zhì)，當(dāng)弦振動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流輸送到放大器、喇叭，把聲音播放出來(lái)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A．電吉他是光電傳感器 B．電吉他是溫度傳感器 C．電吉他是聲音傳感器 D．弦改用尼龍材料，原理不變 答案　C 解析　由電吉他發(fā)聲原理可知是將聲音的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓?，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)． 對(duì)傳感器的理解 1．關(guān)于傳感器的作用，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．通常傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制 B．傳感器可以將感受到的一些信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 C．傳感器可以將所有感受到的信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 D．以上說(shuō)法均不正確 答案　B 解析　傳感器主要是用來(lái)采集信息，并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量；但并不是將其感受到的所有信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量． 2．當(dāng)前傳感器被廣泛應(yīng)用于各種電器、電子產(chǎn)品中，下述關(guān)于常用的幾種家用電器所采用傳感器的說(shuō)法中，不正確的是(　　) A．電視機(jī)對(duì)無(wú)線(xiàn)遙控信號(hào)的接收主要是采用了光電傳感器 B．電子體溫計(jì)中主要是采用了溫度傳感器 C．電腦所用的光電鼠標(biāo)主要是采用了聲波傳感器 D．電子秤中主要是采用了力電傳感器 答案　C 解析　電腦所用的光電鼠標(biāo)主要采用了光傳感器，所以C錯(cuò)誤． 常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用 3．關(guān)于“制作簡(jiǎn)易電話(huà)機(jī)”的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．火柴盒沒(méi)底也可以制成“話(huà)筒” B．話(huà)筒感知的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成了電壓信號(hào) C．“話(huà)筒”中的敏感元件是鉛筆芯 D．聲音使鉛筆芯自身電阻發(fā)生變化 答案　C 解析　若火柴盒沒(méi)底，聲音信號(hào)不能引起鉛筆芯的振動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；“話(huà)筒”感知聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；聲音使橫放的鉛筆芯與下面兩根鉛筆芯接觸的緊密程度發(fā)生變化，引起接觸處電阻變化，并未導(dǎo)致鉛筆芯自身電阻變化，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 4．電子打火機(jī)的點(diǎn)火原理是壓電效應(yīng)，壓電片在受壓時(shí)會(huì)在兩側(cè)形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比，現(xiàn)有一利用壓電效應(yīng)制造的電梯加速度傳感器，如圖2所示．壓電片安裝在電梯地板下，電壓表與壓電片構(gòu)成閉合回路用來(lái)測(cè)量壓電片兩側(cè)形成的電壓，若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A．電梯一定加速上升 B．電梯一定減速下降 C．電梯加速度一定向上 D．電梯加速度一定向下 答案　C 解析　由題意知，電壓表示數(shù)增大說(shuō)明電梯地板對(duì)壓電片壓力增大，故電梯處于超重狀態(tài)，加速度一定向上，C對(duì)，D錯(cuò)；電梯可能加速上升也可能減速下降，A、B錯(cuò).