高考物理考前復習課件課件：第6章第2節(jié)《傳感器的應用》（人教版選修3—2）

歡迎進入物理課堂 第2節(jié)傳感器的應用 第六章傳感器 微型傳感器微型傳感器是由亞微米至亞毫米范圍內(nèi)的電子元件和機械元件制成的 將傳感 處理 執(zhí)行諸功能融為一體的微機電系統(tǒng) 微型傳感器尺寸小 集成化程度高 功能強大 它使人類獲取信息并進行相應控制的工作可深入到微米量級的空間中進行 如今 智能傳感器和微型傳感器已廣泛用于生活 生產(chǎn) 軍事 科研等各個領(lǐng)域 例如 人體消化道智能診查系統(tǒng) 它包括一粒微型探測膠囊和便攜式體外接收存儲裝置 體外超聲控測定位裝置 體外數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 患者服用一粒微型探測膠囊 該膠囊從上到下經(jīng)過整個消化道時 就會將各段消化道的壓力 溫度 pH值等參數(shù)記錄下來并傳輸給體外接收與處理系統(tǒng) 這種檢查不會給患者造成創(chuàng)傷 螞蟻探測器 每只 螞蟻 探測器的大小與大胡桃相當 質(zhì)量僅29g 通常帶有4個光傳感器 4個紅外接收器 以及防撞傳感器 防傾斜傳感器和探測 食物 存在的傳感器 它可用于搜索炸彈 蒼蠅 導彈 它的體形如同蒼蠅般大小 能不停地飛行幾個小時 速度高達20km h 它能垂直升降 急速調(diào)頭 懸停于空中 隱身 潛伏 收發(fā)微波信息 當將超微型竊聽 竊看裝置粘在 蒼蠅 導彈背上后 就可進行偵察 傳感器的使用 特別是智能傳感器和微型傳感器的開發(fā) 利用 使人類收集信息的能力得到極大的擴展和延伸 獲取信息的手段更方便 更快捷 涉及領(lǐng)域更廣闊 更深入 世界各國都非常重視傳感器在信息技術(shù)中的作用 將傳感器技術(shù)列為重點發(fā)展的尖端技術(shù) 我國從事傳感器研究的單位就有幾千個 1 在力傳感器中的應變片是一種敏感元件 多用半導體材料制成 應變片能夠把形變這個力學量轉(zhuǎn)換為 這個電學量 2 自動控溫的電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器 這種傳感器的作用是 3 電飯鍋中溫度傳感器的主要元件是感溫鐵氧體 它的特點是 具有鐵磁性 能夠被磁體吸引 但 時 就失去了鐵磁性 不能被磁體吸引 這個溫度稱為該材料的 或 1 電壓2 控制電路的通斷3 常溫下溫度上升到約103 居里溫度居里點 4 溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)化為 由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來 5 有一種火災報警器是利用煙霧對光的散射來工作的 煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻 4 電信號5 減小 一 傳感器應用的一般模式傳感器在科技高度發(fā)達的今天 應用極為廣泛 在生產(chǎn)和生活中離不開它 在科技領(lǐng)域也同樣十分重要 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 傳感器廣泛應用于耕種 排灌 收割等方面的自動控制 實現(xiàn)了最優(yōu)化管理 工業(yè)生產(chǎn)中 由于傳感器的應用而實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化或半自動化 在航空航天領(lǐng)域傳感器的應用尤為重要 如載人飛船應用大量傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用等 二 力傳感器的應用 電子秤1 應變式力傳感器 1 組成 由金屬梁和應變片組成 2 工作原理 如圖所示 彈簧鋼制成的梁形元件右端固定 在梁的上下表面各貼一個應變片 在梁的自由端施力F 則梁發(fā)生彎曲 上表面拉伸 下表面壓縮 上表面應變片的電阻變大 下表面電阻變小 F越大 彎曲形變越大 應變片的阻值變化越大 如果讓應變片中通過的電流保持恒定 那么上面應變片兩端的電壓變大 下面應變片兩端的電壓變小 傳感器把這兩個電壓的差值輸出 外力越大 輸出的電壓差值也就越大 2 測定壓力的電容式傳感器如圖所示 當待測壓力F作用于可動膜片電極上時 可使膜片產(chǎn)生形變 從而引起電容的變化 如果將電容器與靈敏電流表 電源串聯(lián) 組成閉合電路 當F向上壓膜片電極時 電容器的電容將增大 電流表有示數(shù) 關(guān)于電子秤中應變式力傳感器的說法正確的是 A 應變片是由導體材料制成B 當應變片的表面拉伸時 其電阻變大 反之 變小C 傳感器輸出的是應變片上的電壓D 外力越大 輸出的電壓差值也越大 BD 變式遷移 1 傳感器是一種采集信息的重要器件 如圖所示為測定壓力的電容式傳感器 A為固定電極 B為可動電極 組成一個電容大小可變的電容器 可動電極兩端固定 當待測壓力施加在可動電極上時 可動電極發(fā)生形變 從而改變了電容器的電容 現(xiàn)將此電容式傳感器與零刻度在中央的靈敏電流表和電源串聯(lián)成閉合電路 已知電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏轉(zhuǎn) 當待測壓力增大時 A 電容器的電容將減小B 靈敏電流表指針在正中央零刻度處C 靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn)D 靈敏電流表指針向右偏轉(zhuǎn) 解析 壓力增大 則電容器兩極板的間距變小 電容變大 因為電容器兩極板間電壓不變 所以電容器要充電 電流從正接線柱到負接線柱流過電流表 指針向右偏 答案 D 三 溫度傳感器的應用 電熨斗1 溫度傳感器由半導體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器 它可以把熱信號轉(zhuǎn)換為電信號進行自動控制 2 電熨斗的構(gòu)造如圖所示3 電熨斗的自動控溫原理其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器 如圖所示 常溫下 上 下觸點應是接觸的 但溫度過高時 由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同 上部金屬膨脹大 下部金屬膨脹小 則雙金屬片向下彎曲 使觸點分離 從而切斷電源 停止加熱 溫度降低后 雙金屬片恢復原狀 重新接通電路加熱 這樣循環(huán)進行 起到自動控制溫度的作用 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)和導線若干 如下圖所示 試設(shè)計一個溫控電路 要求溫度低于某一溫度時 電爐絲自動通電供熱 超過某一溫度時 又可以自動斷電 畫出電路圖并說明工作過程 解析 熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路 1 電路圖如下圖所示 2 工作過程 閉合開關(guān)S 當溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大 通過電磁繼電器的電流不能使它工作 K接通電爐絲加熱 當溫度達到設(shè)計值時 熱敏電阻阻值減小到某值 通過電磁繼電器的電流達到工作電流 K斷開 電爐絲斷電 停止供熱 當溫度低于設(shè)計值 又重復前述過程 答案 見解析 四 溫度傳感器的應用 電飯鍋1 感溫鐵氧體 1 組成 氧化錳 氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成 2 特點 常溫下具有鐵磁性 能夠被磁體吸引 溫度達到約103 失去鐵磁性 3 居里點 又稱居里溫度 即指103 2 電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖所示 3 電飯鍋的工作原理開始煮飯時 用手壓下開關(guān)按鈕 永磁體與感溫磁體相吸 手松開后 按鈕不再恢復到圖示狀態(tài) 則觸點接通 電熱板通電加熱 飯熟后 水分被吸收 當溫度上升到居里溫度時 感溫磁體失去磁性 開關(guān)便會自動斷開 下圖是電飯煲的電路圖 S1是一個磁鋼限溫開關(guān) 手動閉合后 當此開關(guān)溫度達到居里點 103 時 會自動斷開 且不能自動閉合 S2是一個雙金屬片自動控溫開關(guān) 當溫度低于70 時 會自動閉合 溫度高于80 時 會自動斷開 紅燈是加熱指示燈 黃燈是保溫指示燈 分流電阻R1 R2 500 加熱電阻絲R3 50 兩燈電阻不計 1 分析電飯煲的工作原理 2 計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下 電飯煲消耗的電功率之比 3 如果不閉合開關(guān)S1 能將飯煮熟嗎 解析 1 電飯煲盛上食物后 接上電源 S2自動閉合 同時手動閉合S1 這時黃燈被短路不亮 紅燈亮 電飯煲處于加熱狀態(tài) 加熱到80 時 S2自動斷開 S1仍閉合 水燒干后 溫度升高至103 時 開關(guān)S1自動斷開 這時飯已煮熟 黃燈亮 電飯煲處于保溫狀態(tài) 由于散熱 待溫度降至70 時 S2自動閉合 電飯煲重新加熱 溫度達到80 時 S2又自動斷開 再次處于保溫狀態(tài) 3 如果不閉合開關(guān)S1 開始S2總是閉合的 R1被短路 功率為P1 當溫度上升到80 時 S2自動斷開 功率降為P2 溫度降低到70 S2自動閉合 溫度只能在70 80 之間變化 不能把水燒開 故不能煮熟飯 答案 見解析 變式遷移 2 小強在用恒溫箱進行實驗時 發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高 無法自動控制 經(jīng)檢查 恒溫箱的控制器沒有故障 參照右圖 下列對故障判斷正確的是 A 只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B 只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障C 熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障D 可能是加熱器出現(xiàn)故障 解析 由題意恒溫箱內(nèi)溫度持續(xù)升高 說明加熱器沒損壞 不能選D 無法自動控制 而經(jīng)檢查控制器又沒有故障 說明控制器沒問題 熱敏電阻或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都能使溫度持續(xù)升高 在沒有確定條件下選C而不選A B 答案 C 五 光傳感器的應用 火災報警器如圖所示為利用煙霧對光的散射來工作的一種火災報警器結(jié)構(gòu)的原理圖 其工作原理是 帶孔的罩內(nèi)裝有發(fā)光的二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 平時 光電三極管收不到LED發(fā)出的光 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) 煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻變小 與傳感器連接的電路檢測出這種變化 就會發(fā)出警報 如圖所示 電源兩端的電壓恒定 L為小燈泡 R為光敏電阻 LED為發(fā)光二極管 電流越大 發(fā)出的光越強 且R與LED距離不變 下列說法正確的是 A 當滑動觸頭P向左移動時 L消耗的功率增大B 當滑動觸頭P向左移動時 L消耗的功率減小C 當滑動觸頭P向右移動時 L消耗的功率可能不變D 無論怎樣移動觸頭P L消耗的功率都不變 解析 電源電壓恒定 也就是說 并聯(lián)電路兩端的電壓恒定 當滑動觸頭向左移動時 發(fā)光二極管發(fā)光變強 光敏電阻的阻值變小 所以電流變大 則L的功率變大 答案 A 基礎(chǔ)鞏固 1 2011年江蘇南京 關(guān)于傳感器 下列說法中正確的是 A 電熨斗通過壓力傳感器實現(xiàn)溫度的自動控制B 動圈式話筒是利用電磁感應原理來工作的聲傳感器C 金屬熱電阻是一種將電學量轉(zhuǎn)換為熱學量的傳感器D 火災報警器都是利用溫度傳感器實現(xiàn)報警 解析 電熨斗是通過雙金屬片溫度傳感器來控制溫度的 選項A錯誤 金屬熱電阻是將熱學量轉(zhuǎn)化為電學量的傳感器 選項C錯誤 有的火災報警器是利用光傳感器實現(xiàn)報警 選項D錯誤 答案 B 能力提升 7 溫度傳感器廣泛應用于室內(nèi)空調(diào) 電冰箱等家用電器中 它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的 如圖甲所示 電源的電動勢E 9 0V 內(nèi)阻不計 G為靈敏電流表 內(nèi)阻RG保持不變 R為熱敏電阻 其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示 閉合開關(guān)S 當溫度等于20 時 電流表示數(shù)I1 2mA 當電流表的示數(shù)I2 3 6mA時 熱敏電阻的溫度是 A 60 B 80 C 100 D 120 解析 如圖乙可知 當t 20 時 熱敏電阻阻值R1 4k 由閉合電路歐姆定律知E I1 R1 RG 代入數(shù)值可求得 RG 500 當I2 3 6mA時 設(shè)熱敏電阻阻值為R2 則E I2 R2 RG 可求得R2 2k 由圖乙可知 這時熱敏電阻溫度t 120 故正確選項為D 答案 D 祝 您 學業(yè)有成 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全