人教版物理選修3-2 第6章第二節(jié)

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第二節(jié)傳感器的應(yīng)用 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道傳感器應(yīng)用的一般模式 2 理解電子秤 電熨斗 火災(zāi)報(bào)警器的工作原理 3 了解電飯鍋的結(jié)構(gòu)和工作原理 重點(diǎn)難點(diǎn) 傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第二節(jié)傳感器的應(yīng)用 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 傳感器應(yīng)用的一般模式 二 傳感器的應(yīng)用1 力傳感器的應(yīng)用 電子秤 1 組成 由金屬梁和 組成 2 工作原理 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(gè)應(yīng)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(yīng)變片的電阻變大 下表面的電阻變小 F越大 彎曲形變?cè)酱?應(yīng)變片的阻值變化就越大 如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定 那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大 下面應(yīng)變片兩端的電壓變小 傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出 外力越大 輸出的電壓差值也就越大 應(yīng)變片 3 作用 把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 2 溫度傳感器的應(yīng)用 電熨斗 1 敏感元件 溫度傳感器 2 工作原理 溫度變化時(shí) 由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的熱膨脹系數(shù)不同 雙金屬片發(fā)生形變從而控制電路的通斷 雙金屬片 3 溫度傳感器的應(yīng)用 電飯鍋 如圖6 2 1 1 敏感元件 2 居里溫度 感溫鐵氧體常溫下具有 性 溫度上升到約 時(shí) 失去鐵磁性 這一溫度又稱為 居里點(diǎn) 圖6 2 1 感溫鐵氧體 鐵磁 103 3 電飯鍋工作原理 用手按下開關(guān)通電加熱 開始煮飯 當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到103 時(shí) 鐵氧體失去鐵磁性 與永久磁體失去吸引力 被彈簧片彈開 從而推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)開關(guān)斷開 4 光傳感器的應(yīng)用 火災(zāi)報(bào)警器 如圖6 2 2 1 組成 光二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 2 工作原理 平時(shí)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(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻減小 與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化 就會(huì)發(fā)出警報(bào) 圖6 2 2 核心要點(diǎn)突破 一 傳感器問題分析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(cè)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 輸出信號(hào)分析明確傳感器的敏感元件 分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào) 以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)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(hào)與輸入信號(hào)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 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 2011年潮州高二檢測(cè) 壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小 一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置 如圖6 2 3甲所示 將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi) 受壓面朝上 在上面放一物體m 升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0 某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示 則在此過程中 圖6 2 3 A 物體處于失重狀態(tài)B 物體處于超重狀態(tài)C 升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)D 升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng)解析 選BD 電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變 說明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小 壓敏電阻所受壓力變大 物體處于超重狀態(tài) 即物體具有向上的加速度 B D正確 A C錯(cuò)誤 二 常見傳感器的應(yīng)用實(shí)例1 生活中的傳感器 1 與溫度控制相關(guān)的家電電器 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 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 2 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 3 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 自動(dòng)機(jī)床 各種自動(dòng)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(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 4 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 3 航天中的傳感器在航空 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(cè)和遙控系統(tǒng)使用 這些傳感器對(duì)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(cè)量航天員各種生理狀況的生理傳感器 如測(cè)量血壓 心電圖 體溫等 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 2011年威海高二檢測(cè) 嫦娥二號(hào) 衛(wèi)星上裝有8種24件探測(cè)儀器 其中可能有 A 味覺傳感器B 氣體傳感器C 聽覺傳感器D 視覺傳感器解析 選D 嫦娥二號(hào) 月球衛(wèi)星是為探測(cè)月球而發(fā)射的在軌衛(wèi)星 而月球上無(wú)氣體 所以不需要?dú)怏w傳感器和聽覺傳感器 當(dāng)然也用不到味覺傳感器 真正需要的是為月球 畫像 的視覺傳感器 立體相機(jī) 如圖6 2 4所示是一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖 薄金屬片P固定有4個(gè)可以形變的電阻R1 R2 R3 R4 如圖乙 圖甲是它的側(cè)面圖 這4個(gè)電阻連成的電路如圖丙所示 試回答下列問題 課堂互動(dòng)講練 圖6 2 4 1 開始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力 欲使電壓表無(wú)示數(shù) 則4個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系 2 當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變 這時(shí)4個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變 形變后各電阻阻值大小如何變化 思路點(diǎn)撥 電壓表無(wú)示數(shù)也就是A B兩點(diǎn)等電勢(shì) 即R1與R2的分壓情況和R3與R4的分壓情況完全相同 2 當(dāng)O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后 金屬片發(fā)生形變 由于電阻是固定在金屬片上的 因此R1 R4被拉長(zhǎng) R2 R3被拉寬 即R1 R4增大 R2 R3減小 這時(shí)A B兩點(diǎn)電勢(shì)不再相等 規(guī)律總結(jié) 分析傳感器類問題 一要注意傳感器感受到的是何物理量 二要注意敏感元件輸出哪種電信號(hào) 變式訓(xùn)練1壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小 有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置 其工作原理如圖6 2 5甲所示 將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上 中間放置一個(gè)絕緣重球 小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中 電流表示數(shù)如圖乙所示 下列判斷正確的是 圖6 2 5 A 從t1到t2時(shí)間內(nèi) 小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B 從t1到t2時(shí)間內(nèi) 小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C 從t2到t3時(shí)間內(nèi) 小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D 從t2到t3時(shí)間內(nèi) 小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)解析 選D 由小球受力可知 a FN 又因?yàn)閴好綦娮璧淖柚惦S壓力增大而減小 而電流增大 則I的大小反映了a的大小 所以0 t1內(nèi)I不變 小車做勻加速運(yùn)動(dòng) t1 t2內(nèi)小車加速度增大 t2 t3內(nèi)小車做勻加速運(yùn)動(dòng) 如圖6 2 6所示 甲為在溫度為10 左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖 箱內(nèi)的電阻R1 20k R2 10k R3 40k Rt為熱敏電阻 它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示 a b端電壓Uab 0時(shí) 電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接觸 恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱 使箱內(nèi)溫度升高 當(dāng)a b端電壓Uab 0時(shí) 電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S斷開 停止加熱 則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在 圖6 2 6A 10 B 20 C 35 D 45 思路點(diǎn)撥 由題可知 Uab 0是電熱絲加熱和停止加熱的臨界狀態(tài) 根據(jù)串聯(lián)分壓知識(shí)可求得Uab 0時(shí)Rt的阻值 然后由乙圖讀出對(duì)應(yīng)的溫度 答案 C 規(guī)律總結(jié) 本題利用熱敏電阻為傳感器 將溫度變化的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 結(jié)合電子線路來(lái)控制加熱電器 正確的電路分析 計(jì)算及看懂熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線 是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵 變式訓(xùn)練2如圖6 2 7所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的恒溫控制電器 其中熱敏電阻的阻值會(huì)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6 2 7 A 當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值 銜鐵P將會(huì)被吸下B 當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值 銜鐵P將會(huì)被吸下C 工作時(shí) 應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C D端D 工作時(shí) 應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A B端解析 選BD 當(dāng)溫度升高時(shí) 熱敏電阻的阻值減小 通過電磁繼電器螺線管的電流增大 磁性增強(qiáng) 吸下金屬片 觸點(diǎn)接通 所以應(yīng)把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A B端 如圖6 2 8所示為一實(shí)驗(yàn)中利用光電脈沖測(cè)量車速和行程的裝置示意圖 A為光源 B為光電接收器 A B均固定在車身上 C為小車的車輪 D為與C同軸相連的齒輪 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號(hào) 被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 由電子電路記錄和顯示 若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)為n 累計(jì)脈沖數(shù)為N 則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)量的物理量和數(shù)據(jù)是 小車速度的表達(dá)式為v 行程的表達(dá)式為s 圖6 2 8 精講精析 這是一道以實(shí)際問題為背景的實(shí)驗(yàn)題 顯然無(wú)法通過遷移課本實(shí)驗(yàn)中的方法來(lái)解決 但是題目給出了裝置圖 該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示 光束原來(lái)是連續(xù)的 是轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪使光束變?yōu)槊}沖 因此脈沖情況必定與齒輪 或車輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān) 也就與速度和行程有關(guān) 規(guī)律總結(jié) 本題的理論依據(jù)是最基本的勻速運(yùn)動(dòng)中的速度 時(shí)間與位移的關(guān)系及角速度與線速度的關(guān)系 關(guān)鍵是將測(cè)量量與運(yùn)動(dòng)速度 時(shí)間和行程關(guān)聯(lián)起來(lái) 這類題目是物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用 要很好的解答就要善于知識(shí)的遷移 對(duì)學(xué)生提出了更高的要求 對(duì)此 我們只能要求學(xué)生關(guān)注周圍的事物 經(jīng)常想一想它們工作的原理與物理知識(shí)的關(guān)系 擴(kuò)大眼界 開闊思路 變式訓(xùn)練3如圖6 2 9所示 電源兩端的電壓恒定 L為小燈泡 R為光敏電阻 D為發(fā)光二極管 電流越大 發(fā)光越強(qiáng) 且R與D距離不變 下列說法中正確的是 圖6 2 9 A 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí) L消耗的功率增大B 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí) L消耗的功率減小C 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí) L消耗的功率可能不變D 無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭 L消耗的功率不變解析 選A 電源電壓恒定 也就是說 并聯(lián)電路兩端的電壓恒定 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí) 發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng) 光敏電阻的電阻變小 所以電流變大 則L的功率變大 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全