高中物理第三章傳感器3_4生活中的傳感器簡(jiǎn)單的光控和溫控電路（選學(xué)）講義精練（含解析）教科版.docx

4簡(jiǎn)單的光控和溫控電路(選學(xué))學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.了解洗衣機(jī)、電冰箱中的傳感器.2.了解家用報(bào)警器的原理.3.了解傳感器與人的感官的類比，以及它們各自的優(yōu)勢(shì).4.了解一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路科學(xué)思維：能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的傳感器應(yīng)用電路科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)對(duì)傳感器原理及應(yīng)用的了解，體會(huì)所學(xué)知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度一、生活中的傳感器1洗衣機(jī)中的傳感器：全自動(dòng)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了利用傳感器和電腦技術(shù)對(duì)洗滌全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和控制2電冰箱中的傳感器：電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成在控制系統(tǒng)中，傳感器起著非常重要的作用3家用報(bào)警器(1)居家生活中，煤氣泄漏，會(huì)危及人身安全，需要加以防范我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報(bào)警器和可燃?xì)怏w報(bào)警器(2)有一種敲擊防盜報(bào)警器，它利用壓電式傳感器對(duì)門窗玻璃損毀產(chǎn)生反應(yīng)，形成對(duì)報(bào)警裝置的啟動(dòng)還有一種沖擊防盜報(bào)警器，由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成4傳感器與人的感官(1)光傳感器和由它制成的錄像頭、監(jiān)控探頭，可以類比人的眼睛(2)對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)控的化學(xué)和生物傳感器，相當(dāng)于人的鼻和舌等嗅覺(jué)、味覺(jué)器官(3)力學(xué)和振動(dòng)傳感器，以及溫度傳感器可以認(rèn)為相當(dāng)于人類的觸覺(jué)器官，如手、足、皮膚等(4)聲傳感器不妨認(rèn)為是機(jī)器的耳朵二、簡(jiǎn)單的光控和溫控電路1集成電路又稱IC，是在硅板上集合各種電子器件，實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是電子設(shè)備中最重要的部分2光控自動(dòng)照明電路利用光敏電阻作控制元件，從而通過(guò)光線來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使電路在天亮?xí)r自動(dòng)切斷，天黑自動(dòng)導(dǎo)通3溫控電熨斗利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時(shí)電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時(shí)將電源關(guān)閉1判斷下列說(shuō)法的正誤(1)通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制()(2)傳感器可以用來(lái)采集信息()(3)傳感器可以將感受到的一些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量()(4)洗衣機(jī)的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動(dòng)作的()(5)電冰箱是利用溫度傳感器自動(dòng)控溫的()2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1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，則電梯加速度一定_(填“向上”或“向下”)，電梯可能_(填“加速”或“減速”)下降圖1答案向上減速一、傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用傳感器問(wèn)題應(yīng)注意的四個(gè)分析(1)檢測(cè)量分析：要清楚傳感器所檢測(cè)的非電學(xué)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(hào)，及輸入與輸出信號(hào)間的聯(lián)系(3)電路分析：分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，分析輸入信號(hào)變化對(duì)電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析：分析非電學(xué)量與電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程例1如圖2所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過(guò)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(huì)膨脹測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動(dòng)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(huà)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(duì)彈簧7的拉力圖2(1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)壓縮機(jī)能夠自動(dòng)開(kāi)始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動(dòng)停止工作？(2)為什么用凸輪可以改變?cè)O(shè)定的溫度？答案見(jiàn)解析解析(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(guò)小柱體帶動(dòng)彈簧片4，使動(dòng)觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動(dòng)開(kāi)始工作，而在達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)彈簧帶動(dòng)彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開(kāi)，使壓縮機(jī)停止工作(2)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)加大連桿9對(duì)彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動(dòng)，而彈簧7上彈力的變化會(huì)改變?cè)O(shè)定的溫度例2如圖3所示為沖擊防盜報(bào)警器的沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖在外殼的絕緣基板上固定一個(gè)螺栓，螺栓上有一個(gè)彈簧，彈簧的頂端焊有一個(gè)鋼球，它們都是電的良導(dǎo)體，外殼也使用電的良導(dǎo)體制成請(qǐng)簡(jiǎn)述這種裝置防盜的原理圖3答案在靜止?fàn)顟B(tài)下，不論傳感器置于何種狀態(tài)，鋼球和外殼均呈斷開(kāi)狀態(tài)不會(huì)導(dǎo)通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動(dòng)時(shí)，則鋼球受到擾動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報(bào)警裝置開(kāi)始工作二、簡(jiǎn)單的光控和溫控電路例3如圖4所示是一種煙霧報(bào)警器的控制電路圖，其原理簡(jiǎn)化如下：調(diào)節(jié)可變電阻R1使U230.當(dāng)有煙霧時(shí)，開(kāi)始觸發(fā)工作，其中Rg是光敏電阻由此可知，要使開(kāi)始工作，則應(yīng)滿足()圖4A23 B23時(shí)，控制電路開(kāi)始工作三、自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì)例4如圖5所示為某小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸點(diǎn)，A、B、C、D為四個(gè)接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求，其工作方式是()圖5AA與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)BA與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)CC與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)DC與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)答案A解析A、B接電磁繼電器的線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈電流隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器吸引或釋放P，從而使C、D接通或斷開(kāi)，進(jìn)而起到控制作用故正確答案為A.1(生活中的傳感器)(多選)為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，如圖6所示是原理圖輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計(jì)，P與R1間的摩擦不計(jì))，彈簧勁度系數(shù)為100 N/cm.定值電阻R05 ，ab是一根長(zhǎng)為5 cm的均勻電阻絲，阻值R125 ，電源輸出電壓恒為U3 V，理想電流表的量程為00.6 A當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P處于a端下列關(guān)于這個(gè)電路的說(shuō)法正確的是()圖6A小明在電路中連入R0的目的是保護(hù)電路B當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1 AC當(dāng)拉力為400 N時(shí)，電流表指針指在0.3 A處D當(dāng)拉力為400 N時(shí)，電流表指針指在0.5 A處答案ABC解析若電路無(wú)電阻R0，且金屬滑片P在b端時(shí)，電路短路會(huì)損壞電源，R0的存在使電路不出現(xiàn)短路，因此A正確；當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I0.1 A，故B正確；拉力為400 N時(shí)，由Fkx，則x4 cm，對(duì)應(yīng)的電阻為RaP20 ，R1接入電路的電阻RPb5 ，由閉合電路歐姆定律得，I0.3 A，故D錯(cuò)誤，C正確2(溫度傳感器的應(yīng)用)如圖7所示是自動(dòng)調(diào)溫式電熨斗的結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法不正確的是()圖7A常溫時(shí)上、下觸點(diǎn)是接觸的B雙金屬片溫度升高時(shí)，上層的金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C原來(lái)溫度控制在80 斷開(kāi)電源，現(xiàn)要求60 斷開(kāi)電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D由熨燙絲綢衣物狀態(tài)(溫度較低)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)(溫度較高)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些答案C解析常溫工作時(shí)，上、下觸點(diǎn)是接通的；當(dāng)溫度升高時(shí)，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(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些，A、B、D正確，C錯(cuò)誤3(壓力傳感器的應(yīng)用)(2018煙臺(tái)市高二下學(xué)期期中)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)設(shè)計(jì)了利用壓敏電阻判斷豎直升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理圖如圖8甲所示，將壓敏電阻固定在升降機(jī)底板上，其上放置一個(gè)物塊，在升降機(jī)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，已知升降機(jī)靜止時(shí)電流表的示數(shù)為I1.下列判斷正確的是()圖8A0到t1時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)一定靜止Bt1到t2時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng)Ct1到t2時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度在變化Dt2到t3時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)可能向下勻加速運(yùn)動(dòng)答案C一、選擇題1傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)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當(dāng)出現(xiàn)某疫情時(shí)，在機(jī)場(chǎng)、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過(guò)紅外線遙感，可檢測(cè)出經(jīng)過(guò)它時(shí)的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播關(guān)于紅外線熱像儀，下列說(shuō)法正確的是()A選擇紅外線進(jìn)行檢測(cè)，主要是因?yàn)榧t外線具有熒光效應(yīng)B紅外線熱像儀通過(guò)發(fā)射紅外線照射人體來(lái)檢測(cè)C紅外線熱像儀同時(shí)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(qiáng)度不同答案D解析紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D正確3.某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖1所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)K，從而切斷家庭電路僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法不正確的有()圖1A家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零B家庭電路中使用的電器增多時(shí)，L2中的磁通量不變C家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起D地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開(kāi)關(guān)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(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，所以家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零，選項(xiàng)A正確；家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會(huì)引起L2中磁通量的變化，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，線圈L1中磁場(chǎng)變化引起L2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起K，切斷家庭電路，選項(xiàng)D正確二、非選擇題4(2018聊城市高二下學(xué)期期末)用壓敏電阻可制成壓力傳感器，它受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以對(duì)汽車稱重經(jīng)實(shí)測(cè)，某壓力傳感器輸出電壓與壓力的關(guān)系如下表：壓力/(105 N)01.22.43.64.86.0輸出電壓/V01.02.03.04.05.0將該壓力傳感器水平放置，并和電阻箱R(最大電阻999.9 )及部分其他器材組成了如圖2甲所示的電路，閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)線圈中的電流I20 mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合已知繼電器線圈的電阻為25 ，繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供(假設(shè)U不受繼電器電路影響)圖2(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D乙給定的坐標(biāo)系中描繪出壓力傳感器的輸出電壓隨壓力變化的圖像；(2)當(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)，電鈴報(bào)警，說(shuō)明汽車超載，則圖甲中電鈴應(yīng)接在_(選填“A、B”或“C、D”)兩端；(3)為使車重G3.0105 N時(shí)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，則電阻箱R的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到_ ；(4)通過(guò)調(diào)整電阻箱R的阻值，可以調(diào)整報(bào)警車重，能使該裝置報(bào)警的最小車重為_(kāi) N.答案(1)見(jiàn)解析圖(2)C、D(3)100(4)6.0104解析(1)橫坐標(biāo)表示壓力，縱坐標(biāo)表示輸出電壓，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，所作圖像如圖所示(2)當(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)，壓力傳感器輸出電壓達(dá)到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20 mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會(huì)被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間；(3)由圖可知當(dāng)N3.0105 N時(shí)U2.5 V，而使電磁繼電器的銜鐵被吸合的最小電流為0.02 A，故電路總電阻R總 125 ，所以電阻箱接入電路的阻值RR總R線125 25 100 ；(4)因?yàn)槭闺姶爬^電器銜鐵吸合的最小電流I20 mA0.02 A，繼電器線圈的電阻R線25 ，所以要使該裝置報(bào)警，壓力傳感器輸出的電壓最小值為U最小IR線0.02 A25 0.5 V，由圖像可知，輸出電壓為0.5 V時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力為6.0104 N.5(2018梅河口市第五中學(xué)高二月考)電飯煲的工作原理如圖3所示，可分為兩部分，即控制部分：由S1、S2、定值電阻R1和黃燈組成；工作(加熱)部分：由發(fā)熱電阻R3、定值電阻R2和紅燈組成S1是一個(gè)磁鋼限溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合，當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103 )時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，且不能自動(dòng)復(fù)位，S2是一個(gè)金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)，低于70 時(shí)，自動(dòng)閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過(guò)其電流必須較小，所以R1、R2起_作用，R3是發(fā)熱電阻接通電源并按下S