2019_20學年高中物理第三章傳感器第三節(jié)第四節(jié)傳感器的應用用傳感器制作自控裝置課件粵教版.pptx

第三章 傳感器,第三節(jié) 傳感器的應用 第四節(jié) 用傳感器制作自控裝置,學科素養(yǎng)與目標要求,物理觀念： 了解傳感器在日常生活和生產中的應用. 科學探究： 1.通過實驗或演示實驗，認識傳感器在技術或生產中的應用. 2.能設計簡單的傳感器應用電路. 科學態(tài)度與責任： 通過對傳感器原理及應用的了解，體會所學知識在實際應用中的價值，增強學習興趣并培養(yǎng)正確的科學態(tài)度.,NEIRONGSUOYIN,內容索引,自主預習,達標檢測,課時對點練,預習新知 夯實基礎,檢測評價 達標過關,注重雙基 強化落實,重點探究,啟迪思維 探究重點,自主預習,1.生活中的傳感器 電飯煲、電冰箱、微波爐、空調機、消毒碗柜等與溫度控制相關的家用電器，幾乎都要用到_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、防火報警器等，均使用了_傳感器；另外還有照相機中的光敏傳感器、家用便攜式電子秤的_傳感器等. 2.農業(yè)生產中的傳感器 無人管理的自動灌溉系統(tǒng)利用了_傳感器；自動化溫室種植中，溫室的自動控溫就是在溫度傳感器的幫助下實現的；現代糧庫采用了_傳感器和_傳感器.,一、傳感器的應用,溫度,紅外線,壓力,濕度,溫度,濕度,3.工業(yè)生產中的傳感器 生產安全中，如將一種埋入式_傳感器安置在大橋或水壩中，隨時可以監(jiān)測大橋或水壩的裂痕等安全隱患；在自動控制系統(tǒng)中，如數控機床中的位移測量裝置就是利用高精度_傳感器(如光柵傳感器)進行位移測量，從而實現對零部件的精密加工. 4.飛向太空的傳感器 在運載火箭、載人飛船中，應用傳感器供_和_系統(tǒng)使用；對宇航員各種生理狀況的測量有_傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等.,光纖,位移,遙測,遙控,生理,二、用傳感器制作自控裝置,課題：應用光敏電阻制作光控自動照明燈電路,實驗器材 二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、電阻R(7.5 M)、燈泡L.,實驗原理 由晶閘管VS與電燈L構成主回路，控制回路由_與_組成的分壓器及二極管VD構成，如圖1所示.,R,RG,圖1,(1)當白天自然光線較強時，光敏電阻呈_電阻，與R分壓后使晶閘管VS門電極處于低電平，VS_. (2)當夜幕降臨時，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而_，燈L亮. (3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調整電路的起控點.,低,關斷,導通,1.判斷下列說法的正誤. (1)電子秤中的應變片的電阻隨形變大小而變化.( ) (2)電熨斗和電飯鍋都是利用雙金屬片控制電路通斷的.( ) (3)火災報警器中的光電三極管的電阻隨光照的增強而變小.( ) (4)利用紅外線敏感元件可以實現無接觸測溫.( ),即學即用,2.電子打火機的點火原理是壓電效應，壓電片在受壓時會在兩側形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比.現有一利用壓電效應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，電壓表與壓電片構成閉合回路用來測量壓電片兩側形成的電壓.若發(fā)現電壓表示數增大，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2,向上,減速,重點探究,一、傳感器的應用分析,1.傳感器的應用步驟 (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.分析傳感器應注意的四個分析 (1)檢測量分析：要明確傳感器所檢測的量，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)電路結構分析：認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律. (4)執(zhí)行機構分析：分析非電學量與電學量之間的轉換過程，分析根據所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程.,例1 如圖3甲所示為一測量硫化鎘光敏電阻特性的實驗電路，電源電壓恒定.電流表內阻不計，開關閉合后，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使小燈泡發(fā)光亮度逐漸增強，測得流過電阻的電流和光強的關系曲線如圖乙所示，試根據這一特性用圖丙中給定的器材設計一個自動光控電路并寫出控制過程.,圖3,答案 見解析,解析 由光敏電阻的特性曲線可以看出，當入射光增強時，光敏電阻的阻值減小，流過光敏電阻的電流增大.根據題意設計的自動光控電路如圖所示.控制過程：當有光照射時，光電流經過放大器輸出一個較大的電流，驅動電磁繼電器吸引銜鐵使兩個觸點斷開，當無光照射時，光電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個觸點閉合，控制電路接通，燈開始工作.,二、傳感器應用的實例分析,1.溫度傳感器的應用 (1)電熨斗 構造(如圖4所示),圖4,敏感元件：雙金屬片. 工作原理：溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的膨脹系數不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷.,(2)電飯鍋 構造(如圖5所示),圖5,敏感元件：感溫鐵氧體. 工作原理 (i)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103 時，失去鐵磁性，這一溫度稱為該材料的“居里溫度”.,(ii)自動斷電原理：用手按上開關通電加熱，開始煮飯，當鍋內加熱溫度達到103 時，鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開.,2.力傳感器的應用電子秤 (1)組成：由金屬梁和應變片組成. (2)工作原理：如圖6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，下表面的電阻變小.F越大，彎曲形變越大，應變片的電阻變化就越大.如果讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應變片兩端的電壓變大，下表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，由電壓差值的大小，即可得到外力F的大小.,圖6,3.光傳感器的應用火災報警器 如圖7所示為利用煙霧對光的散射來工作的一種火災報警器，其工作原理：,圖7,帶孔的罩子內裝有發(fā)光二極管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，呈現高電阻狀態(tài).煙霧進入罩內后對光有散射作用，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.,例2 如圖8所示是電飯煲的電路圖，S1是一個溫控開關，手動閉合后，當此開關溫度達到居里點(103 )時，會自動斷開.S2是一個自動溫控開關，當溫度低于70 時，會自動閉合；溫度高于80 時，會自動斷開.紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈.分流電阻R1R2500 ，加熱電阻絲R350 ，兩燈的電阻不計.,圖8,(1)分析電飯煲的工作原理；,答案 見解析,解析 接上電源，S2自動閉合，同時手動閉合S1，這時黃燈短路，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； 飯煮熟后，溫度升高到103 時，S1自動斷開，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)，如此循環(huán).,(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；,答案 見解析,(3)簡要回答，如果不閉合開關S1能將飯煮熟嗎？,答案 見解析,解析 如果不閉合S1，開始時S2是閉合的，R1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7080 之間變化，不能將飯煮熟.,三、用溫度傳感器制作自動報警裝置的設計,例3 傳感器擔負著信息的采集任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量)，例如熱敏傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻，某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖9甲所示，圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖.,圖9,(1)為了使溫度過高時報警器鈴響，c應接在_(填“a”或“b”)處.,a,解析 熱敏電阻RT在溫度升高時阻值變小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強，把右側銜鐵吸引過來，與a接觸，故c應接在a處.,(2)若要使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向_(填“左”或“右”)移動.,左,解析 為使啟動報警的溫度提高，則應使電路中電阻更大，滑動變阻器的滑片應左移.,(3)如果在調試報警器達到最低報警溫度時，無論如何調節(jié)滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路不能正常工作的原因可能是_ _.,電源提供電壓太小，以至于電磁鐵,磁性太弱或彈簧勁度系數太大,達標檢測,1.(溫度傳感器的應用)傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調機在室內溫度達到設定的溫度后，會自動停止工作，空調機內使用的傳感器是 A.生物傳感器 B.紅外傳感器 C.溫度傳感器 D.壓力傳感器,1,2,3,2.(力傳感器的應用)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，在升降機中將重物放在壓敏電阻上，壓敏電阻接在如圖10甲所示的電路中，電流表示數變化如圖乙所示，某同學根據電流表的示數變化情況推斷升降機的運動狀態(tài)，下列說法中正確的是,1,2,3,圖10,A.0t1時間內，升降機一定勻速運動 B.0t1時間內，升降機可能減速上升 C.t1t2時間內，升降機可能勻速上升 D.t1t2時間內，升降機可能勻加速上升,解析 在0t1時間內，電流恒定，表明壓敏電阻的阻值恒定，則重物對壓敏電阻的壓力恒定，則升降機可能處于靜止、勻速運動或勻變速直線運動狀態(tài)，故A選項錯誤，B選項正確； t1t2時間內，電流在增加，表明壓敏電阻的阻值在減小，則重物對壓敏電阻的壓力在增大，重物的加速度是變化的，故不可能做勻速運動或勻加速運動，C、D選項錯誤.,1,2,3,3.(電容式傳感器的應用)如圖11所示是一個測定液面高度的傳感器，在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放在導電液中，導線芯和導電液構成電容器的兩極.把這兩極接入外電路，當外電路中的電流變化顯示電容值增大時，則導電液的深度h變化為,1,2,3,圖11,A.h增大 B.h減小 C.h不變 D.無法確定,解析 由題意知，導線芯和導電液構成電容器的兩極，類似于平行板電容器的兩極.當液面高度發(fā)生變化時相當于兩極板正對面積發(fā)生變化，會引起電容的變化.與平行板電容器類比可得，導電液體深度h增大時，導線芯和導電液正對面積增大，電容器的電容值變大.,課時對點練,解析 紅外線熱像儀是根據物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故D正確.,一、選擇題 考點一 溫度傳感器的應用 1.當出現某疫情時，在機場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播.關于紅外線熱像儀，下列說法正確的是 A.選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應 B.紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測 C.紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用 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度不同,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 常溫時，上下觸點是接通的，當溫度升高時，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使調溫旋鈕下移一些，A、B、D對，C錯.,A.常溫時上下觸點是接觸的 B.雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大， 雙金屬片將向下彎曲 C.原來溫度控制在80 斷開電源，現要求60 斷開電源，應使調溫旋鈕下移一些 D.由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調溫旋鈕下移一些,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.(多選)如圖1所示是自動調溫式電熨斗的結構圖，下列說法正確的是,13,圖1,A.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 B.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數一次 D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數一次,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,考點二 光傳感器的應用 3.(多選)(2017濟寧市高二檢測)如圖2所示為某商廈安裝的光敏電阻自動計數器的示意圖.其中A為光源，B為由電動機帶動的勻速運行的自動扶梯，R1為光敏電阻，R2為定值電阻.每當扶梯上有顧客經過，擋住由A射向R1的光線時，計數器就計數一次.此計數器的基本工作原理是,13,圖2,解析 當光照射R1時，R1阻值減小，R總減小，電源電壓不變，故電路中的電流增大，R2是定值電阻，U2IR2，R2兩端電壓增大，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓，A錯誤，B正確； 當有人時信號處理系統(tǒng)獲得低電壓，計數器計數一次，C正確，D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.力傳感器 B.光傳感器 C.溫度傳感器 D.聲音傳感器,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.如圖3所示，機器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉彎.下列有關該機器人“眼睛”的說法中正確的是,13,圖3,解析 遇到障礙物會繞開，說明它是光傳感器，故選項B正確，A、C、D錯誤.,5.為了節(jié)約能源，合理適時地使用路燈，要求夜晚亮、白天熄，利用半導體的某種特性制成自動點亮熄滅的裝置，實現了自動控制.這是利用半導體的 A.壓敏性 B.光敏性 C.熱敏性 D.三種特性都利用了,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由題意可知，這一裝置要對光敏感，能區(qū)分白天(光線強)與夜晚(光線暗)，所以選項B正確； 雖然白天與夜晚溫度也不相同，但溫度除與晝夜有關外，還與季節(jié)有關，因此C錯誤； 燈的亮熄與壓力無關，A、D錯誤.,考點三 力傳感器的應用 6.關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的 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電壓 D.外力越大，輸出的電壓差值越小,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 應變片是由半導體材料制成的，A錯誤； 應變片的表面拉伸時，R變大，應變片壓縮時，R變小，B正確； 傳感器輸出的是應變片兩個電壓的差值，外力越大，輸出電壓差值越大，C、D錯誤.,A.物體處于失重狀態(tài) B.物體處于超重狀態(tài) C.升降機一定向上做勻加速運動 D.升降機可能向下做勻減速運動,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.(多選)壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小.一同學利用壓敏電阻設計了判斷升降機運動狀態(tài)的裝置，如圖4甲所示，將壓敏電阻平放在升降機內，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機靜止時電流表示數為I0.某過程中電流表的示數如圖乙所示，則在此過程中,13,圖4,解析 電流表的示數變?yōu)?I0且保持不變，說明此時壓敏電阻的阻值比升降機靜止時小，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錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,考點四 電容式傳感器的應用 8.(多選)電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖5所示.Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電.當聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流.在膜片向右運動的過程中，有,13,圖5,A.電容變大 B.電容變小 C.導線AB中有向左的電流 D.導線AB中有向右的電流,圖6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.(多選)如圖6所示，電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導體層內形成一個低電壓交流電場.在觸摸屏幕時，由于人體是導體，手指與內部導體間會形成一個特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置.由以上信息可知,13,A.電容式觸摸屏的兩極板分別是導體層和手指 B.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大 C.當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小 D.如果用帶了手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動作,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 電容觸摸屏在原理上把人體當作電容器元件的一個極板，把導體層當作另一個極板，故A正確； 手指與屏的接觸面積越大，即兩個極板的正對面積越大，故電容越大，B正確，C錯誤； 如果帶了手套或手持不導電的物體觸摸時沒有反應，這是因為手與導體層距離較大，不能引起導體層電場的變化，D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考點五 自動控制電路的分析與設計 10.(多選)如圖7所示，全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當進行排水和脫水工序時，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運動，從而牽引排水閥的閥門排除污水.以下說法中正確的是,A.若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為N極，B端為S極 B.若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為S極，B端為N極 C.若a、b處輸入交變電流，鐵芯2不能被吸入線圈中 D.若a、b處輸入交變電流，鐵芯2仍能被吸入線圈中,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,圖7,解析 鐵芯被通電螺線管磁化.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.(多選)某同學設計的家庭電路保護裝置如圖8所示，鐵芯左側線圈L1由火線和零線并行繞成.當右側線圈L2中產生電流時，電流經放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質開關K，從而切斷家庭電路.僅考慮L1在鐵芯中產生的磁場，下列說法正確的有,13,圖8,A.家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零 B.家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變 C.家庭電路發(fā)生短路時，開關K將被電磁鐵吸起 D.地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關K將被電磁鐵吸起,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 由于零線、火線中電流方向相反，產生的磁場方向相反，所以家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零，選項A正確； 家庭電路短路和用電器增多時均不會引起L2中磁通量的變化，選項B正確，C錯誤； 地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，線圈L1中磁場變化引起L2中磁通量的變化，產生感應電流，吸起K，切斷家庭電路，選項D正確.,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,二、非選擇題 12.圖9甲為在溫度為10 左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱的原理簡圖.,13,圖9,箱內的電阻R120 k，R210 k，R340 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示.當a、b端的電壓Uab0時，電壓鑒別器會使S斷開，停止加熱.則恒溫箱內的溫度恒定在_.,35,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案 實驗原理電路圖見解析,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13.如圖10所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內； 為毫安表，量程為6 mA，內阻為數十歐姆；E為直流電源，電動