高二物理第六章：傳感器3~4節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講

1、高二物理第六章：傳感器 34 節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 第六章：傳感器 34 節(jié) 二. 知識(shí)要點(diǎn)： 知識(shí)與技能 （1）知道溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋的結(jié)構(gòu)和工作原理 （2）知道溫度傳感器的應(yīng)用測(cè)溫儀的工作原理 （3）知道光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器、火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)和工作原理 （4）了解兩個(gè)開(kāi)關(guān)的控制原理。 三. 重點(diǎn)、難點(diǎn)解析： 1. 溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋 （1）感溫鐵氧體 組成：氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成 特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到約 103，失去鐵磁性 居里點(diǎn)：又稱(chēng)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

2、 開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢 復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持 100不 變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底 溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn) 103”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下， 永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱 如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后因?yàn)樗疁乇３衷?100，故不能自動(dòng)斷電，只 有水燒干后，溫度升高到 103，才能自動(dòng)斷電 2. 溫度傳感器的應(yīng)用測(cè)溫儀 （1）溫度傳感器測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)：可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值因?yàn)闇囟刃盘?hào) 變成電信號(hào)后可以遠(yuǎn)距離傳輸 （2

3、）常見(jiàn)的測(cè)溫元件：熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶及紅外線敏感元件 等 3. 光傳感器的應(yīng)用 （1）機(jī)械式鼠標(biāo)器 內(nèi)部組成：滾球、滾軸與碼盤(pán)、紅外發(fā)射管與紅外接收管 （光傳感器，如 圖所示） 工作原理：鼠標(biāo)器移動(dòng)時(shí)，滾球運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收 到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì) x、y 兩個(gè)方向的 脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移 （2）火災(zāi)報(bào)警器 如圖所示為利用煙霧對(duì)光的散射工作的一種火災(zāi)報(bào)警器，其工作原理是： 帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管 LED、光電三極管和不透明的擋板平時(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)

4、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變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) （3）常見(jiàn)的光傳感器：光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等 4. 光控開(kāi)關(guān) （1）如圖所示光控電路，用發(fā)光二極管 LED 模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的 最大電阻為 51k，R2為 330k 工作原理 白天，光強(qiáng)度較大光敏電阻 RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器 A 端的電壓較低， 則輸出端 Y 輸出高電平，發(fā)光二極管 LED 不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，RG的 阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端 A 的電壓上升到某個(gè)值（1.6V） ，輸出 端 Y 突然從高電平跳到低電平，則

5、發(fā)光二極管 LED 導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了） ， 這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的 （2）下圖電路分析 電磁繼電器工作原理 由于集成電路允許通過(guò)的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟 閉工作電路如圖所示其中圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電器 J，D 為動(dòng)觸點(diǎn)，E 為 靜觸點(diǎn)當(dāng)線圈 A 中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵 B 向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng) 觸點(diǎn) D 向下與 E 接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈 A 中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性， 銜鐵 B 在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn) D 與 E 分離，自動(dòng)切斷工作電路 控制電路原理 天較亮?xí)r。光敏電阻 RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端

6、A 電勢(shì)較低，則輸出端 Y 輸出高電平，線圈中無(wú)電流，工作電路不通；天較暗時(shí)，光敏電阻 RG電阻增大， 斯密特觸發(fā)器輸入端 A 電勢(shì)升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端 Y 由高電平突然跳到低 電平，有電流通過(guò)線圈 A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動(dòng)開(kāi)啟；天 明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端 A 電勢(shì)逐漸降低，降到一定值，輸出端 Y 突然由低電平跳到高電平，則線圈 A 不再有電流，則電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路 的電源，路燈熄滅 5. 溫度報(bào)警器 （1）溫度報(bào)警器電路如圖所示 （2）工作原理 常溫下，調(diào)整 R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端 A 處于低電平，則輸出端 Y 處 于高電平，無(wú)電

7、流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻 Rt 阻值 減小，斯密特觸發(fā)器輸入端 A 電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平） ，其輸出端由高 電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲，R1的阻值不同，則報(bào)警溫度不 同 【典型例題】 例 1. 如下圖是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫 度達(dá)到居里點(diǎn)（103）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于 70時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于 80時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)紅燈是加熱時(shí)的指示燈， 黃燈是保溫時(shí)的指示燈分流電阻 R1=R2=500 歐姆，加熱電阻絲 R3=50 歐姆，兩燈 電阻不計(jì) （1）分析電飯煲的工作原理 （2）計(jì)算加

8、熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲 消耗的電功率之比 （3）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)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(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合 S1這時(shí) 黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)加熱到 80時(shí)，S2自動(dòng)斷開(kāi)，S1仍閉 合；水燒開(kāi)后，溫度升高到 103時(shí)，開(kāi)關(guān) S1自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)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(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲 重新加熱，溫度達(dá)到 80時(shí)，S2又自動(dòng)斷開(kāi)再次處于保溫狀態(tài) （2）加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率 2 1 U P R 并 ，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率 2 1 1 U P RR 并 ， 兩式中R R R

9、 RR 并 23 23 50050 50050 500 11 從而有 P P RR R 1 2 1500500 11 500 11 12 1 并 并 / / （3）如果不閉合開(kāi)關(guān) S1，開(kāi)始 S2總是閉合的，R1被短路，功率為 P1，當(dāng)溫度 上升到 80時(shí)。S2自動(dòng)斷開(kāi)，功率降為 P2，溫度降低到 70S2自動(dòng)閉合溫 度只能在 7080之間變化，不能把水燒開(kāi)，不能煮熟飯 答案：（1）見(jiàn)解析 （2）12：1 （3）見(jiàn)解析 例 2. 如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車(chē)中利用光電脈沖測(cè)量車(chē)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(chē)身上，C 為小車(chē)的車(chē)輪，D 為與 C 同軸相 連的齒輪車(chē)

10、輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A 發(fā)出的光束通過(guò)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)的脈沖 數(shù)為 n，累計(jì)脈沖數(shù)為 N，則要測(cè)出小車(chē)的速度和行程還必須測(cè)量的物理數(shù)據(jù)是 ；小車(chē)速度的表達(dá)式為 v= ；行程的表達(dá)式為 s= 【解析】小車(chē)的速度等于車(chē)輪的周長(zhǎng)與單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的乘積設(shè)車(chē)輪的 半徑為 R，單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為，則有2vR 若齒輪的齒數(shù)為 P，則齒輪轉(zhuǎn)一圈電子電路顯示的脈沖數(shù)即為 P，已知單位時(shí)間內(nèi) 的脈沖數(shù)為 n所以單位時(shí)間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為n P 由于齒輪與車(chē)輪同軸相連， 它們?cè)趩挝粫r(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)相等，即 n P 由以上兩式可

11、得： 2 Rn v P 同理，設(shè)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的累計(jì)圈數(shù)為，則有2sR ，且 N P ，所以 2 RN s P 可見(jiàn)，要測(cè)小車(chē)的速度 v 和行程 s，必須測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù) n 和累計(jì)脈 沖數(shù) N車(chē)輪半徑 R 和齒輪的齒數(shù) P 答案：車(chē)輪半徑 R 和齒輪的齒數(shù) P 2 Rn P 2 RN P 例 3. 現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若 干如圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電 供熱，超過(guò)某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫(huà)出電路圖說(shuō)明工作過(guò)程 【解析】熱敏電阻 R1與滑動(dòng)變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路 答案:（1）電路圖如圖所示 （2）工

12、作過(guò)程：閉合 S，當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，熱敏電阻阻值大，通過(guò)電磁繼 電器的電流不能使它工作，K 接通電爐絲加熱當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，熱敏電阻減 小到某值，通過(guò)電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K 斷開(kāi)，電爐絲斷電，停止供 熱當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值，又重復(fù)前述過(guò)程 【模擬試題】 l. 關(guān)于電飯鍋的說(shuō)法正確的是（ ） A. 電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵 B. 鐵氧體在常溫下具有磁性，溫度達(dá)到“居里溫度”后會(huì)失去鐵磁性 C. 用電飯鍋燒水，水開(kāi)時(shí)能自動(dòng)斷電 D. 用電飯鍋煮飯時(shí)，若溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷電后，它不能自動(dòng)復(fù)位 2. 如圖所示是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為 103時(shí)，下 列說(shuō)法中正確

13、的是（ ） A. 常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B. 當(dāng)溫度超過(guò) 103時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng) C. 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)超過(guò) 103，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)跳起 D. 常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到 103，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自 動(dòng)跳起 3. 如圖所示是一火警報(bào)警器的一部分電路示意圖，其中 R2為用半導(dǎo)體熱敏材料 制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器a、b 之間接報(bào)警器當(dāng)傳感器 R2所在 處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流表示數(shù) I、報(bào)警器兩端的電壓 U 的變化情況是（ ） A. I 變大，U 變大 B. I 變小，U 變小 C. I 變小，U 變大 D. I 變大，U 變小 4.

14、如圖是溫度報(bào)警器電路示意圖，下列關(guān)于對(duì)此電路的分析正確的是（ ） A. 當(dāng) RT的溫度升高時(shí)， RT減小，A 端電勢(shì)降低，Y 端電勢(shì)升高，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào) 警聲 B. 當(dāng) RT的溫度升高時(shí)， RT減小，A 端電勢(shì)升高，Y 端電勢(shì)降低，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào) 警聲 C. 當(dāng)增大 RT時(shí)，A 端電勢(shì)升高，Y 端電勢(shì)降低，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲 D. 當(dāng)增大 RT時(shí)，A 端電勢(shì)降低，Y 端電勢(shì)升高，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲 5. 如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管 LED 模擬路燈，RG為光敏電阻A 是具有 特殊功能的非門(mén)，當(dāng)加在它的輸入端 A 的電壓逐漸上升到某個(gè)值時(shí)，輸出端 Y 會(huì)突 然從高電平跳到低電平，而當(dāng)輸入端

15、A 的電壓下降到另一個(gè)值時(shí)，Y 會(huì)從低電平跳 到高電平，在天暗時(shí)路燈（發(fā)光二極管）會(huì)點(diǎn)亮，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 天暗時(shí)，Y 處于高電平 B. 天暗時(shí)，Y 處于低電平 C. 當(dāng) R1調(diào)大時(shí)，A 端的電壓降低，燈（發(fā)光二極管）點(diǎn)亮 D. 當(dāng) R1調(diào)大時(shí)，A 端的電壓降低，燈（發(fā)光二極管）熄滅 6. 電飯煲的工作原理如圖所示，可分為兩部分，即控制部分：由 S2、R1和黃燈 組成；工作（加熱）部分：由發(fā)熱電阻 R3、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 （閉合） ，S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度達(dá)到 7080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，由于煮飯前溫度低于 70，所以 S2是 （填“斷開(kāi)的”或“閉合的” ） 接通電源并按下 S1后，黃燈熄而紅燈亮，R3發(fā)熱， 當(dāng)溫度達(dá)到 7080時(shí)，S2斷開(kāi)，當(dāng)溫度達(dá)到 103時(shí)飯熟，S1斷開(kāi)當(dāng)溫度降 到 70以下時(shí)，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知 R2 （填“” ）R3若用電飯煲燒水時(shí)，直到水被燒干 S