人教版高中物理選修必修3-2傳感器的應(yīng)用(一)

1、第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用（一）傳感器的應(yīng)用（一）第六章第六章 傳感器傳感器傳感器應(yīng)用的一般模式：傳感器應(yīng)用的一般模式：一一.力電傳感器的應(yīng)用力電傳感器的應(yīng)用電子稱電子稱（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量 例例1 1：（：（20032003上?？碱}）上海考題）演示位移傳感器的工作原演示位移傳感器的工作原理如圖示，物體理如圖示，物體MM在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬

2、滑桿的金屬滑桿p p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小位移的大小x x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是確的是 ( )( )A. A. 物體物體MM運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B. B. 物體物體MM運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C. C. 物體物體MM不動時，電路中沒有電流不動時，電路中沒有電流D. D. 物體物體MM不動時，電壓表沒有示數(shù)不動時，電壓表沒有示數(shù)B例例2:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程

3、中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；膹椈上噙B，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于塊原來靜止，彈簧處于自然長度自然長度?；瑝K上有指針，可。滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，

4、指針向左偏導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離離O點的距離為點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為方向向右，大小為 2k S/m01010UPD(2)若電位器（可變電阻）總長度為若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片運動時，與滑塊連接的滑動片

5、P產(chǎn)生位移，此時可輸產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與與a 的函數(shù)關(guān)的函數(shù)關(guān)系式。系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa例例3 3:可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動時，元件轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星

6、等的制導(dǎo)系統(tǒng)輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知的信息源。已知A的質(zhì)量為的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為自然長度為l，電源的電動勢為，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計。滑動變、內(nèi)阻不計。滑動變阻器總長也為阻器總長也為l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在在B點點，當(dāng)系統(tǒng)以角速度，當(dāng)系統(tǒng)以角速度轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與與的的函數(shù)式。函數(shù)式。A S PCBOO輸出電壓輸出電壓U解解：設(shè)彈簧伸長：設(shè)彈簧伸長x , 則則 kx=m 2(l+x) x= m 2 l ( k-m 2 )設(shè)滑動變阻器單位長度設(shè)滑動變阻

7、器單位長度 的電阻為的電阻為r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2)二二. . 聲傳感器的應(yīng)用話筒 （1）話筒的作用是什么？）話筒的作用是什么？ （2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。閱讀教材并思考閱讀教材并思考聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號 膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的

8、大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。音。（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點是什么？這種話筒的優(yōu)點是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和和固定電極固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電當(dāng)聲形成一個電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜

9、片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓優(yōu)點：保真度好。的電壓優(yōu)點：保真度好。駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點：體積小，重量輕，價波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。格便宜，靈敏度高，工作電壓低。例題例題4：（：（2003上海試題）唱卡拉上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原有傳感器。其

10、中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是確的是 ( )A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D 膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B

11、金屬金屬板板金屬金屬膜膜振動振動膜膜外電外電路路圖5例題例題5 5：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓壓U U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)

12、生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（的原因可能是容器兩板間的（ ）（A A）距離變化）距離變化 （B B）正對面積變化）正對面積變化（CC）介質(zhì)變化）介質(zhì)變化 （D D）電壓變化）電壓變化A三溫度傳感器的應(yīng)用三溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 （1）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實

13、現(xiàn)的？定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？思思考與討論考與討論：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題： 1、力傳感器的應(yīng)用、力傳感器的應(yīng)用電子秤電子秤 2、聲傳感器的應(yīng)用、聲傳感器的應(yīng)用話筒話筒 3、溫度傳感器的應(yīng)用、溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進行自動控制用來進行自動控制.小結(jié)：小結(jié)：一一. .力電傳感器的應(yīng)用力電傳感器的應(yīng)用 力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信力電傳感器主要是利用

14、敏感元件和變阻器把力學(xué)信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABSABS防抱死制動系統(tǒng)等。防抱死制動系統(tǒng)等。1.1.測質(zhì)量測質(zhì)量2.2.測測 力力3.3.測物體加（角）速度測物體加（角）速度4.4.測測 位位 移移 聲電傳感器是指將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感聲電傳感器是指將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器，常見的電容式話筒和動圈式話筒都是聲電傳感器。器，常見的電容式話筒和動圈式話筒都是聲電傳感器。 二二. . 聲傳感器的應(yīng)用話筒 三三. .熱電傳感器熱電傳感器熱電傳感器是指將溫度信號轉(zhuǎn)換成