2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修2 第5章傳感器第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用(3)課件

常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1.基本知識(shí)(1)洗衣機(jī)中的傳感器全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用_______和電腦技術(shù)對(duì)洗滌全過程進(jìn)行檢測(cè)和控制．近年來的模糊洗衣機(jī)中的傳感器大致有以下幾類：______傳感器、______傳感器、_____傳感器、______傳感器、________傳感器、__________傳感器、______(壓電)傳感器,這些傳感器收集到的信息,經(jīng)微電腦綜合推理判斷后,執(zhí)行______的工作程序．生活中的傳感器

傳感器水位負(fù)載量水溫布質(zhì)洗滌粉臟污程度脫水最佳(2)電冰箱中的傳感器電冰箱主要由______系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成．控制系統(tǒng)主要包括：_________控制、_________控制、______________保護(hù)等．(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______元件制作有害氣體報(bào)警器和______氣體報(bào)警器．②有一種敲擊防盜報(bào)警器,它利用______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______傳感器和______電路兩部分組成．制冷溫度自動(dòng)除霜溫度過熱及過電流氣敏可燃?jí)弘姏_擊執(zhí)行(4)傳感器與人的感官①____傳感器和由它制成的錄像頭和監(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______和______傳感器,相當(dāng)于人的鼻和舌等嗅覺、味覺器官．③______和______傳感器,以及______傳感器可以認(rèn)為相當(dāng)于人的觸覺器官,如手、足、皮膚等．④___傳感器相當(dāng)于人的耳朵．在有些探測(cè)活動(dòng)中,傳感器可以比人______,或者可以報(bào)告更______的結(jié)果,傳感器確實(shí)有“______”之處．光化學(xué)生物力學(xué)振動(dòng)溫度聲靈敏準(zhǔn)確過人2．思考判斷(1)無人管理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng),用到了濕度傳感器．(√)(2)傳感器只能用于高端科技中,日常生活中的傳感器并不多見．(×)(3)測(cè)量人體重的電子秤,用到了壓力傳感器．(√)3．探究交流為什么說傳感器就像人的眼睛、耳朵？【提示】應(yīng)從感知外界信息角度理解,人的眼睛、耳朵不斷為我們收集外界信息,并通過神經(jīng)系統(tǒng)將信號(hào)傳送到大腦,而傳感器的敏感元件也在感受外界的相關(guān)變化,并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào),傳送給下一級(jí)裝置分析、執(zhí)行．1.基本知識(shí)(1)光控自動(dòng)照明電路①電路原理圖簡(jiǎn)單的光控和溫控電路(選學(xué))

圖3－3－1②功能利用______電阻作控制元件從而通過光線來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,使電路在天亮?xí)r自動(dòng)______,天黑時(shí)自動(dòng)______．③調(diào)試將光敏電阻用______包住使它不被光照亮,如果發(fā)光二極管不亮,則調(diào)節(jié)__________,直到發(fā)光二極管發(fā)光為止．然后將包裹光敏電阻的______打開,看它是否熄滅,如果此時(shí)發(fā)光二極管不熄滅,則再調(diào)節(jié)_______．反復(fù)使光敏電阻遮光或見光,直到可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在光敏電阻________時(shí)熄滅,________時(shí)發(fā)光為止．此時(shí)發(fā)光二極管就相當(dāng)于一個(gè)由環(huán)境明暗變化而自動(dòng)控制的燈．光敏切斷導(dǎo)通黑紙電位器R1黑紙電位器有光照無光照(2)溫控電熨斗①電路原理圖圖3－3－2②功能利用______電阻作控制元件,從而使電熨斗的溫度在低于指定值時(shí),電熱器供電加熱,否則將電源關(guān)閉．③調(diào)試室溫下,如果發(fā)光二極管不亮,則調(diào)節(jié)電位器R1,直到發(fā)光二極管發(fā)光為止．然后將電烤燈通電并靠近熱敏電阻加熱,看它是否熄滅,如果此時(shí)發(fā)光二極管不熄滅,則再調(diào)節(jié)電位器．反復(fù)將電烤燈靠近或遠(yuǎn)離______電阻,直到可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在熱敏電阻溫度______時(shí)熄滅,正常室溫時(shí)______為止．熱敏熱敏升高發(fā)光2．思考判斷(1)自動(dòng)照明電路實(shí)現(xiàn)路燈晚上亮,白天不亮,是利用光控電路來實(shí)現(xiàn)的．(√)(2)溫控電熨斗中用的敏感元件是熱敏電阻．(√)3．探究交流在蔬菜種植大棚中,人們需要控制光照強(qiáng)度、溫度、空氣濕度、空氣中的二氧化碳濃度、土壤濕度等影響蔬菜生長(zhǎng)的條件．問題：在蔬菜種植大棚中要用到哪些傳感器？它們的作用是什么？【提示】要用到光傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等；作用是：感受光強(qiáng)、溫度、濕度等.

【問題導(dǎo)思】

1．敏感元件在傳感器的應(yīng)用中起什么作用？2．根據(jù)你的觀察和經(jīng)驗(yàn)我們?cè)谀男┑胤接玫絺鞲衅鳎窟@些傳感器用到什么敏感元件？傳感器的應(yīng)用分析

1．傳感器的應(yīng)用步驟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)的基礎(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．①以力傳感器為例：傳感器感受力的信息(如大小、方向是否變化等)后轉(zhuǎn)化為電壓、電流、電阻等電學(xué)量,然后經(jīng)過放大,傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行某種操作(如借助繼電器控制電路通斷,借助儀表進(jìn)行顯示等)．②以光傳感器為例：光傳感器感受光的信息(如光的強(qiáng)弱、顏色等),通過敏感元件(如光敏電阻、光電池等)將光的信息轉(zhuǎn)化為電阻、電流等電學(xué)量,然后經(jīng)過放大,傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)后執(zhí)行某種操作．

車床在工作時(shí)是不允許將手隨便接近飛轉(zhuǎn)的工件的,為了防止萬一,設(shè)計(jì)了下面的光電自動(dòng)制動(dòng)安全電路,只要人手不小心靠近了工件,機(jī)器就自動(dòng)停轉(zhuǎn),請(qǐng)簡(jiǎn)述其工作原理．圖3－3－3中的A為車床上的電動(dòng)機(jī)；B為隨電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工件；C為光源,它發(fā)出的光照到光敏電阻D上；E為電磁鐵；F為銜鐵；G為電源；H為彈簧．圖3－3－3【審題指導(dǎo)】解題時(shí)應(yīng)注意以下問題：(1)觀察、分析電路結(jié)構(gòu)圖．(2)注意應(yīng)用光敏電阻的特性分析問題．【解析】

當(dāng)手在C、D間靠近工件時(shí),遮擋住射向光敏電阻的光,光敏電阻的阻值迅速變大,電路中的電流減小,使電磁鐵磁性減弱從而放開銜鐵,造成電動(dòng)機(jī)斷路,使工件停轉(zhuǎn)以保證安全．【答案】

見解析1．如圖3－3－4所示為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為可經(jīng)O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片,K為彈簧,S為一對(duì)觸頭,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3－3－4A．A與B接信號(hào)電壓,C與D可跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號(hào)電壓,C與D可跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號(hào)電壓,A與B可跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號(hào)電壓,A與B可跟被控電路并聯(lián)【解析】

由圖可知A、B是電磁繼電器線圈,所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓,線圈隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥,從而使C、D接通或斷開,進(jìn)而起到控制作用．所以選項(xiàng)A正確．【答案】

A【問題導(dǎo)思】

1．傳感器與人感官相比各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？2．人類的五大器官可分別與哪類傳感器類比？生活中的傳感器

1．傳感器與人感官的優(yōu)缺點(diǎn)好多傳感器都能與人的感覺器官對(duì)號(hào)入座,但有些傳感器的測(cè)量?jī)?nèi)容,是人的整體感覺所作出的判斷,甚至有些傳感器能夠承擔(dān)人的感官所做不到的任務(wù),也有些傳感器比人的感覺靈敏度高、測(cè)量結(jié)果更客觀,或者能夠代替人去承擔(dān)危及人的健康的任務(wù)．但人也有人的優(yōu)勢(shì)．由于人的感官與大腦緊密聯(lián)系在一起,所以感知與分析判斷是融為一體的,得到的是綜合的信息,認(rèn)識(shí)會(huì)更全面．而且人還可以聯(lián)想到環(huán)境狀況及歷史情況,再作出去偽存真的判斷分析．綜合與聯(lián)想是人的優(yōu)勢(shì)．另外,人腦的學(xué)習(xí)及記憶對(duì)感官能力也有影響．機(jī)器人要真正達(dá)到人類的智能水平并不是容易的事．2．與人類的五大感官相類比的傳感器光敏傳感器——視覺；聲敏傳感器——聽覺；氣敏傳感器——嗅覺；化學(xué)傳感器——味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺．

如圖3－3－5所示是家用電冰箱的壓縮啟動(dòng)裝置的電路．其中的運(yùn)行繞組是電冰箱在工作時(shí)電動(dòng)機(jī)定子,由于家用交流電是單相的,啟動(dòng)時(shí)必須依靠啟動(dòng)繞組的幫助才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)．在啟動(dòng)繞組的支路中串聯(lián)有一個(gè)PTC元件．這是一種以鈦酸鋇為主要材料的熱敏電阻器,電流流過PTC元件,元件發(fā)熱,它的電阻率隨溫度升高而發(fā)生顯著變化,當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來正常以后,PTC元件溫度較高,電阻很大,啟動(dòng)繞組電流很小,以下判斷正確的是(

)圖3－3－5A．電冰箱的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)比正常工作時(shí)耗電少B．電冰箱的電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)比啟動(dòng)時(shí)耗電少C．電冰箱啟動(dòng)后,啟動(dòng)繞組功率不變,運(yùn)行繞組功率是變化的D．電冰箱啟動(dòng)后,啟動(dòng)繞組功率是變化的,運(yùn)行繞組功率不變【審題指導(dǎo)】

審題時(shí)應(yīng)注意以下問題：(1)理解PTC元件的特點(diǎn)是什么？(2)分析電路的串、并聯(lián)關(guān)系．【解析】

啟動(dòng)時(shí),由于PTC元件溫度低,電阻小,故耗電多,故B正確．啟動(dòng)后,隨著PTC元件的溫度升高,元件本身電阻增大,通過啟動(dòng)繞組的電流減小,故啟動(dòng)繞組的功率是變化的,而運(yùn)行繞組電壓不變,故功率不變,故D正確．【答案】

BD解決含電路傳感器問題的技巧1．要分清是哪種敏感元件,同時(shí)熟知各類敏感元件的特點(diǎn)．2．根據(jù)電路結(jié)合敏感元件的變化,解決相關(guān)問題．2．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．關(guān)于電冰箱中的傳感器,下列說法正確的是(

)A．電冰箱中的溫控器是由溫度傳感器控制的B．電冰箱中的溫控器是由濕度傳感器控制的C．電冰箱由溫度傳感器控制制冷壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止D．電冰箱由溫度傳感器控制除霜溫控器的啟動(dòng)與停止【解析】

電冰箱中溫度控制系統(tǒng)主要是溫度傳感器,與濕度無關(guān)．【答案】

ACD

如圖3－3－6所示為某?？萍蓟顒?dòng)小組制作的恒溫箱電路示意圖,電熱絲是恒溫箱的加熱元件．圖中的水銀溫度計(jì)為導(dǎo)電溫度計(jì),上面的金屬絲A的高度可以調(diào)整,下面的金屬絲B與溫度計(jì)的水銀接觸,該溫度計(jì)的水銀液泡被放置到恒溫箱內(nèi)．請(qǐng)根據(jù)此電路圖說明恒溫箱工作的原理．綜合解題方略——恒溫箱原理分析

圖3－3－6【審題指導(dǎo)】

恒溫箱電路可以分為為兩部分：(1)控制電路：左邊的水銀溫度計(jì),低溫時(shí)斷電,高溫時(shí)通電．(2)工作電路：左邊的電熱絲,低溫時(shí)通電發(fā)熱．高溫時(shí)自動(dòng)斷電．【規(guī)范解答】

通電后當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度未達(dá)到導(dǎo)電溫度計(jì)金屬絲A所指示的溫度時(shí),電熱絲被連接在電路中,使恒溫箱溫度升高．當(dāng)導(dǎo)電溫度計(jì)中的水銀柱上升到金屬絲A指示的溫度時(shí),繼電器線圈被接通,銜鐵被吸下,電熱絲斷電,停止加熱,溫度降低后線圈電路斷開,銜鐵被釋放,電熱絲再次被連入電路,如此反復(fù),從而保持恒溫箱內(nèi)溫度恒定．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【解析】空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài),所以內(nèi)部使用了溫度傳感器,故C正確．【答案】

C2．下列器件是應(yīng)用力傳感器的是(

)A．鼠標(biāo)器 B．火災(zāi)報(bào)警器C．測(cè)溫儀 D．電子秤【解析】

鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管,屬于光傳感器；火災(zāi)報(bào)警器中傳感器是光電三極管,屬于光傳感器；測(cè)溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片,是力傳感器,D正確．【答案】

D3．近年流行的模糊洗衣機(jī)中的傳感器有好多種,下列可能沒有的是(

)A．水位傳感器 B．水溫傳感器C．脫水傳感器 D．聲敏傳感器【解析】

近年流行的模糊洗衣