2傳感器的應(yīng)用同步學(xué)案2

選修3-2第六章傳感器（人教版）§傳感器的應(yīng)用（二）（同步學(xué)案）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解溫度傳感器的應(yīng)用――電飯鍋的結(jié)構(gòu)及工作原理。2.了解溫度傳感器的應(yīng)用――各種數(shù)字式測(cè)溫儀的特點(diǎn)及測(cè)溫元件。3.理解光傳感器的應(yīng)用――機(jī)械式鼠標(biāo)器的構(gòu)造及工作原理。4.會(huì)用各類傳感器（光傳感器、溫度傳感器等）設(shè)計(jì)簡單的控制電路。二、重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：溫度、光傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。2.難點(diǎn)：溫度、光傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。三、學(xué)法指導(dǎo)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，逐步了解各種傳感器的應(yīng)用原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究，知道已學(xué)知識(shí)在生活、生產(chǎn)、科技社會(huì)中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理學(xué)習(xí)就成了無源之水、無本之木。首先把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍。看好以后可以查閱一下資料，最后完成本學(xué)案。四、自主學(xué)習(xí)1．溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋（1）電飯鍋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：電飯鍋主要由接線螺釘、觸點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸、開關(guān)按鈕、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、彈簧、內(nèi)膽底等構(gòu)成．其中＿＿＿＿＿＿為主要元件，它是用＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿混合燒結(jié)而成的．它的特點(diǎn)主要有：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是上升到＿＿＿＿＿＿時(shí)，就失去＿＿＿＿＿＿性，不能被磁體吸引了．該溫度在物理學(xué)中稱為該材料的＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿．（2）電飯鍋的工作原理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．手動(dòng)開關(guān)手動(dòng)開關(guān)接線螺絲觸點(diǎn)永磁鐵電熱板內(nèi)膽底轉(zhuǎn)軸感溫鐵氧體2.溫度傳感器的應(yīng)用―――測(cè)量儀（1）測(cè)溫儀的原理：溫度傳感器要以把＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換成＿＿＿＿＿＿，再由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來．這就是指針式測(cè)溫儀和數(shù)字式測(cè)溫儀的原理．由于電信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，所以應(yīng)用溫度傳感器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫．（2）測(cè)溫元件：它可以是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿（利用該元件可以實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)溫）．3.光傳感器的應(yīng)用――鼠標(biāo)器（1）機(jī)械式鼠標(biāo)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由一個(gè)滾球、兩個(gè)滾軸、兩個(gè)＿＿＿＿＿＿（它的邊緣開有許多等間距的小齒）、兩個(gè)＿＿＿＿＿＿（LED）、還有兩個(gè)＿＿＿＿＿＿（兩個(gè)光傳感器）等組成的．（2）機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過＿＿＿＿＿＿帶動(dòng)兩個(gè)＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外線接收管就收到的＿＿＿＿＿＿，輸出相應(yīng)的＿＿＿＿＿＿．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＿＿＿＿＿＿．五、典型例題【例1】如圖是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開．S2是一個(gè)自動(dòng)控控溫開關(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，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＝500Ω，加熱電阻絲R3＝（1）分析電飯煲的工作原理（2）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比．（3）簡要回答，如果不閉合開關(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℃，S2自動(dòng)斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103℃時(shí)，開關(guān)S1自動(dòng)斷開，這時(shí)飯已經(jīng)煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)．由于散熱，待溫度將至70℃時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80℃（2）加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1＝U2/R并，保溫時(shí)電飯煲消耗的功率P2＝，兩式中從而有如果不閉合開關(guān)S1，開始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，功率降為P2，溫度降到70℃，S2自動(dòng)閉合……溫度只能在70℃【例2】如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當(dāng)a、b端電壓Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃解析：設(shè)電路兩端電壓為U，當(dāng)Uab=0時(shí)，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，當(dāng)Rt=20kΩ時(shí)，t=35℃答案：35六、課堂練習(xí)1．下列設(shè)備控制屬于溫度傳感器的是()A．電熨斗B．電飯鍋C．測(cè)溫儀D．火災(zāi)報(bào)警器2．用遙控器調(diào)換電視頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程，下列屬于這類傳感器的是()A．紅外報(bào)警裝置B．走廊照明燈的聲控裝置C．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器3.某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板．對(duì)著話筒說話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)．在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高4.如圖所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(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)光電三極管接收不到LED發(fā)生的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說法正確的是()A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào)D．以上說法均不正確5．關(guān)于測(cè)溫儀，下列說法中正確的是()A．測(cè)溫用的金屬熱電阻的阻值不能隨溫度的變化而變化B．在非典期間，機(jī)場車站用的測(cè)溫儀非常迅速的測(cè)出的體溫，它是利用了紅外線敏感元件C．熱敏電阻的特點(diǎn)是隨溫度的升高而電阻變小D．各種測(cè)溫材料的電阻，都是隨溫度的變化而發(fā)生明顯變化6．動(dòng)圈式話筒和磁帶錄音機(jī)都應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，甲是話筒原理圖，圖乙是錄音機(jī)的錄音、放音原理圖，由圖可知()A．話筒工作時(shí)磁鐵不動(dòng)，線圈振動(dòng)而產(chǎn)生感生電流B．錄音機(jī)放音時(shí)變化的磁場在靜止的線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電流C．錄音機(jī)放音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場D．錄音機(jī)錄音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場7.如圖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．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()A．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9．關(guān)于電飯鍋的說法正確的是()A．電飯鍋中的溫度傳感器是氧化鐵B．鐵氧體在常溫下具有磁性，溫度升至居里點(diǎn)時(shí)失去鐵磁性C．當(dāng)溫度越過103℃時(shí)，感溫體磁性較強(qiáng)D．用電飯鍋煮飯時(shí)，溫控開關(guān)自動(dòng)斷電后，它不能自動(dòng)復(fù)位10．某樓梯口的電燈開關(guān)裝有傳感器，天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音才能發(fā)光，而白天即使有聲音，電燈也不能發(fā)光，該開關(guān)中有兩種傳感器，它們可能是()A．熱敏電阻和光敏電阻B．金屬熱電阻和光敏電阻C．熱敏電阻和霍爾元件D．光敏電阻和駐極體話筒11．用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時(shí)，傳感器a、b的示數(shù)均為10N(取g＝10m/s2)．(1)若傳感器a的示數(shù)為14N、b的示數(shù)為N，求此時(shí)汽車的加速度大小和方向．(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零？12．有一種測(cè)量壓力的電子秤，其原理圖如圖所示．E是內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為6V的電源．R0是一個(gè)阻值為300Ω的限流電阻．G是由理想電流表改裝成的指針式測(cè)力顯示器．R是一個(gè)壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關(guān)系如下表所示．C是一個(gè)用來保護(hù)顯示器的電容器．秤臺(tái)的重力忽略不計(jì)．試分析：壓力F/N050100150200250300…電阻R/Ω300280260240220200180…(1)利用表中的數(shù)據(jù)寫出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式．(2)若電容器的耐壓值為5V，該電子秤的最大稱量值為多少？(3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度，則該測(cè)力顯示器的刻度是否均勻？參考答案1．ABC2．解析：選A.紅外報(bào)警裝置是傳感器把光信號(hào)(紅外線)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；走廊照明燈的聲控裝置是傳感器把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置是把位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)．3.解析：選D.當(dāng)P、Q間距增大時(shí)，據(jù)平行板電容器公式C＝eq\f(εS,4πkd)知d增大則C減小，選項(xiàng)A錯(cuò)．穩(wěn)定后電容器兩極板間的電壓不變，則據(jù)Q＝CU知C減小U不變，則Q減小，選項(xiàng)B錯(cuò)．電容器兩極板的電荷量減少，產(chǎn)生放電電流，方向從M→N，因此M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的電勢(shì)高，選項(xiàng)C錯(cuò)、選項(xiàng)D正確．4.解析：選C.由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在光電三極管上電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì)．5．BCD6．解析：選ABD.話筒的工作原理是：聲波迫使金屬線圈在磁鐵產(chǎn)生的磁場中振動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，A正確．磁帶在放音時(shí)通過變化的磁場使放音磁頭產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)放大電路后再送到揚(yáng)聲器中，B正確．錄音機(jī)錄音時(shí)，話筒產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)放大電路放大后在錄音機(jī)磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場，D正確．7.解析：選BD.啟動(dòng)時(shí)，由于PTC元件溫度低電阻小，故耗電多，B正確；啟動(dòng)后，隨PTC元件溫度升高，PTC元件電阻增大，通過啟動(dòng)繞組的電流減小，故啟動(dòng)繞組功率是變化的，而運(yùn)行繞組電壓不變，故功率不變，則D正確．9．解析：選BD.電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A錯(cuò)，B選項(xiàng)正確．當(dāng)溫度超過103℃時(shí)，感溫體磁性消失，則選項(xiàng)C錯(cuò)，溫控開關(guān)只能手動(dòng)閉合，故D正確．10．解析：選D.兩種傳感器分別把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所以選項(xiàng)D正確．11．解析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大小．(1)如右圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力F1＝14N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力F2＝N.滑塊所受合力產(chǎn)生加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝eq\f(F1－F2,m)＝eq\f(14－,m/s2＝4m/與F1同方向，即向前(向右)．(2)a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力F1′＝0，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镕2′＝20N．滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得F合＝F2′＝ma2，得：a2＝eq\f(F2′,m)＝－10m/s2，負(fù)號(hào)表示方向向后(向左)．答案：(1)4.0m/s2向右(2)10m/s2向左12．解析：(1)