物理高中人教版選修3-2學(xué)案6-2傳感器的應(yīng)用Word版含解析

第六章傳感器2傳感器的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道傳感器應(yīng)用的一般模式.2.知道力傳感器在電子秤上的應(yīng)用.3.知道溫度傳感器在電熨斗、電飯鍋上的應(yīng)用.4.知道傳感器在火災(zāi)報警中的應(yīng)用.自主探究1.常用的力傳感器是由和應(yīng)變片組成的.應(yīng)變片是一種元件,現(xiàn)在多用材料制成.

2.電熨斗中的雙金屬片溫度傳感器的作用是,雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)下層金屬.

3.電飯鍋中的溫度傳感器的主要元件是.它的特點是常溫下具有鐵磁性,溫度上升到約為時,就失去了鐵磁性.

4.煙霧散射式火災(zāi)報警器是利用來工作的.

合作探究一、力傳感器的應(yīng)用——電子秤思考討論:(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)力傳感器的工作原理是什么?(3)應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量?二、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗活動體驗:取一個報廢的日光燈啟動器,去掉外殼,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一個U形的雙金屬片,雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲,兩者構(gòu)成一對觸點.常溫下觸點是分離的.用火焰靠近雙金屬片,可以看到雙金屬片的形狀發(fā)生變化,與金屬絲接觸;把火焰移開,雙金屬絲逐漸恢復(fù)原狀,兩個觸點分離.把這個啟動器用作溫控開關(guān),可以控制小燈泡的亮和滅.思考討論:電熨斗在達(dá)到設(shè)定的溫度后就不再升溫,當(dāng)溫度降低時又會繼續(xù)加熱,使它總與設(shè)定的溫度相差不多.在熨燙不同的織物時,設(shè)定的溫度可以不同.進(jìn)行這樣的控制,靠的是溫度傳感器.觀察電熨斗的結(jié)構(gòu)圖,思考下列問題.(1)常溫下,電熨斗的上、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?(2)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)溫旋鈕來實現(xiàn)的?三、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋活動體驗:取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體,使它與一塊小的永磁體吸在一起.用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱,經(jīng)過一段時間后會與永磁體分開.思考討論:觀察電飯鍋的結(jié)構(gòu)示意圖,思考下列問題.(1)開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕?手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài)?為什么?(2)煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度?為什么?(3)飯煮熟后,水分被大米吸收,鍋底的溫度會有什么變化?這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作?(4)如果用電飯鍋燒水,能否在水沸騰后自動斷電?四、光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器思考討論:閱讀課本P59“光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器”的內(nèi)容,思考并回答問題.(1)煙霧散射式火災(zāi)報警器的組成有哪些?(2)煙霧散射式火災(zāi)報警器的工作原理是什么?課堂檢測1.用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程,實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程.下列屬于這類傳感器的是()A.紅外報警裝置 B.走廊照明燈的聲控開關(guān)C.自動洗衣機(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2.下列關(guān)于電熨斗的說法正確的是()A.電熨斗能自動控制溫度主要利用了雙金屬片,兩片金屬的膨脹系數(shù)相同B.常溫下,上下觸點是接觸的;溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲,使上下觸點分離C.需要較高溫度熨燙時,要調(diào)節(jié)溫度旋鈕,使升降螺釘下移并推動彈性銅片下移D.電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料3.關(guān)于電飯鍋的說法正確的是()A.電飯鍋中的溫度傳感器的主要元件是氧化鐵B.感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性,溫度很高時失去鐵磁性C.用電飯鍋燒水,水開時能自動斷電D.用電飯鍋煮飯時,若溫控開關(guān)自動斷電后,它不能自動復(fù)位4.如圖所示,M是型理想變壓器,接線柱a、b接在電壓u=311sin314t(V)的正弦式交流電源上,變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖,其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器,電流表A2為值班室的顯示器,顯示通過R1的電流,電壓表V2顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出),R3為一定值電阻.當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時,以下說法中正確的是()A.A1的示數(shù)不變,A2的示數(shù)增大B.A1的示數(shù)增大,A2的示數(shù)減小C.V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)減小D.V1的示數(shù)增大,V2的示數(shù)增大5.如圖是自動調(diào)溫式電熨斗,下列說法正確的是()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(xiàn)要求60℃斷開電源,應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下調(diào)一些D.由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài),應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些6.在家用電熱滅蚊器中,電熱部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其電阻率ρ隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示,由于這種特性,PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.對此,以下判斷正確的是()①通電后,其電功率先增大,后減?、谕姾?其電功率先減小,后增大③當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時,溫度保持在t1不變④當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時,溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A.①③ B.②③ C.②④ D.①④7.電子打火機(jī)的點火原理是壓電效應(yīng),壓電片在受壓時會在兩側(cè)形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比.現(xiàn)有一利用壓電效應(yīng)制造的電梯加速度傳感器,如圖所示.壓電片安裝在電梯地板下,電壓表與壓電片構(gòu)成閉合回路用來測量壓電片兩側(cè)形成的電壓,若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,下列說法正確的是()A.電梯一定加速上升 B.電梯一定減速下降C.電梯加速度一定向上 D.電梯加速度一定向下8.電容式話筒的保真度比動圈式話筒好,其工作原理如圖所示,Q是絕緣支架,薄金屬膜片M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電,當(dāng)聲波使膜片M振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流.當(dāng)膜片M向右運動的過程中有()A.電容變大B.電容變小C.導(dǎo)線AB中有向左的電流D.導(dǎo)線AB中有向右的電流9.如圖所示,“神舟九號”飛船發(fā)射升空時,火箭內(nèi)測試儀臺上放一個壓力傳感器,傳感器上面壓一質(zhì)量為M的物體,火箭點火后從地面加速升空,當(dāng)升到某一高度時,加速度為a=g2,壓力傳感器此時顯示物體對平臺的壓力為點火前壓力的1716,已知地球的半徑為R,g為地面附近的重力加速度,則此時火箭離地面的高度為10.如圖所示是一種自動控制水溫的裝置,加熱電路的兩個端點P、Q應(yīng)接在觸頭a、b之間還是c、d之間?熱敏電阻兩端M、N應(yīng)接在哪兩個觸頭之間?11.光電管在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用,街道的自動控制路燈就是其應(yīng)用之一,如圖所示為其模擬電路,其中A為光電管,B為電磁繼電器,C為照明電路,D為路燈,試簡述其工作原理.12.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻變速直線運動的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個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質(zhì)量為2.0kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動,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)將該裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時,傳感器a、b的示數(shù)均為10N.(g取10m/s2)(1)若傳感器a的示數(shù)為14.0N,b的示數(shù)為6.0N,求此時汽車的加速度大小和方向;(2)當(dāng)傳感器a的示數(shù)為零時,求此時車的加速度大小和方向.參考答案自主探究1.金屬梁敏感半導(dǎo)體2.控制電路的通斷大于3.感溫鐵氧體103℃4.煙霧對光的散射合作探究一、力傳感器的應(yīng)用——電子秤(1)測力裝置是力傳感器,力傳感器是由金屬梁和應(yīng)變片組成的.(2)力傳感器的工作原理: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(yīng)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(yīng)變片的電阻變大,下表面的電阻變小.力F越大,彎曲形變越大,應(yīng)變片的電阻變化就越大.如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定,那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大,下面應(yīng)變片兩端的電壓變小.傳感器把這兩個電壓的差值輸出.力F越大,輸出的電壓差值也就越大.(3)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.二、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗(1)常溫下,電熨斗的上、下觸點應(yīng)是接觸的,但溫度過高時,由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同,上部金屬片膨脹大,下部金屬片膨脹小,則雙金屬片向下彎曲,使觸點分離,從而切斷電源,停止加熱.溫度降低后,雙金屬片恢復(fù)原狀,重新接通電路加熱,這樣循環(huán)進(jìn)行,起到自動控制溫度的作用.(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度,此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺釘,升降螺釘帶動彈性銅片升降,從而改變觸點接觸的難易,達(dá)到控制在不同溫度的目的.三、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋(1)按下開關(guān),電熱板電源的開關(guān)閉合,電熱板開始加熱.手松開后,由于永磁體吸引感溫磁體,因此開關(guān)按鈕不會恢復(fù)到圖示狀態(tài).(2)煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)大致保持在100℃的溫度,因為里面還有水,沸騰后溫度不能再上升.(3)飯熟后,水分被大米吸收,鍋底的溫度會上升到103℃左右,致使感溫磁體的磁性消失,彈簧開關(guān)自動彈起使電熱板斷電.(4)如果用電飯鍋燒水,水沸騰后鍋內(nèi)大致保持在100℃的溫度,不會自動斷電.四、光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器(1)煙霧散射式火災(zāi)報警器由發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板組成.(2)煙霧散射式火災(zāi)報警器的工作原理:煙霧進(jìn)入罩內(nèi)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.課堂檢測1.A解析:紅外報警裝置正是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件.2.BC解析:電熨斗中裝有雙金屬片傳感器,且上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層,故A項錯;常溫下,上下觸點是接觸的;溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點分離;需要較高溫度熨燙時,要調(diào)節(jié)溫度旋鈕,使升降螺釘下移并推動彈性銅片下移,故B、C兩項正確.3.BD解析:電飯鍋中的溫度傳感器的主要元件是感溫鐵氧體,它是由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的.其特點是常溫下具有鐵磁性,能夠被磁體吸引,溫度達(dá)到約103℃,失去鐵磁性.水沸騰后,由于鍋內(nèi)保持100℃不變,故感溫鐵氧體仍與永磁體相吸,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103℃時,感溫鐵氧體失去鐵磁性,在彈簧作用下,永磁體被彈開,觸點分離,它不能自動復(fù)位,切斷電源,從而停止加熱.4.BC解析:U1為交變電壓u的有效值,故恒定.當(dāng)傳感器R2處出現(xiàn)火警時,R2的電阻減小,副線圈兩端電壓U副恒定,R2減小時,總電流I3增大,則U3增大,由U1I1=U副I3可知,I1增大,因U2=U副-U3,故U2減小,I2減小,B、C兩項正確.5.ABD解析:常溫工作時,上下觸點是接觸的;當(dāng)溫度升高時,上層金屬片形變大,向下彎曲,切斷電源;原來溫度控制在80℃斷開電源,現(xiàn)要求60℃斷開,應(yīng)使調(diào)溫旋鈕上調(diào)一些;熨燙棉麻衣物時,溫度要升高,則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些,A、B、D三項正確.6.D解析:當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中,電阻器的電阻率ρ隨溫度升高而減小,其電阻R隨之減小,由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變,滅蚊器的熱功率P隨之增大,當(dāng)t=t1時,P=P1達(dá)到最大.當(dāng)溫度由t1升高到t2的過程中,ρ增大,R增大,P減小;而溫度越高,其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大,高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P'也就越大;因此在這之間的某一溫度t3會有P=P3=P',即電熱功率P減小到等于散熱功率時,即達(dá)到保溫;當(dāng)t<t3時,P>P',使溫度自動升高到t3;當(dāng)t>t3時,P<P',使溫度自動降為t3,實現(xiàn)自動保溫.7.C解析:電壓表示數(shù)增大說明人對地板的壓力變大,對人受力分析知,地板對人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以電梯可能向上加速,也可能向下減速.8.AC解析:當(dāng)聲波使膜片M向右運動時,電容器極板間距減小,電容變大,電荷量Q=UC變大,電源要繼續(xù)給電容器充電,所以導(dǎo)線AB中有向左的電流,故A、C兩項正確.9.解析:設(shè)此時火箭升空的高度為h,此處的重力加速度為g',則有F-Mg'=Ma,由萬有引力定律得(R+h)2g'=R2g,又F=1716Mg由以上解得h=R3答案:R10.解析:P、Q應(yīng)該分別接到觸頭a、b之間.同時,M、N應(yīng)該分別接e、f,其工作原理是:當(dāng)水溫升高時,熱敏電阻阻值減小,電磁鐵中電流增大,吸引力增大,使銜鐵被吸下,a、b斷開,使加熱裝置停止加熱;當(dāng)水溫降低到一定程度時,熱敏電阻溫度降低,電磁鐵中電流減小,吸引力減小,銜鐵被彈簧拉上去,使a、b之間連接,加熱裝置開始加熱,從而實現(xiàn)水溫控制.答案:P、Q應(yīng)該分別接在觸頭a、b之間M、N應(yīng)分別接e、f11.解析:開關(guān)合上后,白天,光電管在可見光照射下有電子逸出,從光電管陰極逸出的電子被加速到達(dá)陽極,使電路接通,電磁鐵中的強(qiáng)電流產(chǎn)生的磁場將銜鐵吸住,照明電路斷開,燈泡不亮.夜晚,光電管無光照射就無電子逸出,電路斷開,電磁鐵中無電流通過,彈簧將銜鐵拉下,照明電路接通,這樣就達(dá)到日出路燈熄、日落路燈亮的效果.答案:見解析12.解析:傳感器上顯示出的力的大小,即彈簧對傳感器的壓力,據(jù)牛頓第三定律知,此即為彈簧上的彈力大小,即該彈簧對滑塊的彈力