高考物理重点专题突破(72).pdf

第第 3 3 节节大显身手的传感器大显身手的传感器1 1洗衣机的水位控制是利用压力传感器将水的压力信号转化成电洗衣机的水位控制是利用压力传感器将水的压力信号转化成电信号，实验电路的通断，相当于电路中的开关。信号，实验电路的通断，相当于电路中的开关。2 2自动门是利用红外传感器，人体发出的红外线被传感器接收产自动门是利用红外传感器，人体发出的红外线被传感器接收产生电压输出信号，生电压输出信号，指纹识别器是利用电容式传感器，指纹识别器是利用电容式传感器，传感器表面传感器表面是电容器的一极，是电容器的一极，手指的皮肤是另一极，手指的皮肤是另一极，指纹的脊和谷造成电容指纹的脊和谷造成电容器电容的差异获取指纹信息。器电容的差异获取指纹信息。3 3机器人由机械系统、传感系统、信息处理系统和控制系统组成，机器人由机械系统、传感系统、信息处理系统和控制系统组成，其传感器分为外部传感器和内部传感器。其传感器分为外部传感器和内部传感器。一、洗衣机水位控制装置一、洗衣机水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置使用了压力传感器。全自动洗衣机的水位控制装置使用了压力传感器。当水位达到设定的高度时接通控制电当水位达到设定的高度时接通控制电路关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源。路关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源。二、自动门二、自动门1 1控制自动门开关的是一种红外线传感器。控制自动门开关的是一种红外线传感器。2 2自动门工作流程：自动门工作流程：三、指纹识别器三、指纹识别器指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容器，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容器的电容值也不相同。器，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容器的电容值也不相同。四、传感器与机器人四、传感器与机器人1 1机器人组成机器人组成由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。2 2机器人传感器的分类机器人传感器的分类分为外部传感器和内部传感器。分为外部传感器和内部传感器。3 3传感器用途传感器用途(1)(1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。包括视觉传感器、包括视觉传感器、超超声波传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器等。声波传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器等。(2)(2)内部传感器内部传感器(如角度传感器、关节传感器等如角度传感器、关节传感器等)，用于检测机器人自身的状态。，用于检测机器人自身的状态。1 1自主思考自主思考判一判判一判(1)(1)全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。()(2)(2)自动门应用了红外线传感器。自动门应用了红外线传感器。()2 2合作探究合作探究议一议议一议(1)(1)为什么指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，电容值就不同呢？为什么指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，电容值就不同呢？提示提示：由由 C CSS知，知，当正对面积和介电常数一定时，当正对面积和介电常数一定时，电容与两极间距离是一一对应的，电容与两极间距离是一一对应的，44kdkd距离越大，电容越小，所距离越大，电容越小，所以脊和谷相对于另一个极板的距离不同时，电容值就不同。以脊和谷相对于另一个极板的距离不同时，电容值就不同。(2)(2)机器人有哪些分类？你能说出几种？机器人有哪些分类？你能说出几种？提示：提示：家务型机器人：能帮助人们打理生活，做简单的家务活。家务型机器人：能帮助人们打理生活，做简单的家务活。操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。用于相关自动化系统中。程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。生活中的传感器生活中的传感器1 1洗衣机水位控制原理分析洗衣机水位控制原理分析(1)(1)结构：如图结构：如图(a)(a)所示，所示，1 1 和和 2 2 分别是洗衣机的外筒和内筒，分别是洗衣机的外筒和内筒，3 3 是气室，是气室，4 4 是传感器的膜是传感器的膜盒。气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。盒。气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通。(2)(2)过程：向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内过程：向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起，使传感器的膜片向上凸起，如图如图(b)(b)所示。所示。当筒中水位到达设定的高当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点度时，凸起的膜片使动触点 a a 与静触点与静触点 b b 脱离，并与静触点脱离，并与静触点 c c 接触，从而接通控制电路，关接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。2 2传感器与机器人感觉对应表传感器与机器人感觉对应表感觉感觉视觉视觉所用传感器所用传感器视觉传感器视觉传感器(摄摄像机像机)效果效果使机器人拥有人眼使机器人拥有人眼的视觉功能的视觉功能当前发展水平当前发展水平离自然人的视觉水平离自然人的视觉水平相差甚远相差甚远能理解一些简单的语能理解一些简单的语句，句，不能真正实现人机不能真正实现人机对话对话只能识别有限的几种只能识别有限的几种气体，气体，一般机器人没有一般机器人没有嗅觉嗅觉发展水平较高，发展水平较高，虽不如虽不如人的感觉敏锐，人的感觉敏锐，但能完但能完成大部分要求成大部分要求听觉听觉超声波传感器、超声波传感器、使机器人拥有类似使机器人拥有类似语音识别装置语音识别装置人耳的听觉功能人耳的听觉功能嗅觉嗅觉气体传感器气体传感器使机器人拥有类似使机器人拥有类似人的鼻子的功能人的鼻子的功能使机器人拥有类似使机器人拥有类似人的皮肤和手的功人的皮肤和手的功能能压力传感器、压力传感器、温温触觉触觉度传感器、度传感器、位移位移传感器传感器 特别提醒特别提醒 与当代的传感器相比，与当代的传感器相比，人类的感觉能力好得多，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，例如人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。例如人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。1 1电子秤使用的传感器是电子秤使用的传感器是()A A超声波传感器超声波传感器C C压力传感器压力传感器B B温度传感器温度传感器D D红外线传感器红外线传感器解析：解析：选选 C C电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故 C C 选项正确。选项正确。2 2(2016(2016浙江高考浙江高考)如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为下发射波速为 v v 的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为射和接收的时间间隔。质量为 MM0 0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为测量仪记录的时间间隔为 t t0 0，输出电压为输出电压为 U U0 0，某同学站上测重台，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为测量仪记录的时间间隔为 t t，输出电压为输出电压为 U U，则该同学身高和质量分别为则该同学身高和质量分别为()A Av v(t t0 0t t)，C Cv v(t t0 0t t)，MM0 0U UU U0 0MM0 0(U UU U0 0)U U0 0MM0 01 1B.B.v v(t t0 0t t)，U U2 2U U0 0MM0 01 1D.D.v v(t t0 0t t)，(U UU U0 0)2 2U U0 0解析：解析：选选 D D设人的身高为设人的身高为 x x，质量为，质量为 m m。H Ht t0 0当测重台没有站人时：当测重台没有站人时：v v 2 2H Hx xt t当人站在测重台上时：当人站在测重台上时：v v2 21 1由两式得人的身高由两式得人的身高 x x v v(t t0 0t t)2 2当测重台上没站人时：当测重台上没站人时：MM0 0g gkUkU0 0当人站在测重台上时：当人站在测重台上时：(MM0 0m m)g gkUkUMM0 0由两式得人的质量由两式得人的质量 m m(U UU U0 0)U U0 0可知选项可知选项 D D 正确。正确。3 3类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是法中正确的是()A A是力传感器是力传感器C C是温度传感器是温度传感器B B是光传感器是光传感器D D是声音传感器是声音传感器解析：解析：选选 B B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B B 对，对，A A、C C、D D 错。错。电容传感器原理的理解与应用电容传感器原理的理解与应用1 1如图甲所示是用来测定角度如图甲所示是用来测定角度 的电容传感器。当动片与定片之间的角度的电容传感器。当动片与定片之间的角度 发生变化发生变化时，引起极板正对面积时，引起极板正对面积 S S 的变化，使电容的变化，使电容 C C 发生变化。知道电容发生变化。知道电容 C C 的变化，就可以知道角的变化，就可以知道角度度 的变化情况。的变化情况。2 2如图乙所示是测定液面高度如图乙所示是测定液面高度 h h 的电容传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，的电容传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中。导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介放入导电液体中。导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质。液面高度质。液面高度 h h 发生变化时，引起正对面积发生变化时，引起正对面积 S S 发生变化，使电容发生变化，使电容 C C 发生变化。知道电容发生变化。知道电容 C C的变化，就可以知道液面高度的变化，就可以知道液面高度 h h 的变化情况。的变化情况。3 3 如图丙所示是测定压力如图丙所示是测定压力 F F 的电容传感器。的电容传感器。待测压力待测压力 F F 作用于可动膜片电极上的时候，作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，膜片发生形变，使极板间距离使极板间距离 d d 发生变化，发生变化，引起电容引起电容 C C 的变化。的变化。知道电容知道电容 C C 的变化，的变化，就可以就可以知道压力知道压力 F F 的变化情况。的变化情况。4 4如图丁所示是测定位移如图丁所示是测定位移 s s 的电容传感器。随着电介质进入极板间的长度发生变化，的电容传感器。随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容电容 C C 发生变化。知道电容发生变化。知道电容 C C 的变化，就可以知道位移的变化，就可以知道位移 s s 的变化情况。的变化情况。1 1电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示。电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示。Q Q 是绝缘支架，薄金属膜片是绝缘支架，薄金属膜片 MM 和固定电极和固定电极 N N 形成一个电容器，被直形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片流电源充电，当声波使膜片 MM 振动时，电容发生变化，电路中形成振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当膜片变化的电流。当膜片 MM 向右运动的过程中有向右运动的过程中有()A A电容不变电容不变B B电容变小电容变小C C导线导线 ABAB 中有向左的电流中有向左的电流D D导线导线 ABAB 中有向右的电流中有向右的电流解析：解析：选选 C C膜片膜片 MM 向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大。电荷量向右运动时，电容器两极板间的距离减小，电容变大。电荷量 Q QCUCU 变大，电源要继续给电容器充电，所以导线变大，电源要继续给电容器充电，所以导线 ABAB 中的电流由中的电流由 B B 流向流向 A A。2.2.如图所示为一测液面高低的传感器示意图，如图所示为一测液面高低的传感器示意图，A A 为固定的导体芯，为固定的导体芯，B B为导体芯外面的一层绝缘物质，为导体芯外面的一层绝缘物质，C C 为导电液体，为导电液体，把传感器接到图示的电路把传感器接到图示的电路中，中，已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同，已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同，如果发现指针正向右如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度偏转，则导电液体的深度 h h 变化为变化为()A Ah h 正在增大正在增大C Ch h 不变不变B Bh h 正在减小正在减小D D无法确定无法确定解析：解析：选选 B B由电源极性及电流方向可知，由电源极性及电流方向可知，A A、B B、C C 构成的电容器上的电荷量正在减小，构成的电容器上的电荷量正在减小，由由 Q QCUCU 可知可知 C C 减小，则正对面积减小，即减小，则正对面积减小，即 h h 在减小，故在减小，故 B B 正确。正确。