传感器新人教版选修32.pptx

第六章传感器6.1传感器及其工作原理教学目标教学目标 n1.知识与技能：知识与技能：知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验，知道常见传感器的工作原理；初步探究利用和设计简单的传感器.n2.过程与方法：过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力.n3.情感态度与价值观：情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣.n教学重、难点教学重、难点 n1.几种常见传感器的工作原理（演示实验）；2.学生自己设计简单的传感器.盒子里面有盒子里面有什么装置什么装置?演示实验：演示实验：小小盒盒子子的的侧侧面面露露出出一一个个小小灯灯泡泡，盒盒外外没没有有开开关关，但但是是把把磁磁铁铁放放到到盒盒子子上上面面，灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。原理原理：当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以而接通，所以干簧管干簧管能起到能起到开关开关的作用！的作用！磁信号磁信号 电路的通断电路的通断声信号声信号 电信号电信号声音的转换声音的转换阅读教材第阅读教材第52页页2、3段，思考：段，思考：（1）什么是传感器？）什么是传感器？（2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？一、传感器一、传感器1、定义：、定义：传感器传感器是把是把非电学量非电学量(如位移、速如位移、速度、力、磁感应强度、温度、光、声等度、力、磁感应强度、温度、光、声等)按一定的规按一定的规律律转换为转换为电学量电学量(如电压、电流、电阻、电如电压、电流、电阻、电容等容等)的的元器件元器件.非非电电学学量量 电电 学学 量量 传传感感器器2、工作原理：、工作原理：非非电电学学量量敏敏感感元元件件转转换换电电路路电电学学量量传感传感器器3、特点（优点）：、特点（优点）：易易感知、感知、易易测量、测量、易易控制控制各种传感器各种传感器温温度度传传感感器器火火灾灾报报警警器器酒酒精精测测试试仪仪阅读教材阅读教材53页的内容，思考问题：页的内容，思考问题：（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？）光敏电阻的电阻率与什么有关？（2）光光敏敏电电阻阻受受到到光光照照时时会会发发生生什什么么变化？怎样解释？变化？怎样解释？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？么量？二、敏感元件二、敏感元件1、光敏电阻、光敏电阻二、敏感元件二、敏感元件1、光敏电阻、光敏电阻实物图实物图光照情况光照情况受光表面暴露受光表面暴露受光表面遮住受光表面遮住电阻阻值电阻阻值电阻小电阻小电阻大电阻大光学量光学量电阻电阻生活中哪些地方用到光敏电阻生活中哪些地方用到光敏电阻n例例1.如图所示，如图所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L是小灯泡，是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射为光敏电阻，当照射光强度增大时，（光强度增大时，（）A电压表的示数增大电压表的示数增大 BR2中电流减小中电流减小 C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大电路的路端电压增大返回返回ABC例例2.如如图图613所所示示为为光光敏敏电电阻阻自自动动计计数数器器的的示示意意图图，其其中中R1为为光光敏敏电电阻阻，R2为为定定值值电电阻阻此此光光电电计数器的基本工作原理是计数器的基本工作原理是（）A当有光照射当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压B当有光照射当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次AR1R2信号处理系统BD阅读教材阅读教材54页有关内容，思考问题：页有关内容，思考问题：（1）金金属属导导体体与与半半导导体体材材料料的的导导电电性性能与温度的变化关系是否相同？能与温度的变化关系是否相同？（2）热热敏敏电电阻阻和和金金属属热热电电阻阻各各有有哪哪些些优缺点？优缺点？（3）热热敏敏电电阻阻和和金金属属热热电电阻阻能能够够将将什什么量转化为什么量？么量转化为什么量？二、敏感元件二、敏感元件2、热敏电阻、热敏电阻2、热敏电阻、热敏电阻金属热电阻：金属热电阻：规律：规律：电阻随温度的升高而增大。电阻随温度的升高而增大。热敏电阻：热敏电阻：规律：规律：电阻随温度的升高而减小。电阻随温度的升高而减小。温度温度电阻电阻生活中哪些地方用到热敏电阻生活中哪些地方用到热敏电阻?例例3、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（说法正确的是（）ABA.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻一定是定值电阻AC例例4：如图是一火警报警的一部分电路示意图。：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警之间接报警器。当传感器器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器所在处出现火情时，显示器的电流的电流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U的变化情况是的变化情况是（）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabErB解析解析：当：当R2处出现火情时，该处温度升高。处出现火情时，该处温度升高。R2 为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，由全电路的欧姆定律可知，路端电压减小，由全电路的欧姆定律可知，路端电压减小，该电阻两端电压减小，故该电阻两端电压减小，故R3两端电压减小，两端电压减小，所以电流表示数减小。即所以电流表示数减小。即U减小，减小，I减小。减小。提示提示：掌握各种元件的特性和闭合：掌握各种元件的特性和闭合电路的动态分析是解题的关键电路的动态分析是解题的关键R1R2R3AabEr3、霍尔元件、霍尔元件NMFBEIUH那端是正极？霍尔电压：霍尔电压：一个霍尔元件的一个霍尔元件的d、k为定值，为定值，再保持再保持I恒定，则恒定，则UH的变化就的变化就与与B成正比。成正比。磁感应强度磁感应强度电压电压4、电容、电容器器（1）测定角度）测定角度：（2）测定液面高度）测定液面高度h：（3）测定压力）测定压力F：（4）测定位移）测定位移x：定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质力学量力学量电容电容待测压力待测压力F固定电极固定电极膜片电膜片电极极例例5传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏敏电电流流计计和电源串联接成闭合电路，那么（和电源串联接成闭合电路，那么（）A当当F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B当当F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F发生变化发生变化D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F不发生变化不发生变化 BC1、传感器：、传感器：2）原理：）原理：2、敏感元件：、敏感元件：（1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器光电传感器）（2）热敏电阻热敏电阻 （温度传感器温度传感器）（3）霍尔元件霍尔元件 （磁传感器磁传感器）（4）电容器电容器 （位移传感器位移传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量非电学量非电学量 电学量电学量1）概念：）概念：转换为转换为光学量光学量光学量光学量 电阻电阻电阻电阻温度温度温度温度 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 电压电压电压电压力学量力学量力学量力学量 电容电容电容电容设计题设计题：用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、学生电源、继灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、学生电源、继电器、滑动变阻器、定值电阻、开关、导线。（如有需电器、滑动变阻器、定值电阻、开关、导线。（如有需要可以自行添加所需器材）要可以自行添加所需器材）ecab220V6.2传感器的应用（一）教学目标教学目标n（一）知识与技能（一）知识与技能n1了解力传感器在电子秤上的应用。n2了解声传感器在话筒上的应用。n3了解温度传感器在电熨斗上的应用。n（二）过程与方法（二）过程与方法n通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。n（三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观n在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。n教学重点教学重点n各种传感器的应用原理及结构。n教学难点教学难点n各种传感器的应用原理及结构。n教学方法教学方法n实验法、观察法、讨论法。n教学工具教学工具n驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，日光灯起动器（若干）6.2 6.2 传感器的应用传感器的应用（一）（一）传感器应用的一般模式：传感器应用的一般模式：一一.力电传感器的应用力电传感器的应用电子秤电子秤（1 1）电子秤使用的测力装置是什么？）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？它是由什么元件组成的？应变片能够把物体应变片能够把物体形变形变这个这个力学量力学量转化为转化为电压电压这个这个电学量电学量（3 3）应变片能够把什么力学量转）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？化为什么电学量？（2 2）简述力传感器的工作原理。）简述力传感器的工作原理。练习练习.关于电子秤中应变式力传感器的关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是说法正确的是（）A.A.应变片是由多用半导体材料制成应变片是由多用半导体材料制成B.B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小大；反之，变小C.C.传感器输出的是应变片上的电压传感器输出的是应变片上的电压D.D.外力越大，输出的电压差值也越大外力越大，输出的电压差值也越大A B D二二.声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒 声电传感器是指将声音信号转换为电声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器信号的一类传感器 常见的电容式话筒和动圈式话筒都常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。是声电传感器。动圈式话筒的工作原理动圈式话筒的工作原理 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。电磁感应现象电磁感应现象 电容式话筒的工作原理电容式话筒的工作原理 利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜MM和固定电极和固定电极NN形成一个电容器，被直流电源充电当形成一个电容器，被直流电源充电当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻的电流，于是电阻R R两端就输出了与声音变化规律相两端就输出了与声音变化规律相同的电压优点：保真度好。同的电压优点：保真度好。驻极体话筒的工作原理驻极体话筒的工作原理 驻极体话筒的原理同电容式话筒，驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜优点：体积小，重量轻，价格薄膜优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。便宜，灵敏度高，工作电压低。练习：（练习：（20032003上海试题）唱卡拉上海试题）唱卡拉OKOK用的话筒，内有用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是信号转变为电信号。下列说法正确的是 ()A A 该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B金属金属板板金属金属膜膜振动振动膜膜外电外电路路图5练习：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容练习：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（原因可能是容器两板间的（）（A A）距离变化）距离变化 （B B）正对面积变化）正对面积变化（C C）介质变化）介质变化 （D D）电压变化）电压变化A三温度传感器的应用三温度传感器的应用电熨斗电熨斗 电熨斗电熨斗双金属片温度传感器的作用双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断控制电路的通断.P P6363思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论：（1 1）常温下，上、下触点应是接触的还是）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？作用？（2 2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？现的？（1 1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用（2 2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的难易，达到控制在不同温度的目的课本课本P P6464问题与练习问题与练习1 1、（、（1 1）冰箱内温度较高时，密）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒膜盒3 3通过小柱体带动弹簧片通过小柱体带动弹簧片4 4，使动触点使动触点5 5与静触点与静触点6 6接触，控制接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片设定的低温时拉簧带动弹簧片4 4将触点将触点5 5、6 6断开，使压缩机停止断开，使压缩机停止工作工作（2 2）凸轮逆时针转动会加大连杆）凸轮逆时针转动会加大连杆9 9对弹簧对弹簧7 7的拉力，的拉力，该拉力与弹性膜盒该拉力与弹性膜盒3 3共同控制弹簧片共同控制弹簧片4 4的运动，故弹的运动，故弹簧簧7 7上弹力的变化会改变设定的温度上弹力的变化会改变设定的温度课本课本P P6464问题与练习问题与练习2 2该同学设计的电路在原理上可该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片行，当滑动片P P在滑动变阻器中央在滑动变阻器中央时时P P、QQ等势，电压表指针指中央等势，电压表指针指中央零点零点 这个装置可以同时测出加速这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定转方向判定 当物体具有图示方向的加速度当物体具有图示方向的加速度a a时，滑块向左移，时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则势降落大，则QQ点电势高于点电势高于P P点，则指针应向零点左点，则指针应向零点左侧偏转侧偏转课本课本P P6464问题与练习问题与练习（1 1）A A、B B端端（2 2）由图甲知，）由图甲知，t=t=100100时时R=R=5050，则继，则继电器电路中电流在电器电路中电流在100100时，其中为继电时，其中为继电器的电阻。器的电阻。代入数据解得，代入数据解得，练习、练习、如图所示是一种热敏电阻（如图所示是一种热敏电阻（PTCPTC元件）的电元件）的电阻阻R R随温度随温度t t变化的关系图线，这种元件具有发热、控变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度如果将该元件接到加温并控制温度如果将该元件接到220V220V恒定电压下恒定电压下，则，则A A通电后，其电功率先增大后减小通电后，其电功率先增大后减小B B通电后，其电功率先减小后增大通电后，其电功率先减小后增大C C当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1不不变变D D当其发热功率等于散热功率时，温度保持在当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t t1 1 到到t t2 2之间的某一值不变之间的某一值不变t/Rt2t1AD 练练习习、（20032003上上海海考考题题）演演示示位位移移传传感感器器的的工工作作原原理理如如右右图图示示，物物体体MM在在导导轨轨上上平平移移时时，带带动动滑滑动动变变阻阻器器的的金金属属滑滑杆杆p p，通通过过电电压压表表显显示示的的数数据据，来来反反映映物物体体位位移移的的大大小小x x。假假设设电电压压表表是是理理想想的的，则则下下列列说说法正确的是法正确的是 ()()A.A.物体物体MM运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B.B.物体物体MM运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C.C.物体物体MM不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D.D.物体物体MM不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为mm的滑块，滑的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为块的两侧分别与劲度系数均为k k的弹簧相连，两弹簧的另一端与的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度自然长度。滑块上有指。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离OO点的距离为点的距离为S S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （）A.A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/mk S/m B B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/mk S/m C C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m 2k S/m D.D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/m2k S/m01010UPD(2)(2)若若电电位位器器（可可变变电电阻阻）总总长长度度为为L L，其其电电阻阻均均匀匀，两两端端接接在在稳稳压压电电源源U U0 0上上，当当导导弹弹以以加加速速度度a a沿沿水水平平方方向向运运动动时时，与与滑滑块块连连接接的的滑滑动动片片P P产产生生位位移移，此此时时可可输输出出一一个个电电信信号号U U，作作为为导导弹弹惯惯性性制制导导系系统统的的信信息息源源，为为控控制制导导弹弹运运动动状状态态输输入入信信息息，试试写写出出U U与与a a 的函数关系式。的函数关系式。01010UPU0解解：a=2kx/m x=ma/2kU=U0 Rx/R=U0 x/L=maU0/2kL=mU0 a/2kLa练习练习:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。其结构如图所示。当系统绕轴当系统绕轴OOOO转动时，元件转动时，元件A A发生位移并输出相应的电压信发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A A的质量为的质量为mm，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k k、自然长度为、自然长度为l l，电源的电动势为，电源的电动势为E E、内阻、内阻不计。滑动变阻器总长也为不计。滑动变阻器总长也为l l ，电阻分布均匀，系统静止时，电阻分布均匀，系统静止时P P在在B B点，当系统以角速度点，当系统以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U U与与的函数的函数式。式。A S PCBOO输出电压输出电压U解解：设弹簧伸长：设弹簧伸长x,x,则则 kx=m 2(l+x)x=m 2 l (k-m 2)设滑动变阻器单位长度设滑动变阻器单位长度 的电阻为的电阻为r r1 1 U=IRx=Exr1/l r1=Ex/l U=Em 2(k-m 2)练习、练习、用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为一个质量为2.0 kg2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器压在传感器a a、b b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b b在前，在前，传感器传感器a a在后汽车静止时，传感器在后汽车静止时，传感器a a、b b在的示数均为在的示数均为 10 N10 N（取（取g=g=10 m10 ms s2 2）（1 1）若传感器）若传感器a a的示数为的示数为 14 N14 N、b b的示数为的示数为6.0 N6.0 N，求此时汽车的，求此时汽车的加速度大小和方向加速度大小和方向（2 2）当汽车以怎样的加速度）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器运动时，传感器a a的示数为零的示数为零解：（解：（1 1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F F1 1=14N=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F F2 2=6.0 N=6.0 N滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度a a1 1，根据牛，根据牛 顿第二定律有顿第二定律有 得得 a=4 m/sa=4 m/s2 2 a a1 1与与F F1 1同方向，即向前（向右）同方向，即向前（向右）（2 2）a a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F F1 1/=0=0，因两，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为弹簧的弹力变为F F2 2/=20N=20N。滑块所受合力产生加速度，由。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，牛顿第二定律得，a a2 2=10m/s=10m/s2 2，方向向左，方向向左 练练习习：将将金金属属块块mm用用压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧卡卡在在一一个个矩矩形形的的箱箱中中，如如图图所所示示，在在箱箱的的上上顶顶板板和和下下底底板板装装有有压压力力传传感感器器，箱箱可可以以沿沿竖竖直直轨轨道道运运动动。当当箱箱以以a a=2.0=2.0 m/sm/s2 2的的加加速速度度竖竖直直向向上上做做匀匀减减速速运运动动时时，上上顶顶板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为6.0N6.0N，下下底底板板的的传传感感器器显显示示的的压力为压力为10.0N10.0N。(取取g g=10 m/s=10 m/s2 2)(1)(1)若上顶板传感器的示数是下底板若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，传感器的示数的一半，试判断箱的运试判断箱的运动情况。动情况。(2)(2)要使上顶板传感器的示数为零要使上顶板传感器的示数为零,箱箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m原来原来（1）（2）解：解：m向上做匀减速向上做匀减速运动运动a a向下向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上顶板示数是下上顶板示数是下底板示数的底板示数的1/21/2弹簧长度不变弹簧长度不变F=10N F2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动静止或匀速运动上顶板示数为零，上顶板示数为零，则弹簧变短，则弹簧变短，F10N F3=0Fmga3F mg=ma3a3 10m/s2向上加速或向向上加速或向下减速，加速下减速，加速度度a 10m/s2。03年上海高考年上海高考18、图图1 1为为某某一一热热敏敏电电阻阻R(R(电电阻阻值值随随温温度度的的改改变变而而改变，且对温度很敏感改变，且对温度很敏感)的的I I-U U关系曲线图。关系曲线图。为为了了通通过过测测量量得得到到图图1 1所所示示I I-U U关关系系的的完完整整曲曲线线，在在图图2 2和和图图3 3两两个电路中应选择的是图个电路中应选择的是图 ；简要说明理由：；简要说明理由：。（电电源源电电动动势势为为9V9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-1000-100）在在图图4 4电电路路中中，电电源源电电压压恒恒为为9V9V，电电流流表表读读数数为为70mA70mA，定定值值电电阻阻R R1 1=250=250。由由热热敏敏电电阻阻的的I I-U U关关系系曲曲线线可可知知，热热敏敏电电阻阻两两端端的电压为的电压为_V_V；电阻；电阻R R2 2的阻值为的阻值为 。举出一个可以应用热敏电阻的例子：举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。2电压可从电压可从0V0V调到所需电压，调节范围较大调到所需电压，调节范围较大 解解:I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA 由图由图1得得 UR=5.2V 5.2 R2=(9-5.2)/0.034=111.8 111.6112.0 热敏温度计热敏温度计 VA图图2VA图图3I/mAU/V1 2 3 4 5 6 7500图图110203040AR1R2热热敏敏电电阻阻图图4R9V 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。开关、导线。ecab解：光敏电阻受到光照射时电阻变小解：光敏电阻受到光照射时电阻变小 ，将光敏电阻、小灯，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a a、b b端，如图示：端，如图示：将交流电源与路灯接入将交流电源与路灯接入c c、e e之间。之间。220V 光暗时光敏电阻值大，光暗时光敏电阻值大，abab间间电流小，磁性弱，电流小，磁性弱，cece处于闭处于闭合，灯亮。合，灯亮。光亮时，光敏电阻值小，光亮时，光敏电阻值小，abab间电流大，磁性强，吸住间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路衔铁，电路cece处断开，灯灭。处断开，灯灭。6.3传感器的应用（二）教学目标教学目标 n1知识与技能：知识与技能：n（1）理解温度传感器的应用电饭锅的工作原理。（2）理解温度传感器的应用测温仪的工作原理。(3)理解光电传感器的应用鼠标器的工作原理（4）理解光电传感器的应用火灾报警器的工作原理。n2过程与方法：过程与方法：n（1）通过对电饭锅的构造和原理的探究以及测温仪的了解，进一步地深入认识温度传感器的应用n（2）通过对鼠标器以及火灾报警器的原理的探究，认识光传感器的应用。n3情感、态度与价值观n培养学生的学习兴趣，激发创造的欲望。n【教学重点教学重点】n温度、光传感器的应用原理及结构。n【教学难点教学难点】n温度、光传感器的应用原理及结构。n【教学方法教学方法】nPPT课件，演示实验，讲授n【教学用具教学用具】n电饭锅，鼠标器，烟雾式火灾报警器 6.3 传感器的应用传感器的应用（二）（二）一、温度传感器的应用一、温度传感器的应用-电饭锅电饭锅1 1、感温铁氧体的特点：感温铁氧体的特点：常温下具有常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约度上升到约1031030 0C C时，就失去了铁时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为该材料的这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度居里温度”或或“居里点居里点”。思考：思考：温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，感温铁氧体与磁铁分离。感温铁氧体与磁铁分离。2 2、电饭锅的原理、电饭锅的原理（1 1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。复到图示状态。（2 2）水沸腾后，锅内大致保持）水沸腾后，锅内大致保持100100不变。不变。（3 3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至高，当温度升至“居里点居里点103103”时，感温时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热（4 4）如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保）如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持持100100不变，温度低于不变，温度低于“居里点居里点103103”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到度升高到103103才能自动断电。才能自动断电。二、温度传感器的应用二、温度传感器的应用-测温仪测温仪阅读教材，思考并回答下列问题：阅读教材，思考并回答下列问题：（1 1）温度传感器测温仪有何优点？）温度传感器测温仪有何优点？可以远距离读取温度的数值因为温度可以远距离读取温度的数值因为温度信号变成电信号后可以远距离传输信号变成电信号后可以远距离传输（2 2）常见的测温元件有哪些？）常见的测温元件有哪些？热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等线敏感元件等热电偶：将两种不同材料的导体或半导体热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A A和和B B焊接起来，构成焊接起来，构成一个闭合回路，当导体一个闭合回路，当导体A A和和B B的两个焊接点的两个焊接点1 1和和2 2之间存在温差时，之间存在温差时，两者之间便产生电动势两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流因而在回路中形成一定大小的电流,这种这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。三、光传感器的应用三、光传感器的应用鼠标器鼠标器1 1、机械鼠标器的主要构造图、机械鼠标器的主要构造图2 2、工作原理：当鼠标在桌面上滚动时，滚球的运动通过滚轴、工作原理：当鼠标在桌面上滚动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计出相应的电脉冲信号。计算机分别统计X X、y y两个方向的脉冲信两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管 三、光传感器的应用三、光传感器的应用火灾报警器火灾报警器1 1、结构图、结构图2 2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到到LEDLED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。小小 结结1 1、温度温度传感器传感器 的应用的应用（1 1）电饭锅电饭锅（2 2）测温仪测温仪2 2、光光传感器传感器 的应用的应用（1 1）鼠标器鼠标器（2 2）火灾报警器火灾报警器温度传感器的应用温度传感器的应用【例例1 1】如图甲为在温度为如图甲为在温度为1010左右的环境中工作左