【高二物理】选修3-2 6.2传感器的应用课件及练习题答案含详解第六章2.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,2传感器的应用,1.传感器原理：传感器可以把非电学量转换为_，从而,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。,2.光敏电阻：被光照射时电阻发生变化，随着光照的增强，导,电性_。,3.热敏电阻和金属热电阻能够把温度这个热学量转换为_,这个电学量。,4.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为_这个电,学量。,电学量,变好,电阻,电压,一、传感器工作的一般模式,执行机构,显示器,二、传感器的应用实例,1.力传感器的应用电子秤：,(1)组成及敏感元件：由金属梁和_组成，敏感元件是,_。,(2)工作原理：,3)作用：应变片将物体_这个力学量转换为电压这个电学,量。,应变片,应变片,形变,2.温度传感器的应用实例：,应用实例,敏感元件,工作原理,电熨斗,双金,属片,温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的_不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断,膨胀系数,应用实例,敏感元件,工作原理,电饭锅,感温铁氧体,(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约_时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”,(2)自动断电原理：当锅内加热温度达到_时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开,103,103,【思考辨析】,1.判断正误：,(1)力传感器中金属梁是敏感元件。(),(2)感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会失去铁磁性。(),(3)光电三极管在受到光照时呈高电阻状态。(),提示：,(1)。力传感器中应变片是敏感元件。,(2)。感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会失去铁磁性。,(3)。光电三极管在受到光照时呈低电阻状态。,2.问题思考：,(1)图中是一款鼠标及其内部的电路，传感器在实际工作过程中为什么需要放大电路？,提示：,因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路进行放大。,(2)电饭锅应用了什么传感器？它的主要元件是什么？,提示：,电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体一,传感器的应用分析,1.传感器的应用步骤：传感器是将所检测到的量(如力、热、光、磁等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：,(1)信息采集。,(2)信息加工、放大、传输。,(3)利用所获得的信息执行某种操作。,2.分析传感器问题要注意四点：,(1)检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等。,(2)敏感元件分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。,(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。,(4)执行机构分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。,以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通断，借助仪表进行显示等)。,以光传感器为例：光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等)，通过敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转换为电阻、电流等电学量，然后经过放大，传输到执行机构后执行某种操作。,【特别提醒】,(1)传感器中的敏感元件用于接收非电学量，并将其转换为电学量。,(2)传感器一般用于有害于人体或人们不能轻易到达的环境。,【典例1】,(2013宜春高二检测)车,床在工作时是不允许将手随便接近,飞转的工件的，为了防止万一，设计,了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转。图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧。请简述其工作原理：当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值,，电路中的电流,，使电磁铁磁性,从而放开衔铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。,【解题探究】,(1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光,照减少，则阻值_。,(2)电磁铁线圈中的电流大小与电磁铁的磁性大小有何关系？,提示：,电磁铁线圈中的电流越大，磁性越强；电磁铁线圈中的,电流越小，磁性越弱。,变大,【标准解答】,当手在C、D间靠近工件时，遮挡住光线，光敏电阻阻值增大，电路中的电流减小，使电磁铁的磁性减弱，从而放开衔铁，使电路自动断开。,答案：,增大减小减弱,【变式训练】,如图所示，电源两端的电压,恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发,光二极管(电流越大，发光越强)，R与D距,离较近且不变，下列说法正确的是(),A.当滑片向左移动时，L消耗的功率增大,B.当滑片向左移动时，L消耗的功率减小,C.当滑片向右移动时，L消耗的功率可能不变,D.无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变解析】,选A。电源电压恒定，也就是说，并联电路两端电压恒定，当滑片向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻值变小，所以电流变大，则L的功率变大。故A正确，B、C、D错误。,二,传感器的应用实例,1.力传感器的应用电子秤：,(1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成。,(2)作用：将物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量，方便测量、处理和控制。,2.温度传感器的应用：,(1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制。,(2)电饭锅：它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是：常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。,3.光传感器的应用火灾报警器：如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。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。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。,【特别提醒】,在不同的仪器中所使用的传感器一般不同，其原理也不尽相同，但它们都是将非电学量转化为电学量。,【典例2】,如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P,1,、P,2,两个滑动头，P,1,可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动。弹簧处于原长时，P,1,刚好指着A端，P,1,与托盘固定相连。若P,1,、P,2,间有电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小。已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m,0,，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g。求：,(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P,1,与A端的距离x,1,；,(2)托盘上放有质量为m的物体时，P,1,与A端的距离x,2,；,(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是调节P,2,，使P,2,离A端的距离也为x,1,，从而使P,1,、P,2,间的电压为零。校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P,1,、P,2,间的电压U之间的函数关系式。,【解题探究】,(1)未放物体时，托盘自身的重力和_平,衡。,(2)放上质量为m的物体时，弹簧弹力kx,2,=_。,(3)当托盘上所放物体的质量增大时，P,1,、P,2,之间的电压怎样,变化？,提示：,托盘上所放物体的质量增大，则P,1,、P,2,距离变大，根据,U=IR，P,1,、P,2,之间的电压增大。,弹簧弹力,(m,0,+m)g,【标准解答】,托盘的移动带动P,1,移动，使P,1,、P,2,间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比。,(1)由力的平衡知识有m,0,g=kx,1,，解得,(2)放上物体m重新平衡后m,0,g+mg=kx,2,，,解得,(3)由闭合电路欧姆定律知E=IR，由部分电路欧姆定律知,U=IR,串,(R,串,为P,1,、P,2,间电阻),由 其中x为P,1,、P,2,间的距离，,则,答案：,【总结提升】,力学传感器的分析方法,(1)分析清楚力传感器的工作原理。明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键。,(2)涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的灵活应用。,【变式训练】,如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中，这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求：,(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压,表读数U的函数关系式。,(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其,刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？,(3)若电压表指针指在满刻度的 位置，此时系统的加速度大小和方向如何？,【解析】,(1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定,律得2kx=ma,电压表的示数为 ,由以上两式解得 ,(2)均匀，因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。,(3)当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数U,m,=E，电压表指,针指在满刻度的,代入,式解得 方向向左。,答案：,(1)(2)见解析,(3)方向向左,【典例】,如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个路灯自动控制电路。,考查内容,传感器自动控制电路的设计,【标准解答】,由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，通过光敏电阻的电流增大。根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开;当无光照射时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。,答案：,见标准解答,传感器与直流电路动态变化问题辨析,传感器的作用是把非电学量转换为电学量，在转换过程中非电学量的大小往往是不确定的，所以与之相联系的电路就会有动态的变化，在分析动态变化电路时要注意以下三点：,第一、明确该传感器所采用的核心部分是什么。,第二、当检测一非电学量增大时，传感器中与之对应的电阻如何变化。,第三、在电路中的显示部分与传感器中对应的电阻是串联还是并联，或者是其他的连接方式。,【案例展示】,如图所示是一火灾报警器的部分电路示意图。其中R,3,为用半导体热敏材料制成的传感器。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当传感器R,3,所在处出现火情时，显示器的电流I,A,、报警器两端的电压U的变化情况是(),A.I,A,变大，U变大 B.I,A,变大，U变小,C.I,A,变小，U变小 D.I,A,变小，U变大,【标准解答】,选C。半导体热敏电阻，温度越高，电阻越小，,干路电流就越大，由U,ab,=E-Ir知U,ab,将减小；由U,1,=IR,1,知R,1,两端,电压将增大，由U,并,=U,ab,-U,1,知U,并,减小，由 知I,A,将减,小，故C选项正确。,【易错分析】,本题易错选项及错误原因分析如下：,易错选项,错误原因,A,误认为当出现火灾时温度升高，R,3,电阻增大，从而错选A,B,当出现火灾时温度升高，R,3,电阻减小，总电阻减小，总电流增大，误认为流过R,2,的电流也增大，从而错选B,D,当出现火灾时温度升高，R,3,电阻减小，总电阻减小，总电流增大，误认为报警器两端的电压也增大，从而错选D,1.(多选)(基础理论辨析题)关于传感器的应用，下列说法中正确的是(),A.只用传感器就能实现自动控制,B.应变式力传感器可以用来测量各种力的大小,C.力传感器可以把物体形变的大小转换成电压差值的大小,D.电熨斗和电饭锅的温度传感器都是用双金属片制成的,E.感温铁氧体在常温下具有磁性，而在较高温度下失去磁性,F.烟雾散射式火灾报警器是一种温度传感器,【解析】,选B、C、E。自动控制需要传感器、放大电路和执行机构，A错；应变式力传感器可以用来测量各种力的大小，B正确；力传感器可以把物体形变的大小转换成电压差值的大小，C正确；电熨斗和电饭锅的温度传感器分别是双金属片和感温铁氧体，D错误；感温铁氧体在常温下具有磁性，在较高温度下失去磁性，E正确；烟雾散射式火灾报警器是一种光传感器，F错误。,2.(多选)(2013保定高二检测)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大。为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源的电动势E和内阻r不变在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光。若探测装置从无磁场区进入强磁场区，则(),A.电灯L变暗,B.电灯L变亮,C.电流表的示数增大,D.电流表的示数减小,【解析】,选B、D。探测装置从无磁场区进入强磁场区，磁敏电阻阻值变大，电流表示数减小，灯泡L变亮，故B、D正确。,3.(2013深圳高二检测)有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器是(),A.温度传感器 B.压力传感器,C.生物传感器 D.红外线传感器,【解析】,选B。多段式水位自动感应装置采用的是压力传感器，故B正确。,4.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，而白天电灯却不亮其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是(),A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度,B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强,C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音,D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移,【解析】,选C。由题意可知该传感器能够感受光强弱的变化及声音(或振动)的变化，A、B、D错，C对。,5.(多选)(2013宜春高二检测)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是(),A.传送带运动的速度是0.1m/s,B.传送带运动的速度是0.2m/s,C.该传送带每小时输送3 600个工件,D.该传送带每小时输送7 200个工件,【解析】,选B、C。从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感,器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工,件之间的距离，所以传送带运动的速度是v=m/s=0.2m/s。,故A错B对。传送带每小时传送的距离为：s=vt=0.23 600m，,工件个数为：n=3 600个。C对D错。,