2020_2021学年新教材高中物理第5章传感器及其应用3大显身手的传感器课件鲁科版选择性必修第二册202106262131.ppt

第3节大显身手的传感器 1.1.自动门：自动门：(1)(1)控制自动门的开关是一种控制自动门的开关是一种_传感器。传感器。(2)(2)自动感应门系统的三个环节：自动感应门系统的三个环节：首先，检测门前是否有人；首先，检测门前是否有人；其次，判断检测结果，发出指令；其次，判断检测结果，发出指令；最后，执行命令最后，执行命令(开、关门开、关门)。必备知识必备知识素养奠基素养奠基红外线红外线2.2.洗衣机水位控制装置：如图所示，筒中水位洗衣机水位控制装置：如图所示，筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a a与与_脱离，并与脱离，并与_接触，从而接通接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物。机电源，开始洗涤衣物。静触点静触点b b静触点静触点c c3.3.指纹识别器：当手指放在绝缘表面上时，皮肤就组成了电容阵列极板的另一指纹识别器：当手指放在绝缘表面上时，皮肤就组成了电容阵列极板的另一面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的_不同，使电容阵列中不同位不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的_，就能够获取指纹信，就能够获取指纹信息，转换成电信号。息，转换成电信号。距离距离差异差异4.4.传感器与机器人：传感器与机器人：(1)(1)机器人的组成：机械系统、机器人的组成：机械系统、_、信息处理和控制系统。、信息处理和控制系统。(2)(2)机器人传感器的分类：机器人传感器的分类：外部传感器：感知外部外部传感器：感知外部_和外界事物对机器人的刺激。和外界事物对机器人的刺激。内部传感器：用于检测机器人自身的内部传感器：用于检测机器人自身的_。传感器系统传感器系统工作环境工作环境状态状态关键能力关键能力素养形成素养形成传感器的应用传感器的应用1.1.自动门控制器应用了红外线传感器。自动门控制器应用了红外线传感器。2.2.洗衣机水位控制器应用了压力传感器。洗衣机水位控制器应用了压力传感器。3.3.指纹识别器应用了电容传感器。指纹识别器应用了电容传感器。4.4.机器人应用了视觉、超声波、语音、压力、温度、角度等多种传感器。机器人应用了视觉、超声波、语音、压力、温度、角度等多种传感器。【思考思考讨论讨论】如图是中大型超市卖场在入口处安装的自动感应单向门，人走到跟前就会自动如图是中大型超市卖场在入口处安装的自动感应单向门，人走到跟前就会自动打开，过去之后自己关闭，这种感应门的工作原理是什么呢？打开，过去之后自己关闭，这种感应门的工作原理是什么呢？(物理观念物理观念)提示：提示：当单向门上的当单向门上的(雷达或者红外线雷达或者红外线)传感器检测到有人到达入口时，发出开传感器检测到有人到达入口时，发出开门信号，门自动打开。门信号，门自动打开。【典例示范典例示范】1.1.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管罩内装有发光二极管LEDLED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到不到LEDLED发出的光，呈现高阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是发出的光，呈现高阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是()A.A.进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大，检测电路检测出变进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报化发出警报B.B.进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报发出警报C.C.光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D.D.以上说法均不正确以上说法均不正确【解析解析】选选B B。挡板不透明，平时光电三极管接收不到。挡板不透明，平时光电三极管接收不到LEDLED发出的光，呈现高阻发出的光，呈现高阻状态。发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极状态。发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，光电三极管电阻变小，检测电路检测出变化发出警报。该传感器是用光管上，光电三极管电阻变小，检测电路检测出变化发出警报。该传感器是用光传感器实现报警的，故传感器实现报警的，故B B项正确，项正确，A A、C C、D D三项错误。三项错误。2.2.传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示为测定压力的电容式传感器，传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示为测定压力的电容式传感器，A A为固定电极，为固定电极，B B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭器的电容。现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时()A.A.电容器的电容将减小电容器的电容将减小B.B.灵敏电流表指针在正中央零刻度处灵敏电流表指针在正中央零刻度处C.C.灵敏电流表指针向左偏转灵敏电流表指针向左偏转D.D.灵敏电流表指针向右偏转灵敏电流表指针向右偏转【解析解析】选选D D。压力增大，则电容器两极板的间距变小，电容变大。因为电容器。压力增大，则电容器两极板的间距变小，电容变大。因为电容器两极板间电压不变，所以电容器要充电，电流从正接线柱到负接线柱流过电流两极板间电压不变，所以电容器要充电，电流从正接线柱到负接线柱流过电流表，指针向右偏。表，指针向右偏。【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选)呼吸机是重症及危重症新冠肺炎患者最需要的医疗设呼吸机是重症及危重症新冠肺炎患者最需要的医疗设备，改善呼吸是治疗新冠肺炎的重要手段，为保持患者获得持备，改善呼吸是治疗新冠肺炎的重要手段，为保持患者获得持续、舒适的呼吸功能，需要呼吸机中设计安装多个传感器，用续、舒适的呼吸功能，需要呼吸机中设计安装多个传感器，用于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，下列哪些传感器是呼吸机必须搭载的等参数指标，下列哪些传感器是呼吸机必须搭载的()A.A.气体质量流量传感器气体质量流量传感器B.B.压力传感器压力传感器C.C.光传感器光传感器D.D.温度传感器温度传感器【解析解析】选选A A、B B、D D。呼吸机需要实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、。呼吸机需要实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，因此需要安装气体质量流量、压力、湿度、温度等压力和温湿度等参数指标，因此需要安装气体质量流量、压力、湿度、温度等传感器，故传感器，故A A、B B、D D都正确，都正确，C C错误。错误。2.2.据驱动中国消息，京东的智慧物流有据驱动中国消息，京东的智慧物流有2020余台配送机器人上阵，开启了全球首余台配送机器人上阵，开启了全球首次全场景常态化配送运营。该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍次全场景常态化配送运营。该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是应用了和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是应用了()A.A.力传感器力传感器B.B.光传感器光传感器C.C.温度传感器温度传感器D.D.声传感器声传感器【解析解析】选选C C。人是有体温的，机器人礼让行人就是利用了温度传感器的原理，。人是有体温的，机器人礼让行人就是利用了温度传感器的原理，故故C C正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选)机器人技术发展迅速，以下哪方面是现有的机器人能很好地完成的机器人技术发展迅速，以下哪方面是现有的机器人能很好地完成的()A.A.汽车工业中自动焊接领域汽车工业中自动焊接领域B.B.深水探险深水探险C.C.艺术体操和与人对话艺术体操和与人对话D.D.机械加工机械加工【解析解析】选选A A、B B、D D。现有的机器人技术仅限于制造工艺、计算机技术和传感器。现有的机器人技术仅限于制造工艺、计算机技术和传感器技术，还很难达到类似人对肢体的控制能力，其动作精确但较僵硬，语音识别技术，还很难达到类似人对肢体的控制能力，其动作精确但较僵硬，语音识别能力还很差，但在其他几个方面机器人都有较好表现。能力还很差，但在其他几个方面机器人都有较好表现。2.2.传感器是把非电学物理量传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一转换成电学量的一种元件。如图所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号。电种元件。如图所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号。电路中路中a a、b b构成一个电容器，构成一个电容器，b b是固定不动的金属板，是固定不动的金属板，a a是能在声波驱动下沿水平是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源S S发出频率恒定的声波使发出频率恒定的声波使a a振动，则振动，则a a在振动过程中在振动过程中()A.aA.a、b b之间的电场强度不变之间的电场强度不变B.aB.a、b b所带的电荷量不变所带的电荷量不变C.C.电路中始终有方向不变的电流电路中始终有方向不变的电流D.D.向右位移最大时，电容器的电容量最大向右位移最大时，电容器的电容量最大【解析解析】选选D D。a a、b b始终跟电源相连，电势差始终跟电源相连，电势差U U不变，由于不变，由于a a、b b间距离变化，由间距离变化，由 知电场强度变化，知电场强度变化，A A错误；由错误；由 知知d d变化时变化时C C变化，变化，a a向右位移最大向右位移最大时，电容最大，电容量最大，时，电容最大，电容量最大，D D正确；由正确；由Q=CUQ=CU知知a a、b b所带电荷量变化，电路中所带电荷量变化，电路中电流方向改变，电流方向改变，B B、C C错误。错误。【拓展例题拓展例题】考查内容：水位报警器考查内容：水位报警器【典例典例】如图所示是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流如图所示是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁时，磁铁吸引衔铁1 1，使它与触头，使它与触头3 3断开，与触头断开，与触头2 2接触，若要求水位正常时绿接触，若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各1 1个，红灯泡应安在个，红灯泡应安在_位置，绿灯泡应安在位置，绿灯泡应安在_位置位置(均选填均选填“A”A”或或“B”)B”)。【解析解析】当水位正常时，容器中的金属片断开，电磁铁断电没有磁性，绿灯所当水位正常时，容器中的金属片断开，电磁铁断电没有磁性，绿灯所在电路接通，绿灯亮；当水位升高时，水是导体，当水位达到一定高度使容器在电路接通，绿灯亮；当水位升高时，水是导体，当水位达到一定高度使容器中金属片接通时，电磁铁具有磁性，把衔铁吸引下来，红灯所在电路接通，红中金属片接通时，电磁铁具有磁性，把衔铁吸引下来，红灯所在电路接通，红灯亮，发出报警信号。灯亮，发出报警信号。答案：答案：B BA A【课堂回眸课堂回眸】课堂检测课堂检测素养达标素养达标1.1.现代生活中，人们越来越离不开手机，为通信而创造的智能手机，越来越智现代生活中，人们越来越离不开手机，为通信而创造的智能手机，越来越智能化，手机上装有多种传感器，当人们接通电话，将手机放在耳边时，原本亮能化，手机上装有多种传感器，当人们接通电话，将手机放在耳边时，原本亮着的屏幕会熄灭，这是由于屏幕上方安装了着的屏幕会熄灭，这是由于屏幕上方安装了()A.A.温度传感器温度传感器B.B.压力传感器压力传感器C.C.加速度传感器加速度传感器D.D.距离传感器距离传感器【解析解析】选选D D。当人们接通电话将手机放在耳边时，距离传感器发出的超声波遇。当人们接通电话将手机放在耳边时，距离传感器发出的超声波遇到物体后反射回传感器，传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，到物体后反射回传感器，传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，当小于系统设置的临界点时原本亮着的屏幕就会熄灭，故当小于系统设置的临界点时原本亮着的屏幕就会熄灭，故D D正确，正确，A A、B B、C C错误。错误。2.2.有一种在有光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正有一种在有光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是确的是()A.A.两个传感器都是光电传感器两个传感器都是光电传感器 B.B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器两个传感器分别是光电传感器和温度传感器 C.C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器 D.D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作只有光照和温度都适合时排气扇才能工作【解析解析】选选B B。题中提到有光照或温度升高时排气扇都能启动，由此可见两个传。题中提到有光照或温度升高时排气扇都能启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照或感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照或温度满足一个条件即可，温度满足一个条件即可，A A、C C、D D错误，错误，B B正确。正确。3.3.如图所示是一个测定液面高度的传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物如图所示是一个测定液面高度的传感器。在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h h的变化的变化情况为情况为()A.hA.h增大增大B.hB.h减小减小C.hC.h不变不变D.D.无法确定无法确定【解析解析】选选A A。由题图知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，导电液体深。由题图知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，导电液体深度的变化引起两极正对面积度的变化引起两极正对面积S S的改变，电容的计算公式为的改变，电容的计算公式为 ，电容增大，电容增大，说明正对面积增大，故导电液体深度说明正对面积增大，故导电液体深度h h增大。增大。4.4.张强同学用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控张强同学用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。如图所示，下列对故障判断正确的是制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。如图所示，下列对故障判断正确的是()A.A.只可能是热敏电阻出现故障只可能是热敏电阻出现故障B.B.只可能是温度设定装置出现故障只可能是温度设定装置出现故障C.C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.D.可能是加热器出现故障可能是加热器出现故障【解析解析】选选C C。由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现。由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C C正确，正确，A A、B B错错误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故才会使温度持续升高，故D D错误。错误。【新思维新思维新考向新考向】情境：新冠肺炎疫情期间，涌现出多种智能测温终端成为许多社区、校园和办情境：新冠肺炎疫情期间，涌现出多种智能测温终端成为许多社区、校园和办公楼宇的公楼宇的“复工神器复工神器”，人只要在测温终端前站定，就能自动测量体温。，人只要在测温终端前站定，就能自动测量体温。问题：问题：(1)(1)上述测温仪器的主要测温部件是什么？上述测温仪器的主要测温部件是什么？(2)(2)智能测温设备与手持测温枪相比有哪些优势？智能测温设备与手持测温枪相比有哪些优势？提示：提示：(1)(1)主要部件是红外线传感器。主要部件是红外线传感器。(2)(2)智能测温设备可以将测温的时间大大缩短，更能减少人员智能测温设备可以将测温的时间大大缩短，更能减少人员接触，降低感染风险。接触，降低感染风险。答案：答案：见解析见解析