高中物理 传感器及其应用精品课件1 新人教选修3.ppt

第第5章章 传感器及其应用传感器及其应用复习二复习二2021/8/11 星期三16.电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。介或利用磁体的某些现象。实例：磁性物质探测报警器实例：磁性物质探测报警器 录音机录音机NS2021/8/11 星期三2例例1 为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的用如图所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的（测量仪未画出）。当列车经过线圈上方时，线成的（测量仪未画出）。当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为B=0.004T，且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度，且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数与线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数n=5，长，长L=0.2m，电阻，电阻0.4（包括引线电阻），测试记录下来（包括引线电阻），测试记录下来的电流的电流位移如图所示。试求：位移如图所示。试求：在离在离O（原点）（原点）30m，130m处列车的速度处列车的速度v1和和v2的大的大小小假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小2021/8/11 星期三3i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I50.0040.2=100I在在30m处，处，I1=0.12A v1=12m/s在在130m处，处，I2=0.15A v2=15 m/s a =（v22-v12）/2S =0.405 m/s22021/8/11 星期三4例例2 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。继电器、滑动变阻器、开关、导线。aedcb解解：热敏电阻受到光照射时电阻变小：热敏电阻受到光照射时电阻变小，将热敏电，将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的接入继电器的a、b端，如图示：端，如图示：将学生用电源与电铃分别接入将学生用电源与电铃分别接入c、d、e之间。之间。正常时热敏电阻值大，正常时热敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，间电流小，磁性弱，ce处于闭合，绿灯亮。处于闭合，绿灯亮。有险情时，光敏电阻有险情时，光敏电阻值小，值小，ab间电流大，磁间电流大，磁性强，吸住衔铁，性强，吸住衔铁，cd闭合，闭合，ce断开，绿灯灭，电铃响。断开，绿灯灭，电铃响。2021/8/11 星期三5例例3 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控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。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、小灯泡、学生用电源、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、开关、导线。继电器、滑动变阻器、开关、导线。ecab解解：光敏电阻受到光照射时电阻变小：光敏电阻受到光照射时电阻变小，将光敏电，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的接入继电器的a、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、e之间。之间。220V 光暗时光敏电阻值大，光暗时光敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，间电流小，磁性弱，ce处于闭合，灯亮。处于闭合，灯亮。光亮时，光敏电阻值光亮时，光敏电阻值小，小，ab间电流大，磁性间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路强，吸住衔铁，电路ce处处断开，灯灭。断开，灯灭。2021/8/11 星期三6例例4 图图1为为某某一一热热敏敏电电阻阻R(电电阻阻值值随随温温度度的的改改变变而而改改变变，且且对对温温度很敏感度很敏感)的的I-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所所示示I-U关关系系的的完完整整曲曲线线，在在图图2和和图图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9V，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0-100）在在图图4电电路路中中，电电源源电电压压恒恒为为9V，电电流流表表读读数数为为70mA，定定值值电电阻阻R1=250。由由热热敏敏电电阻阻的的I-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的电电压为压为_V；电阻；电阻R2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：_。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4R9V2电压可从电压可从0V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 2021/8/11 星期三7例例5 如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于将多用电表的选择开关置于档，用光照射光敏电阻档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为偏角变为，则可判断，则可判断 （）A.=B.D.不能确定不能确定和和 的关系的关系B2021/8/11 星期三8 五、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。五、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器例例6 演示位移传感器的工作原理如右图示，物体演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是说法正确的是 （）A物体物体M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物体物体M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物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B2021/8/11 星期三9例例7 唱唱卡卡拉拉OK用用的的话话筒筒，内内有有传传感感器器。其其中中有有一一种种是是动动圈圈式式的的，它它的的工工作作原原理理是是在在弹弹性性膜膜片片后后面面粘粘接接一一个个轻轻小小的的金金属属线线圈圈，线线圈圈处处于于永永磁磁体体的的磁磁场场中中，当当声声波波使使膜膜片片前前后后振振动动时时，就就将将声声音音信信号转变为电信号。下列说法正确的是号转变为电信号。下列说法正确的是（）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膜膜片片振振动动时时，穿穿过过金金属属线线圈圈的的磁磁通通量量不不变变D膜膜片片振振动动时时，金金属属线线圈圈中中不不会会产产生生感感应应电动势电动势B2021/8/11 星期三10例例8 用用遥遥控控器器调调换换电电视视机机频频道道的的过过程程，实实际际上上就就是是传传感感器器把把光光信信号号转转化化为为电电信信号号的的过过程程。下下列列属属于于这这类传感器的是类传感器的是（）A红外报警装置红外报警装置B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器电饭煲中控制加热和保温的温控器A2021/8/11 星期三11例例9 将将金金属属块块m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=2.0 m/s2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6.0N，下下底底板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为10.0N。(取取g=10 m/s2)(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)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？m2021/8/11 星期三12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1/2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。2021/8/11 星期三13m原来原来（1）（2）解：解：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。向上做匀减速向上做匀减速运动运动a=2m/s2F=10NmgF1=6Namg+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1/2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2021/8/11 星期三142021/8/11 星期三15