(精品)【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-2第5章5-3大显身手的传感器.ppt

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1、自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练第第3节大显身手的传感器节大显身手的传感器自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练1能列能列举传举传感器在生感器在生产产和生活中的和生活中的应应用用2理理解解压压力力传传感感器器的的原原理理，并并在在实实际际问问题题中中了了解解其其应应用用3了解自了解自动门动门和指和指纹识别纹识别器的工作原理器的工作原理自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练动动触片触片 体体积积 自主学习自主学习名师解

2、疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练红红外外线线 继电继电器器 自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练3指纹识别器指纹识别器电容式传感器电容式传感器指指纹纹识识别别器器是是通通过过电电容容传传感感器器来来识识别别指指纹纹的的，当当正正对对面面积积、介介电电常常数数一一定定时时，电电容容与与两两极极间间距距离离是是一一一一对对应应的的此此识识别别器器表表面面集集合合了了300300个个电电容容器器极极板板，其其外外面面是是绝绝缘缘介介质质，手手指指的的皮皮肤肤是是电电容容器器的的另另一一极极板板，由由

3、于于指指纹纹的的脊脊和和谷谷相相对对于于另另一一极极的的距距离离不不同同，使使电电容容阵阵列列中中不不同同位位置置的的电电容容也也不不相相同同，通通过过读读取取这这些些电电容容的的数数值值就就能能获获得得指指纹纹信信息息，再再把把此此信信息息转转化化为为电电信号信号进进行行对对比，就可以比，就可以实现实现指指纹纹的的识别识别自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练感感觉觉器官器官 外部外部传传感器感器 内部内部传传感器感器 自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练1洗衣机水位控制装置

4、洗衣机水位控制装置全全自自动动洗洗衣衣机机的的水水位位控控制制装装置置，是是使使用用压压力力传传感感器器来来工工作的作的自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练图图532(a)中中1和和2分分别别是是洗洗衣衣机机的的外外筒筒和和内内筒筒，3是是气气室室，4是是传传感感器器的的膜膜盒盒气气室室下下部部与与外外筒筒连连通通，上上部部与与软软管管、传传感感器器的的膜膜盒盒(图图中中圆圆框框内内)连连通通向向内内筒筒中中注注水水时时，水水通通过过内内筒筒壁壁上上的的小小孔孔流流入入外外筒筒，部部分分水水进进入入气气室室，气气室室内内被被密密封封的

5、的空空气气压压强强增增大大，使使传传感感器器的的膜膜片片向向上上凸凸起起，如如图图532(b)当当筒筒中中水水位位到到达达设设定定的的高高度度时时，凸凸起起的的膜膜片片使使动动触触点点a与与静静触触点点b脱脱离离，并并与与静静触触点点c接接触触，从从而而接接通通控控制制电电路路，关关闭闭进进水水电电磁磁阀阀门门，接接通洗通洗涤电动涤电动机机电电源，开始洗源，开始洗涤涤衣物衣物采采用用压压力力传传感感器器的的还还有有电电子子秤秤，它它主主要要由由应应变变片片、电电压压放放大大器器、模模数数转转换换器器、微微处处理理器器和和数数字字显显示示器器等等组组成成当当应应变变片片受受到到力力的的作作用用时

6、时，它它将将发发生生弯弯曲曲形形变变应应变变片片的的作作用用是是将将形形变这变这个力学量个力学量转换为电压这转换为电压这个个电电学量学量自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练应应变变片片的的测测力力原原理理：如如图图533所所示示，弹弹簧簧钢钢制制成成的的梁梁形形元元件件右右端端固固定定，在在梁梁的的上上下下表表面面各各贴贴一一个个应应变变片片，在在梁梁的的自自由由端端施施加加力力F，则则梁梁发发生生弯弯曲曲，上上表表面面拉拉伸伸，下下表表面面压压缩缩，上上表表面面应应变变片片的的电电阻阻变变大大，下下表表面面应应变变片片的的电电阻阻变

7、变小小，F越越大大，应应变变片片的的弯弯曲曲形形变变越越大大，应应变变片片的的阻阻值值变变化化就就越越大大如如果果让让应应变变片片中中通通过过的的电电流流保保持持恒恒定定，那那么么上上面面应应变变片片两两端端的的电电压压变变大大，下下面面应应变变片片两两端端的的电电压压变变小小传传感感器器把把这这两两个个电电压压的的差差值值输输出出外力越大，外力越大，输输出的出的电压电压差差值值也就越大也就越大应应变变片片能能够够把把物物体体形形变变这这个个力力学学量量转转换换为为电电压压这这个个电电学学量量自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练2自动

8、门自动门控控制制这这种种自自动动门门开开关关的的，是是一一种种红红外外线线传传感感器器，它它能能够够探探测测到到较远较远距离的人体距离的人体发发出的出的红红外外线线自自动动门门的的工工作作流流程程如如图图534所所示示当当有有人人接接近近自自动动门门时时，传传感感器器接接收收到到人人体体发发出出的的红红外外线线，产产生生电电压压输输出出信信号号；信信号号经经过过电电路路处处理理后后，使使定定时时器器工工作作；由由定定时时器器构构成成的的电电路路使使继继电电器器通通电电，自自动动门门电电动动机机转转动动，门门自自动动打打开开；当当人人通通过过自自动动门门几几秒秒钟钟后后，定定时时器器又又使使继继

9、电电器器断断电电，自自动动门门电电动动机机反反转转，门门自自动动关关闭闭红红外外接接收收管管这这个个光光传传感感器器是是将将断断续续的的光光脉脉冲冲信信号号转转换换为为电压电压脉冲信号，脉冲信号，输输出一种数字量，适于出一种数字量，适于计计算机接收和算机接收和处处理理自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练3指纹识别器指纹识别器指指纹识别纹识别器就是器就是应应用用电电容容传传感器的装置之一感器的装置之一指指纹纹识识别别器器表表面面集集合合了了300300个个电电容容器器极极板板，其其外外表表面面是是绝绝缘缘表表面面当当用用户户的的手手指指

10、放放在在绝绝缘缘表表面面上上时时，皮皮肤肤就就组组成成了了电电容容阵阵列列极极板板的的另另一一面面(图图535)由由于于指指纹纹的的脊脊和和谷谷相相对对于于另另一一极极之之间间的的距距离离不不同同，使使电电容容阵阵列列中中不不同同位位置置的的电电容容器器的的电电容容值值也也不不相相同同通通过过读读取取这这些些电电容容的的差差异异，就就能能够够获获取取指指纹纹信信息息这这样样，就就把把指指纹纹的的信信息息转转化化成成了了电电信信号号，再再经经过过电电路路对对电电信号的比信号的比较较，就可以，就可以实现对实现对指指纹纹的的识别识别自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范

11、训练课堂对点演练课堂对点演练4传感器与机器人传感器与机器人传传感感器器系系统统是是机机器器人人的的感感觉觉器器官官，可可以以分分为为外外部部传传感感器器和和内内部部传传感器感器外外部部传传感感器器用用于于感感知知外外部部工工作作环环境境和和外外界界事事物物对对机机器器人人的的刺刺激激视视觉觉传传感感器器(主主要要是是摄摄像像机机)是是机机器器人人的的“眼眼睛睛”，它它可可以以测测量量物物体体的的距距离离，识识别别物物体体的的形形状状、颜颜色色等等；超超声声波波传传感感器器、语语音音识识别别装装置置等等是是机机器器人人的的“耳耳朵朵”；温温度度传传感感器器相相当当于于人人的的皮皮肤肤，机机器器人

12、人通通过过它它感感知知环环境境温温度度的的变变化化除除此此之之外外，外外部部传传感感器器还还包包括括嗅嗅觉传觉传感器、味感器、味觉传觉传感器等感器等内内部部传传感感器器(如如角角度度传传感感器器、关关节节传传感感器器等等)用用于于检检测测机机器器人人自自身身的的状状态态它它安安装装在在驱驱动动装装置置内内，用用以以测测量量手手臂臂、手手爪爪等等的的位位置置和和运运动动的的速速度度，以以控控制制机机器器人人精精确确定定位位和和平平稳稳运运动动实实现现未未来机器人的高智能化，依来机器人的高智能化，依赖赖于于传传感器技感器技术术的提高的提高自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练

13、活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练【典典例例1】如如图图536是是某某同同学学在在科科技技制制作作活活动动中中自自制制的的电电子子秤秤原原理理图图，利利用用电电压压表表(内内电电阻阻很很大大)的的示示数数来来指指示示物物体体的的质质量量托托盘盘与与电电阻阻可可忽忽略略的的弹弹簧簧相相连连，托托盘盘与与弹弹簧簧的的质质量量均均不不计计滑滑动动变变阻阻器器的的滑滑动动端端与与弹弹簧簧上上端端连连接接，当当托托盘盘中中没没有有放放物物体体时时，电电压压表表的的示示数数为为零零设设变变阻阻器器的的总总电电阻阻为为R，总总长长度度为为L，电电源源电电动动势势为为E，内内阻阻为为r，限限流流电电阻阻为为

14、R0，弹弹簧的簧的劲劲度系数度系数为为k.若不若不计计一切摩擦和其他阻力一切摩擦和其他阻力自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练(1)求求出出电电压压表表示示数数Ux与与所所称称物物体体质质量量m的的关关系系式式为为Ux_；(2)由由(1)的的计计算算结结果果可可知知，电电压压表表示示数数与与待待测测物物体体质质量量不不成成正正比比，不不便便于于制制作作刻刻度度为为使使电电压压表表示示数数与与待待测测物物体体质质量量成成正正比比，请请利利用用原原有有器器材材进进行行改改进进，在在上上图图的的基基础础上上完完成成改改进进后后的的 电电 路

15、路 原原 理理 图图，并并 得得 出出 电电 压压 表表 示示 数数 Ux与待与待测测物体物体质质量量m的关系式的关系式为为Ux_.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练借借题题发发挥挥力力传传感感器器能能够够把把物物体体的的形形变变转转换换为为电电压压或或电电流流的的变变化化，外外力力越越大大，电电压压或或电电流流的的变变化化就就越越大大，由由变变化化的的差差值值大大小小，可可以以得得知知外力的大小外力的大小力力传传感感器器的的种种类类很很

16、多多，在在具具体体应应用用中中，能能依依据据其其特特性性，综合利用其它知识进行分析与计算综合利用其它知识进行分析与计算自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练【变变式式1】传传感感器器是是一一种种采采集集信信息息的的重重要要器器件件，如如图图537所所示示的的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的的电电极极上上时时，以下，以下说说法中正确的是法中正确的是()自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练若若F向向上上压

17、压膜膜片片电电极极，电电路路中中有有从从a到到b的的电电流流若若 F向向 上上 压压 膜膜 片片 电电 极极，电电 路路 中中 有有 从从 b到到 a的的 电电 流流 若若 F向向 上上 压压 膜膜 片片 电电 极极，电电 路路 中中 不不 会会 出出 现现 电电 流流 若若 电电 流流 表表 有有 示示 数数，则则 说说 明明 压压 力力 F发发 生生 变变 化化 若若电电流表有示数，流表有示数，则说则说明明压压力力F不不发发生生变变化化A B C D解解析析当当F向向上上压压膜膜片片电电极极时时，板板间间距距离离减减小小，电电容容器器的的电电容容将将增增大大当当F变变化化时时，电电容容变变

18、化化，而而板板间间电电压压不不变变，由由QCU，故故带带电电荷荷量量Q发发生生变变化化，电电容容器器将将发发生生充充、放放电电现现象象，回回路路中中有有电电流流，电电流计有示数反之，电流计有示数时，压力流计有示数反之，电流计有示数时，压力F必发生变化必发生变化答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练【典典例例2】如如图图538所所示示为为一一实实验验小小车车中中利利用用光光电电脉脉冲冲测测量量车车速速和和行行程程的的装装置置示示意意图图A为为光光源源，B为为光光电电接接收收器器，A、B均均固固定定在在车车身身上上，C为为小小车车

19、的的车车轮轮，D为为与与C同同轴轴相相连连的的齿齿轮轮车车轮轮转转动动时时，A发发出出的的光光束束通通过过旋旋转转齿齿轮轮上上齿齿的的间间隙隙后后变变成成脉脉冲冲光光信信号号，被被B接接收收并并转转换换成成电电信信号号，由由电电子子电电路路记记录录和和显显示示若若实实验验显显示示单单位位时时间间内内脉脉冲冲数数为为n，累累计计脉脉冲冲数数为为N，则则要要测测出出小小车车的的速速度度和和行行程程还还必必须须测测量量的的物物理理量量和和数数据据是是_；小小车车速速度度的的表表达达式式为为v_；行程的表达式；行程的表达式为为s_.自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训

20、练课堂对点演练课堂对点演练自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练借借题题发发挥挥光光传传感感器器的的基基本本原原理理都都是是将将光光信信号号转转换换为为电电信信号号，与与电电路路结结合合，可可实实现现自自动动控控制制，常常见见的的光光传传感感器器有有：光光敏敏电电阻阻、光光电电二二极极管、光电三极管等管、光电三极管等自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练【变变式式2】在在电电梯梯门门口口放放置置一一障障碍碍物物，会会发发现现电电梯梯门门不不停停地地开开关关，这这是是由由于在于在电

21、电梯梯门门上装有的上装有的传传感器是感器是()A光光传传感器感器 B温度温度传传感器感器C声声传传感器感器 D压压力力传传感器感器解解析析在在电电梯梯门门口口放放置置一一障障碍碍物物，电电梯梯门门不不停停地地开开关关，说说明明电电梯梯门门口口有一个光传感器，故有一个光传感器，故A选项正确选项正确答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点

22、演练借借题题发发挥挥电电容容器器的的电电容容C决决定定于于极极板板正正对对面面积积S、极极板板间间距距离离d，以以及及极极板板间间的的电电介介质质这这几几个个因因素素如如果果某某一一物物理理量量(如如角角度度、位位移移s、深深度度h等等)的的变变化化能能引引起起以以上上某某个个因因素素的的变变化化，从从而而引引起起电电容容的的变变化化，那那么么，通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述述物物理理量量的的变变化化自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练【变式变式3】如如图图539所示所示为为一一测测定液面高低的定液

23、面高低的电电容容传传感器的示意感器的示意图图A为为固定的固定的导导体芯，体芯，B为导为导体芯外面的一体芯外面的一层绝缘层绝缘物物质质，C为导电为导电液液体，把体，把传传感器接到感器接到图图示示电电路中，已知灵敏路中，已知灵敏电电流表指流表指针针偏偏转转方向方向与与电电流方向相同如果流方向相同如果发现发现指指针针向右偏向右偏转转，则导电则导电液体的深度液体的深度h的的变变化化为为()Ah正在增大正在增大Bh正在减小正在减小Ch不不变变 D无法确定无法确定自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练答案答案B自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例

24、析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练力传感器力传感器1电子秤使用的是电子秤使用的是()A超声波传感器超声波传感器 B压力传感器压力传感器C温度传感器温度传感器 D红外传感器红外传感器答案答案B自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练2关于关于电电子秤中子秤中应变应变式力式力传传感器感器说说法正确的是法正确的是()A应变应变片是由片是由导导体材料制成体材料制成B当当应变应变片的表面拉伸片的表面拉伸时时，其，其电电阻阻变变大；反之大；反之变变小小C传传感器感器输输出的是出的是应变应变片上的片上的电压电压D外力越大，外力越

25、大，输输出的出的电压电压差差值值也越大也越大解解析析应应变变片片多多用用半半导导体体材材料料制制成成，故故选选项项A错错，B对对，传传感感器器输输出出的的是是应应变变片片上上、下下两两表表面面的的电电压压差差，并并且且随随着着外外力力的的增增大大，输输出出的电压差值也就增大，故的电压差值也就增大，故C错错D对对答案答案BD自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练解解析析滑滑动动触触头头P左左移移，使使其其电电阻阻减减小小，流流过过二二极极管管的

26、的电电流流增增大大，从从而而发发光光增增强强，使使光光敏敏电电阻阻R减减小小，最最终终达达到到增增大大流流过过灯灯泡泡的的电电流流的的效果效果答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练4.如如图图5311为为烟烟雾雾散散射射式式火火灾灾报报警警器器，它它主主要要由由带带孔孔的的外外罩罩，发发光光二二极极管管LED、光光电电三三极极管管及及不不透透明明的的挡挡板板组组成成，请简请简述它的工作原理述它的工作原理解解析析报报警警器器工工作作时时发发光光二二极极管管处处于于发发光光状状态态，由由于于挡挡板板遮遮挡挡，平平时时光光电电三三极

27、极管管收收不不到到LED发发出出的的光光，呈呈现现高高电电阻阻状状态态，烟烟雾雾进进入入罩罩内内后后对对光光有有散散射射作作用用，使使部部分分光光线线照照射射到到三三极极管管上上，其其电电阻阻变变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会报警小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会报警答案答案见见解析解析自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练5如如图图5312所所示示是是测测定定位位移移s的的电电容容式式传传感感器器，其其工作原理是哪个量的工作原理是哪个量的变变化，造成其化，造成其电电容的容的变变化化()A电电介介质进质进入极板的入极板的长长度度B两极板两极板间间距距C两极板正两极板正对对面面积积D极板所极板所带电带电荷量荷量答案答案A自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析活页规范训练活页规范训练课堂对点演练课堂对点演练单击此处进入单击此处进入 活页规范训练活页规范训练