高中物理人教版第六章 第2节 传感器的应用.ppt

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1、第2节第六章理解教材新知把握热点考向应用创新演练知识点一知识点二考向一考向二随堂基础巩固课时跟踪训练返回返回返回返回返回返回1.应变应变式力式力传传感器可用来感器可用来测测量各种力，其中的量各种力，其中的 应变应变片能把物体形片能把物体形变这变这个力学量个力学量转换为电压转换为电压 这这个个电电学量。学量。2.电电熨斗因熨斗因为为装有双金属片温度装有双金属片温度传传感器，所以感器，所以 它能它能够够自自动动控制温度。双金属片上控制温度。双金属片上层层金属的金属的 热热膨膨胀胀系数大于下系数大于下层层金属。金属。3.电饭锅电饭锅中的温度中的温度传传感器主要元件是感温感器主要元件是感温铁铁氧氧 体

2、。体。4.有一种火灾有一种火灾报报警器是利用了光警器是利用了光传传感器的作感器的作 用，即利用烟用，即利用烟雾对雾对光的散射来工作。光的散射来工作。返回返回返回返回 自学教材自学教材 返回返回 重点诠释重点诠释 1传传感器感器问题问题的分析思路的分析思路 物理物理传传感器是将所感受的物理量感器是将所感受的物理量(如力、如力、热热、光等、光等)转转换为换为便于便于测测量的量的电电学量的器件。我学量的器件。我们们可以把可以把传传感器的感器的应应用用过过程分程分为为三个步三个步骤骤：(1)信息采集；信息采集；(2)信息加工、放大、信息加工、放大、传输传输；(3)利用所利用所获获得的信息得的信息执执行

3、某种操作。行某种操作。返回返回 2分析分析传传感器感器问题问题要注意四点要注意四点 (1)感受量分析：感受量分析：要明确要明确传传感器所感受的物理量，如力、感器所感受的物理量，如力、热热、光、磁、声、光、磁、声等。等。(2)输输出信号分析：出信号分析：明确明确传传感器的敏感元件，分析它的感器的敏感元件，分析它的输输入信号及入信号及输输出信号，出信号，以及以及输输入信号与入信号与输输出信号出信号间间的的变变化化规规律。律。返回返回 (3)电电路路结结构分析：构分析：认认真分析真分析传传感器所在的感器所在的电电路路结结构，在熟悉常用构，在熟悉常用电电子元子元件工作特点的基件工作特点的基础础上，分析

4、上，分析电电路路输输出信号与出信号与输输入信号入信号间间的的规规律。律。(4)执执行机构工作分析：行机构工作分析：传传感器的感器的应应用，不用，不仅仅包含非包含非电电学量如何向学量如何向电电学量学量转转化化的的过过程，程，还还包含根据所包含根据所获获得的信息控制得的信息控制执执行机构行机构进进行工作行工作的的过过程。程。返回返回1关于关于传传感器的作用，下列感器的作用，下列说说法正确的是法正确的是 ()A通常的通常的传传感器可以直接用来感器可以直接用来进进行自行自动动控制控制 B传传感器可以用来采集信息感器可以用来采集信息 C传传感器可以将感受到的一些信号感器可以将感受到的一些信号转换为电转换

5、为电学量学量 D传传感器可以将所有感受到的信号都感器可以将所有感受到的信号都转换为电转换为电学量学量 解析：解析：传传感器是将感受到的非感器是将感受到的非电电学量学量转转化化为电为电学量的学量的 仪仪器，不同的器，不同的传传感器感受不同的信号，感器感受不同的信号，B、C对对。答案：答案：BC 返回返回 自学教材自学教材 1力力传传感器的感器的应应用用电电子秤子秤 (1)组组成及敏感元件：由成及敏感元件：由 和和 组组成，敏感成，敏感元件是元件是 。(2)工作原理：工作原理：金属梁金属梁应变应变片片应变应变片片 (3)作用：作用：应变应变片将物体片将物体 这这个力学量个力学量转换为转换为 这这个

6、个电电学量。学量。形形变变电压电压返回返回敏感元件敏感元件工作原理工作原理电电熨熨斗斗双金属片双金属片温度温度变变化化时时，由于双金属片上，由于双金属片上层层金属与金属与下下层层金属的膨金属的膨胀胀系数不同，双金属片系数不同，双金属片发发生弯曲从而控制生弯曲从而控制电电路的通断路的通断2.2.温度传感器的应用实例温度传感器的应用实例返回返回敏感元件敏感元件工作原理工作原理电电饭饭锅锅感温感温铁铁氧体氧体(1)居里温度：感温居里温度：感温铁铁氧体常温下具有氧体常温下具有铁铁磁性，温度上升到磁性，温度上升到约时约时，失去，失去铁铁磁性，磁性，这这一温度称一温度称为为“居里温度居里温度”(2)自自动

7、动断断电电原理：用手按下开关通原理：用手按下开关通电电加加热热，开始煮，开始煮饭饭，当，当锅锅内加内加热热温度达到温度达到时时，铁铁氧体失去磁性，与永久磁氧体失去磁性，与永久磁铁铁失去吸引失去吸引力，被力，被弹弹簧片簧片弹弹开，从而推开，从而推动动杠杆使触杠杆使触点开关断开点开关断开返回返回 3光光传传感器的感器的应应用用火灾火灾报报警器警器 (1)组组成：成：发发光二极管光二极管LED、光、光电电三极管和不透明的三极管和不透明的挡挡板。板。(2)工作原理：平工作原理：平时时光光电电三极管收不到三极管收不到LED发发出的光，出的光，呈呈现现高高电电阻状阻状态态，烟，烟雾进雾进入罩内后入罩内后对

8、对光有散射作用，使部光有散射作用，使部分光分光线线照射到光照射到光电电三极管上，其三极管上，其电电阻阻变变小。与小。与传传感器感器连连接接的的电电路路检测检测出出这这种种变变化，就会化，就会发发出警出警报报。返回返回图图621返回返回“重典重典”诠释诠释 1生活中的生活中的传传感器感器 (1)与温度控制相关的家用与温度控制相关的家用电电器：器：电饭煲电饭煲、电电冰箱、微波冰箱、微波炉、空炉、空调调、消毒碗柜等，都用到温度、消毒碗柜等，都用到温度传传感器。感器。(2)红红外外传传感器：自感器：自动门动门、家、家电电遥控器、生命探遥控器、生命探测测器、非器、非接触接触红红外外测测温温仪仪以及防盗、

9、防火以及防盗、防火报报警器等。警器等。(3)照相机中的光照相机中的光传传感器和家用便携式感器和家用便携式电电子秤的子秤的压压力力传传感感器等。器等。返回返回 2农业农业生生产产中的中的传传感器感器 (1)湿度湿度传传感器：判断感器：判断农农田的水分蒸田的水分蒸发发情况，自情况，自动动供水或停水。供水或停水。(2)温度温度传传感器和湿度感器和湿度传传感器：可感器：可对对上百个点上百个点进进行行温度和湿度温度和湿度监测监测。由于有了十分先。由于有了十分先进进可靠的可靠的测试测试技技术术，有效地减少了霉有效地减少了霉变现变现象。象。返回返回 3工工业业生生产产中的中的传传感器感器 (1)生生产产的自

10、的自动动化和半自化和半自动动化。用机器人、自化。用机器人、自动动化小化小车车、自自动动机床、各种自机床、各种自动动生生产线产线或者系或者系统统，代替人完成加工、，代替人完成加工、装配、包装、运装配、包装、运输输、存、存储储等工作。各种等工作。各种传传感器使生感器使生产产的自的自动动运行保持在最佳状运行保持在最佳状态态，以确保，以确保产产品品质质量，提高效率和量，提高效率和产产量，量，节约节约原材料等。原材料等。(2)在数控机床中的位移在数控机床中的位移测测量装置，就是利用高精度位量装置，就是利用高精度位移移传传感器感器进进行位移行位移测测量，从而量，从而实现对实现对零部件的精密加工。零部件的精

11、密加工。返回返回 4飞飞向太空的向太空的传传感器感器 在航空、航天技在航空、航天技术领术领域，域，传传感器感器应应用得用得较较早，也早，也应应用得用得较较多，在运多，在运载载火箭、火箭、载载人人飞飞船中，都船中，都应应用了大量的用了大量的传传感器供遥感器供遥测测和遥控系和遥控系统统使用。使用。这这些些传传感器感器对对控制航天控制航天器的姿器的姿态态、接收和、接收和发发送信息、收集太空数据等都有重要送信息、收集太空数据等都有重要作用。在作用。在载载人人飞飞船中船中还还使用一使用一类测类测量航天量航天员员各种生理状各种生理状况的生理况的生理传传感器，如感器，如测测量血量血压压、心、心电图电图、体温

12、等。、体温等。返回返回2用遥控器用遥控器调换电视调换电视机机频频道的道的过过程，程，实际实际上就是上就是传传感器感器 把光信号把光信号转换为电转换为电信号的信号的过过程，下列属于程，下列属于这类传这类传感器感器 的是的是 ()A红红外外报报警装置警装置 B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关 C自自动动洗衣机中的洗衣机中的压压力力传传感装置感装置 D电饭煲电饭煲中控制加中控制加热热和保温的温控器和保温的温控器返回返回解析：解析：红红外外报报警器是当有人或物通警器是当有人或物通过时过时，将，将红红外外线线遮住从遮住从而使得光信号被遮住，光而使得光信号被遮住，光电电效效应应装置无装置无电电流通

13、流通过过，红红外外报报警器警器则则通通过过另外的装置另外的装置联联系一定的系一定的动动作，是将光信号作，是将光信号转换转换为电为电信号的信号的过过程，程，则则A选项选项正确；而正确；而B选项选项是将声音信号是将声音信号转换为电转换为电信号的信号的过过程，程，C选项选项是利用是利用压压力来力来传递传递信息的信息的过过程，程，D选项则选项则通通过过温度来控制的温度来控制的过过程。程。答案：答案：A返回返回返回返回 例例1用如用如图图622所示的装所示的装置可以置可以测测量汽量汽车车在水平路面上做匀加在水平路面上做匀加速直速直线线运运动动的加速度。的加速度。该该装置是在矩装置是在矩形箱子的前、后壁上

14、各安装一个由力形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏敏电电阻阻组组成的成的压压力力传传感器。用两根相同的感器。用两根相同的轻弹轻弹簧簧夹夹着一个着一个质质量量为为2.0 kg的滑的滑块块，滑，滑块块可无摩擦滑可无摩擦滑动动，两，两弹弹簧的另一端簧的另一端分分别压别压在在传传感器感器a、b上，其上，其压压力大小可直接从力大小可直接从传传感器的液感器的液晶晶显显示屏上示屏上读读出。出。现现将装置沿运将装置沿运动动方向固定在汽方向固定在汽车车上，上，传传感器感器b在前，在前，传传感器感器a在后。汽在后。汽车车静止静止时时，传传感器感器a、b的示的示数均数均为为10 N(取取g10 m/s2)。图图622

15、返回返回 (1)若若传传感器感器a的示数的示数为为14 N，b的示数的示数为为6.0 N，求此，求此时时汽汽车车的加速度大小和方向。的加速度大小和方向。(2)当汽当汽车车以怎以怎样样的加速度运的加速度运动时动时，传传感器感器a的示数的示数为为零？零？思路点思路点拨拨传传感器上所感器上所显显示出的力的大小，即示出的力的大小，即弹弹簧簧对传对传感器的感器的压压力，据牛力，据牛顿顿第三定律知，此即第三定律知，此即为弹为弹簧的簧的弹弹力力大小，亦即大小，亦即该弹该弹簧簧对对滑滑块块的的弹弹力大小。力大小。返回返回返回返回 答案答案(1)4.0 m/s2向右向右(2)以方向向左大小以方向向左大小为为10

16、 m/s2的加速度运的加速度运动动返回返回 借借题发挥题发挥 力力传传感器是一种感器是一种测测量力的大小的工具。此量力的大小的工具。此类题类题常与牛常与牛顿顿第二定律、运第二定律、运动动学的内容学的内容综综合。当只知道加速度的大小合。当只知道加速度的大小和方向，不知道物体的运和方向，不知道物体的运动动方向方向时时，物体的运，物体的运动动情况有两情况有两种可能即沿某一方向的匀加速或相反方向的匀减速，不要种可能即沿某一方向的匀加速或相反方向的匀减速，不要漏掉其中一种。漏掉其中一种。返回返回1如如图图623所示，所示，实线实线是某同学利用力是某同学利用力传传感器感器悬悬挂一挂一 钩码钩码在在竖竖直方

17、向运直方向运动时动时，数据采集器，数据采集器记录记录下的力下的力传传感感 器中拉力的大小器中拉力的大小变变化情况。从化情况。从图图中可知道中可知道该钩码该钩码的重的重 力力约为约为_N，A、B、C、D四段四段图线图线中中钩码处钩码处于于 超重状超重状态态的的为为_，处处于失重状于失重状态态的的为为_。图图623返回返回解析：解析：当拉力的大小不当拉力的大小不变时变时，力，力传传感器感器悬悬挂的挂的钩码钩码在在竖竖直直方向是匀速运方向是匀速运动动，此，此时时力力传传感器的感器的读读数就是数就是钩码钩码的重力，的重力，约约10 N。当力。当力传传感器感器读读数大于重力数大于重力时时，钩码处钩码处于

18、超重状于超重状态态，即即A、D状状态态。当力。当力传传感器感器读读数小于重力数小于重力时时，钩码处钩码处于失于失重状重状态态，即，即B、C状状态态。答案：答案：10A、DB、C返回返回 例例2如如图图624所示，甲所示，甲为为在温度在温度为为10左右的左右的环环境境中工作的某自中工作的某自动动恒温箱原理恒温箱原理简图简图，箱内的，箱内的电电阻阻R120 k、R210 k、R340 k，RT为热为热敏敏电电阻，它的阻，它的电电阻随温度阻随温度变变化化的的图线图线如如图图乙所示，乙所示，a、b端端电压电压Uab0时时，电压鉴别电压鉴别器会令开器会令开关关S接触，恒温箱内的接触，恒温箱内的电热丝发热

19、电热丝发热，使箱内温度升高；当，使箱内温度升高；当a、b端端电压电压Uab0时时，电压鉴别电压鉴别器会令开关器会令开关S断开，停止加断开，停止加热热，则则恒温箱内的温度可保持在恒温箱内的温度可保持在 ()图图624返回返回 A10B20 C35 D45 思路点思路点拨拨由由题题可知，可知，Uab0是是电热丝电热丝加加热热和停止和停止加加热热的的临临界状界状态态，根据串，根据串联联分分压压知知识识可求得可求得Uab0时时RT的阻的阻值值，然后由乙，然后由乙图读图读出出对应对应的温度。的温度。返回返回答案答案C返回返回 借借题发挥题发挥 本本题题利用利用热热敏敏电电阻阻为传为传感器，将温度感器，将

20、温度变变化的信号化的信号转转化化为电为电信号，信号，结结合合电电子子线线路来控制加路来控制加热电热电路。正确的路。正确的电电路分路分析、析、计计算及看懂算及看懂热热敏敏电电阻的阻的电电阻阻值值随温度随温度变变化的曲化的曲线线，是，是解决本解决本类习题类习题的关的关键键。返回返回2.家用家用电热灭电热灭蚊器蚊器电热电热部分的主要部件部分的主要部件 是是PTC元件，元件，PTC元件是由元件是由钛钛酸酸钡钡等等 导导体材料体材料组组成的成的电电阻器，其阻器，其电电阻率阻率 与温度与温度t的关系如的关系如图图625所示。由所示。由 于于这这种特性，种特性，PTC元件具有元件具有发热发热、控温双重功能，

21、若、控温双重功能，若电电 热灭热灭蚊器蚊器环环境温度低于境温度低于t1，以下判断正确的是，以下判断正确的是图图625返回返回A通通电电后，其后，其电电功率先增大后减小功率先增大后减小B通通电电后，其后，其电电功率先减小后增大功率先减小后增大C当其当其产产生的生的热热量与散量与散发发的的热热量相等量相等时时，温度保持在，温度保持在t1 或或t2不不变变D当其当其产产生的生的热热量与散量与散发发的的热热量相等量相等时时，温度保持在，温度保持在 t1t2间间的某一的某一值值不不变变返回返回解析：解析：从从图线图线上可以看出，如果通上可以看出，如果通电电前前PTC的温度的温度tt1，通通电电后由于后由

22、于发热发热的的缘缘故，温度升高致使故，温度升高致使电电阻率减小，阻率减小，发热发热功率将功率将进进一步增大，形成正反一步增大，形成正反馈馈效效应应，致使温度大于，致使温度大于 t1，随，随着温度的升高，着温度的升高，电电阻率也增大，功率将减小，形成阻率也增大，功率将减小，形成负负反反馈馈效效应应，发热发热功率的减小制功率的减小制约约了温度的了温度的进进一步升高。从以上一步升高。从以上分析可知，分析可知，tt1时时，温度会升高；，温度会升高；tt2时时，温度会降低。故，温度会降低。故温控点在温控点在t1t2，即温度保持在，即温度保持在t1t2间间的某一的某一值值。综综上分析可知，本上分析可知，本题题的正确的正确选项选项是是A、D，即温度控制，即温度控制点在点在图图像的两个极像的两个极值值点之点之间间。故。故选选A、D。答案：答案：AD返回返回返回返回 随堂基础巩固随堂基础巩固 点此进入返回返回 课时跟踪训练课时跟踪训练 点此进入