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1、2022高中物理第六章传感器第2节传感器的应用学案新人教版选修3 1.了解传感器在日常生活和生产中的应用2.了解传感器应用的一般模式3会分析简单的有关传感器应用的控制电路一、传感器应用的一般模式传感器电路二、力传感器的应用电子秤1组成：电子秤使用的测力装置是力传感器常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成2原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大如果让应变片中通过的
2、电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小传感器把这两个电压的差值输出力F越大，输出的电压差值也就越大3作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量三、温度传感器的应用1电熨斗(1)构造(如图所示)它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成(2)敏感元件：双金属片(3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断2电饭锅(1)构造(如图所示)(2)敏感元件：感温铁氧体(3)工作原理居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103_时，失去铁
3、磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开四、光传感器的应用火灾报警器烟雾散射式火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的敏感元件为光电三极管 判一判(1)通常的传感器可以直接用来进行自动控制()(2)力传感器中金属梁是敏感元件()(3)感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会失去铁磁性()(4)光电三极管在受到光照时呈高电阻状态()提示：(1)(2)(3)(4) 做一做(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是()A常温时上下触点是接触
4、的B双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C原来温度控制在80 断开电源，现要求60 断开电源，应使调温旋钮下调一些D由熨烫丝绸衣物状态转变为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些提示：选ABD.常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源切断温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，选项A、B、D对，C错 想一想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传感器问题分析1分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于
5、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)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等(2)输出信号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)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程如图是一种测定油箱油量多少或
6、变化多少的装置其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端当油箱中油量减少时，电压表的示数将如何变化？思路点拨解析由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小答案减小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： (1)明确该传感器所采用的核心部分是什么(2)当检测一非电学量变化时，传感器中与之对应的电阻如何变化(3)在电路中的显示部分与传感器中对应的电阻是串联
7、还是并联，或者是其他的连接方式 酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是()AU越大，表示C越大，C与U成正比BU越大，表示C越大，但是C与U不成正比CU越大，表示C越小，C与U成正比DU越大，表示C越小，但是C与U不成反比解析：选B.传感器电阻r
8、的倒数与浓度C成正比关系，即kC，电路中的电流为I，电压表示数UIR0，可见电压与浓度的关系不是正比关系，但随浓度的增加而增加，故B正确传感器的应用实例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
9、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 命题视角1力传感器的应用(多选)如图为握力器原理示意图，握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动，握力的大小可通过一定的换算关系由电流表的示数获得当人紧握握力器时，如果握力越大，下列判断正确的有()A电路中电阻越大B电路中电阻越小C电路中电流越小D电路中电流越大解析由图看出，握
10、力越大，变阻器接入电路的电阻越小，外电路的总电阻越小，故B正确，A错误；根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流越大，故D正确，C错误答案BD 命题视角2温度传感器的应用如图所示，甲为在温度为10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R120 k、R210 k、R340 k，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压Uab0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在()A10 B20 C30 D45 思路点拨 由题意可知，Uab0是电热丝加热和停止加热
11、的临界状态，根据串联分压知识可求得Uab0时RT的阻值，然后由乙图读出对应的温度解析由题意可知Uab0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负设电源负极的电势为零，则aU，bU，其中U为电源的路端电压，令ab，即Uab0，则可得，代入数据得RT20 k，查图得对应的温度为30 ，C正确答案C 命题视角3光传感器的应用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
12、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思路点拨 (1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光照减少，电阻值如何变化？(2)电磁铁线圈中电流大小与电磁铁的磁性大小有何关系？解析当手在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传感器应用问题的分析方法(1)首先要分清哪是主电路部分，哪是
13、控制电路部分(2)联系主电路和控制电路的关键点就是传感器中的敏感元件敏感元件感知主电路所处的状态，作出相应的反应，促使控制电路工作，保证主电路能工作在相应的设定状态之下 【通关练习】1(多选)(2018江苏启东中学月考)下列关于传感器说法中正确的是()A话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号C电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断D光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量解析：选BCD.话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故A错误；电子秤所使用的
14、测力装置是力传感器，利用通过应变片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故B正确；电熨斗是利用双金属片温度传感器，控制电路的通断，故C正确；光敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻随光照强度的增大而减小，故它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，故D正确2(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 时，下列说法中正确的是()A常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热B当温度超过103 时，感温磁体的磁性较强C饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ，这时开关按钮会跳起D常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ，开关按钮就不会自动跳起解析：选CD.煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，故A错误；饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103 )时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位，故B错误，C正确；电饭锅内有水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 不变，低于“居里温度”103 ，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温，D正确
