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1、第五章第五章 传感器传感器学习目标物理与STSE1.了解传感器在日常生活和生产中的应用.2.会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高分析解决问题的能力 心率测算 汽车上的传感器 知识点一生活中的传感器电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要用到温度传感器；自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等，均使用了红外线传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等.知识点二农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了湿度传
2、感器和温度传感器.知识点三工业生产中的传感器生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器（如光栅传感器）进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工.知识点四航天航空中的传感器在运输火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员各种生理状况的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等.小试身手1.（多选）下列关于光传感火灾报警器的说法中正确的是（）A.发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的B.光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号C.
3、发光二极管发出的是脉冲微光D.如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作解析：发光二极管工作时是持续发光的，挡板撤去，光始终照到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关.答案：AB2.（多选）下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（）A.应变片是由导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压值也越大解析：应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，选项B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，选项D正确.答案：BD探究一传感器问题的分析方
4、法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.分析传感器应注意的四点问题：（1）检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等.（2）敏感元件分析：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）执行机构分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量
5、转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程.以力传感器为例：传感器感受力的信息（如大小、方向是否变化等）后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进行某种操作（如借助继电器控制电路通断，借助仪表进行显示等）.以光传感器为例：光传感器感受光的信息（如光的强弱、颜色等），通过敏感元件（如光敏电阻、光电池等）将光的信息转换为电阻、电流等电学量，然后经过放大，传输到执行机构后执行某种操作.【典例1】下图是一个报警器的装置的逻辑电路图.RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端.（1）为什么在高温时电铃
6、会响起？（2）为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些.解析：（1）热敏电阻的温度上升，RT变小，A端的电压低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起.（2）若R的值大，由于它的分压作用.使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使PX之间电压降到低电压输入，而当A端的电压降低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起.答案：见解析1.如图甲所示是一火警报警装置的一部分电路，其中R2是半导体热敏电阻（传感器），它的电阻R随温度t变化关系如图乙所示，该电路的输出端a、b接报警器，当传感器所在处出现火
7、情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比（）A.I变大，U变大B.I变小，U变小C.I变小，U变大D.I变大，U变小解析：当传感器所在处出现火情时，温度升高，即R2的阻值减小，故外电阻减小，干路电流增大，内电压、R4两端的电压均增大，故a、b两端电压减小；并联电路的电压减小、通过R3的电流减小，而总电流增大，所以R2上通过的电流增大，故D选项正确.答案：D2.如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求.其工作方式是（）A.A与B接信号电压，
8、C与D可跟被控电路串联B.A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联C.C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联D.C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联解析：由题图可知A、B与电磁继电器线圈相连，所以A、B应接信号电压，控制电磁继电器工作，从而使C、D所在电路接通或断开，进而起到控制作用，应与被控电路串联，所以选项A正确.答案：A3.传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器（实质是自动开关）是其中的一种.某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的.常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路.下列关于该消毒柜的几种电路图中（图中S为电源开
9、关），连接正确的是（）解析：图中温度传感器和消毒柜串联，传感器闭合时，消毒柜工作，传感器断开时，消毒柜停止工作，符合题意.答案：A探究二传感器的实际应用1.电熨斗.（1）构造（如图所示）.（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受热膨胀系数不同，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
10、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.3.力传感器的应用电子秤.（1）组成：由金属梁和应变片组成.（2）工作原理：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，下表面的电阻变小.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.外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小.4.光传感器的应用火灾报警器.（1）组
11、成及敏感元件：由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，敏感元件为光电三极管.（2）工作原理：【典例2】（多选）为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R05，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R125，电源输出电压恒为U3 V，理想电流表的量程为00.6 A.当拉环不受力时，滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是（不计电源内阻）（）A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读
12、数为0.1 AC.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处D.当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处4.（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，下列说法正确的是（）A.常温下感温磁体具有较强的磁性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答案：ACD5.（多选）压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如下图甲、乙、丙、丁所示，下列判断正确的是（）A.图甲表示电梯可能做匀速直线运动B.图乙表示电梯可能做匀加速上升运动C.图丙表示电梯可能做匀加速上升运动D.图丁表示电梯可能做匀减速下降运动解析：甲图中电流表示数和静止时相等，故可能做匀速直线运动，选项A正确；乙图中电流表示数为2I0，且保持不变，故压敏电阻所受压力增大，电阻变小，物体超重，电梯可能匀加速上升，选项B正确；丙、丁图中是电流表的示数随时间变化，故电梯的加速度是变化的，不可能是匀加速或匀减速，选项C、D错误.答案：AB
