《高中物理 第5章 传感器及其应用 第3节 大显身手的传感器课件 鲁科版选修3-2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第5章 传感器及其应用 第3节 大显身手的传感器课件 鲁科版选修3-2.ppt（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第3节大显身手的传感器节大显身手的传感器记 学习目标1了解传感器应用的一般模式了解传感器应用的一般模式2了了解解力力传传感感器器在在洗洗衣衣机机上上的的应应用用了了解解光光传传感感器器在在自自动门上的应用动门上的应用3了了解解电电容容传传感感器器在在指指纹纹识识别别器器上上的的应应用用了了解解传传感感器器在机器人上的应用在机器人上的应用4感感受受传传感感器器技技术术给给人人类类生生活活带带来来的的便便利利，了了解解传传感感器器应用的设计思路应用的设计思路学 基础导学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使使用用了了_传传感感器器当当水水位位达达到到设设定定的的高高度度时时自自动
2、动_进进水水电电磁磁阀阀门门，_洗洗涤涤电动机电源电动机电源一、洗衣机水位控制系统一、洗衣机水位控制系统压力压力关闭关闭接通接通1控制自动门开关的是一种控制自动门开关的是一种_传感器传感器2自动门工作流程自动门工作流程二、自动门二、自动门红外线红外线指指纹纹识识别别器器是是通通过过_传传感感器器来来识识别别指指纹纹的的手手指指皮皮肤肤与与电电容容传传感感器器表表面面构构成成了了_，由由于于指指纹纹的的凹凹凸凸导导致致不同位置的电容差异不同位置的电容差异三、指纹识别器三、指纹识别器电容电容电容阵列电容阵列1机器人传感器的分类机器人传感器的分类机器人传感器分为机器人传感器分为_传感器和传感器和_传
3、感器传感器2传感器用途传感器用途(1)_传传感感器器用用于于感感知知外外部部_和和外外界界事事物物对对机机器器人人的的_，使使机机器器人人拥拥有有类类似似人人的的_、_、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点(2)_传传感感器器(如如角角度度传传感感器器、_等等)，用用于检测机器人的于检测机器人的_四、传感器与机器人四、传感器与机器人外部外部内部内部外部外部工作环境工作环境刺激刺激视觉视觉听觉听觉内部内部关节传感器关节传感器状态状态悟 名师指点1红外线传感器的工作原理红外线传感器的工作原理任任何何物物质质，只只要要它它具具有有一
4、一定定的的温温度度(高高于于绝绝对对零零度度)都都能能辐辐射射红红外外线线；且且温温度度不不同同的的物物体体辐辐射射出出的的红红外外线线波波长长不不同同，探探测测器器的的敏敏感感元元件件接接收收到到物物体体发发出出的的红红外外线线，并并将将其其转转化化成成电电压压信信号输出，便可驱动各种控制电路工作号输出，便可驱动各种控制电路工作一、红外线传感器的工作原理及应用一、红外线传感器的工作原理及应用3红外线传感器的应用红外线传感器的应用红红外外线线传传感感器器常常用用于于无无接接触触温温度度测测量量、气气体体成成分分分分析析、无无损损探探伤伤等等，在在气气象象预预报报、卫卫星星遥遥感感、医医学学、军
5、军事事等等领领域域都都有有广广泛应用泛应用4自动门上的红外传感器自动门上的红外传感器人人体体辐辐射射的的红红外外线线波波长长为为9 m10 m，传传感感器器探探测测元元件件的的波波长长灵灵敏敏度度在在0.2 m20 m范范围围内内几几乎乎稳稳定定不不变变，在在传传感感器器顶顶端端开开设设了了一一个个装装有有滤滤光光镜镜片片的的窗窗口口，这这个个滤滤光光片片可可通通过过光光的的波波长长范范围围为为7 m10 m，正正好好适适合合于于人人体体红红外外辐辐射射的的探探测测，而而对对其其他他物物体体发发出出的的红红外外线线全全部部吸吸收收，这这样样便便形形成成了了一一种种专专门门用作探测人体辐射的红外
6、线传感器用作探测人体辐射的红外线传感器(1)红外线用肉眼看不到红外线用肉眼看不到(2)不同物质发出的红外线不同不同物质发出的红外线不同(3)一切物体均发出红外线一切物体均发出红外线1下列装置中不使用红外线传感器的是下列装置中不使用红外线传感器的是()A电视遥控装置电视遥控装置B红外线温度计红外线温度计C卫星遥感卫星遥感 D电子台秤电子台秤答案：答案：D1机器人的构成机器人的构成机机器器人人主主要要包包括括三三个个部部分分：环环境境信信息息采采集集部部分分(相相当当于于人人的的感感觉觉器器官官)、环环境境识识别别和和动动作作控控制制部部分分(相相当当于于人人的的大大脑脑)、动动作部分作部分(相当
7、于人的手、脚等相当于人的手、脚等)2机器人的感觉机器人的感觉传传感感器器是是机机器器人人的的感感觉觉器器官官，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，各各种种传传感感器器和和机机器器人人的的感感觉的对应关系见下表：觉的对应关系见下表：二二、传传感感器器使使机机器器人人拥拥有有哪哪些些感感觉觉？分分别别是是哪哪种种传传感感器器的功劳？的功劳？感觉感觉所用传感器所用传感器效果效果当前发展水平当前发展水平视觉视觉视觉传感器视觉传感器(摄摄像机像机)使机器人拥有人使机器人拥有人眼的视觉功能眼的视觉功能离自然人的视觉水平离自然人的视觉
8、水平相差甚远相差甚远听觉听觉超声波传感器超声波传感器语音识别装置语音识别装置使机器人拥有类使机器人拥有类似人耳的听觉功似人耳的听觉功能能能理解一些简单的语能理解一些简单的语句，不能真正实现人句，不能真正实现人机对话机对话嗅觉嗅觉气体传感器气体传感器使机器人拥有类使机器人拥有类似人鼻的功能似人鼻的功能只能识别有限的几种只能识别有限的几种气体，一般机器人没气体，一般机器人没有嗅觉有嗅觉触觉触觉压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器位移传感器位移传感器使机器人拥有类使机器人拥有类似人的皮肤和手似人的皮肤和手的功能的功能发展水平较高，虽不发展水平较高，虽不如人的感觉敏锐，但如人的感觉敏锐，但能完成大
9、部分要求能完成大部分要求机机器器人人的的发发展展方方向向是是高高度度拟拟人人的的人人工工智智能能机机器器人人；但但目目前前的的电电脑脑运运算算能能力力、传传感感器器制制造造技技术术等等均相距甚远均相距甚远2机机器器人人通通过过哪哪种种传传感感器器感感知知周周围围环环境境，从从而而避避开开障障碍碍物物()A温度传感器温度传感器 B压力传感器压力传感器C味觉传感器味觉传感器 D视觉传感器视觉传感器解解析析：机机器器人人通通过过“眼眼睛睛”(摄摄像像机机)即即视视觉觉传传感感器器感感知知周周围景物，从而避开障碍物围景物，从而避开障碍物答案：答案：D讲 典例精析 传感器的应用传感器的应用已已知知敏敏感
10、感元元件件的的质质量量为为m，两两侧侧弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数均均为为k，电电源源电电动动势势为为E，电电源源内内阻阻不不计计滑滑动动变变阻阻器器的的总总电电阻阻值值为为R，有有效效长长度度为为l.静静态态时时，输输出出电电压压为为U0，试试推推导导加加速速度度a与与输输出出电压电压U的关系式的关系式由由于于系系统统整整体体做做加加速速运运动动，敏敏感感元元件件使使两两弹弹簧簧均均发发生生形形变变l，同同时时滑滑动动变变阻阻器器上上的的滑滑动动触触头头也也会会同同步步的的滑滑动动l，因因而而综综合合运运用用牛牛顿顿第第二二定定律律和和闭闭合合电电路路欧欧姆姆定律即可求解定律即可求解11：如
11、如图图所所示示是是某某种种电电子子秤秤的的原原理理示示意意图图，AB为为一一均均匀匀的的滑滑线线电电阻阻，阻阻值值为为R，长长度度为为L，两两边边分分别别有有P1、P2两两个个滑滑动动头头，P1可可以以在在竖竖直直绝绝缘缘光光滑滑的的固固定定杆杆MN上上保保持持水水平平状状态态而而上上下下自自由由滑滑动动，弹弹簧簧处处于于原原长长时时，P1刚刚好好指指着着A端端，P1与与托托盘盘固固定定相相连连，若若P1、P2间间出出现现电电压压时时，该该电电压压经经过过放放大大，通通过过转转换换后后在在显显示示屏屏上上将将显显示示物物体体重重力力的的大大小小已已知知弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k，托托盘
12、盘自自身身质质量量为为m0，电电源源电电动动势势为为正正，内内阻阻不不计计，当当地地的重力加速度为的重力加速度为g.求：求：(1)托托盘盘上上未未放放物物体体时时，在在托托盘盘自自身身重重力力作作用用下下，P1离离A的的距离距离x1.(2)托盘上放有质量为托盘上放有质量为m的物体时，的物体时，P1离离A的距离的距离x2.(3)在在托托盘盘上上未未放放物物体体时时通通常常先先校校准准零零点点，其其方方法法是是：调调节节P2，使使P2离离A的的距距离离也也为为x1，从从而而使使P1、P2间间的的电电压压为为零零校校准准零零点点后后，将将物物体体m放放在在托托盘盘上上，试试推推导导出出物物体体质质量
13、量m与与P1、P2间的电压间的电压U之间的函数关系式之间的函数关系式光光敏敏电电阻阻在在各各种种自自动动化化装装置置中中有有很很多多应应用用，其其中中就就有有可可用用于于街街道道的的路路灯灯自自动动控控制制开开关关下下图图为为实实验验所所用用器器材材，其其中中A为为光光敏敏电电阻阻，B为为电电磁磁继继电电器器，C为为电电流流放放大大器器，D为为路路灯灯，请请连连成成正正确确的的电电路路，达达到到日日出出路路灯灯熄熄、日日落路灯亮的效果，并说明此电路的工作原理落路灯亮的效果，并说明此电路的工作原理 用传感器设计简单的自动控制电路用传感器设计简单的自动控制电路解析：解析：连线如图所示连线如图所示原
14、原理理：白白天天，光光照照强强，光光敏敏电电阻阻A阻阻值值小小，控控制制电电路路中中电电流流大大，电电磁磁铁铁磁磁力力强强，将将衔衔铁铁吸吸合合，两两触触点点分分离离，路路灯灯电电路路不不通通，灯灯不不亮亮；傍傍晚晚，日日落落后后光光照照弱弱，光光敏敏电电阻阻A阻阻值值大大，控控制制电电路路中中电电流流小小，电电磁磁铁铁磁磁力力弱弱，衔衔铁铁向向上上移移使使两两触触点点接接触触，路路灯电路接通，灯亮灯电路接通，灯亮21：如如图图所所示示为为小小型型电电磁磁继继电电器器的的构构造造示示意意图图，其其中中L为为含含铁铁芯芯的的线线圈圈，P为为可可绕绕O点点转转动动的的铁铁片片，K为为弹弹簧簧，S为
15、为一一对对触触头头，A、B、C、D为为四四个个接接线线柱柱电电磁磁继继电电器器与与传传感感器器配配合可完成自动控制的要求，其工作方式是合可完成自动控制的要求，其工作方式是()AA与与B接信号电压，接信号电压，C与与D可跟被控电路串联可跟被控电路串联BA与与B接信号电压，接信号电压，C与与D可跟被控电路并联可跟被控电路并联CC与与D接信号电压，接信号电压，A与与B可跟被控电路串联可跟被控电路串联DC与与D接信号电压，接信号电压，A与与B可跟被控电路并联可跟被控电路并联解解析析：由由图图可可知知A、B与与电电磁磁继继电电器器线线圈圈相相连连，所所以以A、B应应接接信信号号电电压压，控控制制电电磁磁
16、继继电电器器工工作作与与否否，从从而而使使C、D接接通通或断开，进而起到控制作用故正确答案为或断开，进而起到控制作用故正确答案为A答案：答案：A试 综合应用如如图图所所示示是是一一种种悬悬球球式式加加速速度度仪仪，它它可可以以用用来来测测定定沿沿水水平平轨轨道道运运动动的的列列车车的的加加速速度度，金金属属球球的的质质量量为为m，它它系系在在金金属属丝丝的的下下端端，金金属属丝丝的的上上端端悬悬挂挂在在O点点，AB是是一一根根长长为为L的的均均匀匀电电阻阻丝丝，其其阻阻值值为为R，金金属属丝丝与与电电阻阻丝丝接接触触良良好好，摩摩擦擦不不计计，电电阻阻丝丝的的中中心心C焊焊接接一一根根导导线线
17、，从从O点点也也引引出出一一根根导导线线，两两线线之之间间接接入入一一个个电电压压表表V，(金金属属丝丝和和导导线线电电阻不计阻不计)传感器与力、电的综合传感器与力、电的综合图图中中虚虚线线OC与与AB垂垂直直，且且OCh，电电阻阻丝丝AB接接在在电电压压为为U的的直直流流稳稳压压电电源源上上，整整个个装装置置固固定定在在列列车车中中并并使使AB沿沿车车前前进进的的方方向向列列车车静静止止时时金金属属丝丝呈呈竖竖直直状状态态，当当列列车车加加速速或或减减速速前前进进时时，金金属属丝丝将将偏偏离离竖竖直直方方向向，从从电电压压表表V的的读读数数变变化化可可以以测测出加速度的大小出加速度的大小当当
18、列列车车向向右右做做匀匀加加速速直直线线运运动动时时，试试导导出出加加速速度度a与与电电压压表读数表读数U，的关系式，的关系式(用用U、U、L、h及重力加速度及重力加速度g等表示等表示)思思路路点点拨拨：列列车车的的加加速速度度变变化化时时，悬悬球球的的位位置置发发生生变变化化，从从而而使使电电压压表表的的示示数数发发生生变变化化，根根据据闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律和和牛牛顿顿第二定律求得第二定律求得a与与U的关系的关系在在传传感感器器的的应应用用中中，电电路路与与力力的的知知识识是是经经常常用用到到的的，对对闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律和和牛牛顿顿第第二二定定律律应应熟熟练掌握练掌
19、握31：如如图图甲甲是是汽汽车车过过桥桥时时对对不不同同类类型型桥桥面面压压力力变变化化的的实实验验采采用用DIS方方法法对对模模型型进进行行测测量量，其其结结果果如如图图乙乙中中电电脑脑屏屏幕幕所示所示(1)图甲中的传感器为图甲中的传感器为_传感器；传感器；(2)图图甲甲中中分分别别为为三三种种不不同同类类型型的的桥桥面面，对对于于凸凸形形桥桥，其其相相对对应应的的压压力力图图线线应应是是屏屏幕幕上上的的_(填填“a”“b”或或“c”)(3)如如增增大大小小球球在在斜斜槽槽上上的的高高度度，在在图图乙乙中中大大致致画画出出小小球球通通过凸形桥过凸形桥时的压力图线时的压力图线解解析析：(1)由
20、由于于是是将将压压力力信信号号转转化化为为电电信信号号，所所以以是是压压力力传感器传感器(2)桥桥面面如如题题图图所所示示，小小球球在在最最高高点点时时对对桥桥的的压压力力小小于于重重力；力；桥面如题图桥面如题图所示，小球对桥的压力不变，总等于重力；所示，小球对桥的压力不变，总等于重力；桥面如题图桥面如题图所示，小球在最低点时对桥的压力大于重力；所示，小球在最低点时对桥的压力大于重力；由此可得：对应凸形桥由此可得：对应凸形桥的压力图线是电脑屏幕上的的压力图线是电脑屏幕上的c.(3)若若增增大大小小球球在在斜斜槽槽上上的的高高度度，小小球球通通过过凸凸形形桥桥时时的的压压力图线将向下凹，即如图所
21、示力图线将向下凹，即如图所示答案：答案：(1)压力压力(2)c(3)见解析图见解析图练 随堂演练1洗衣机中的水位控制装置使用的是洗衣机中的水位控制装置使用的是()A光传感器光传感器B压力传感器压力传感器C湿度传感器湿度传感器 D温度传感器温度传感器答案：答案：B2指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用()A乘坐客车购票时乘坐客车购票时 B过公路收费处时过公路收费处时C放学出校门口时放学出校门口时 D开银行保险柜时开银行保险柜时答案：答案：D3机机器器人人技技术术发发展展迅迅速速，以以下下哪哪方方面面是是现现有有的的机机器器人人不不能很好地完成的能很好地
22、完成的()A汽车工业中自动焊接领域汽车工业中自动焊接领域B深水探险深水探险C艺术体操和与人对话艺术体操和与人对话D机械加工机械加工解解析析：现现有有的的机机器器人人技技术术限限于于制制造造工工艺艺、计计算算机机技技术术和和传传感感器器技技术术，还还很很难难达达到到类类似似人人对对肢肢体体的的控控制制能能力力，其其动动作作精精确确但但较较僵僵硬硬，语语音音识识别别能能力力还还很很差差，在在其其他他几几个个方方面面机机器器人人都都有上佳表现有上佳表现答案：答案：C4下下列列情情况况不不可可能能是是由由于于水水位位控控制制装装置置损损坏坏引引起起的的是是()A洗衣机不加水洗衣机不加水B洗衣机加水不能
23、自动停止洗衣机加水不能自动停止C洗衣机不排水洗衣机不排水D洗衣机不洗衣洗衣机不洗衣解解析析：洗洗衣衣机机水水位位控控制制装装置置正正常常，才才能能正正常常加加水水，且且加加到到合合适适的的水水位位，若若损损坏坏可可能能导导致致一一直直不不加加水水或或一一直直不不停停地地加加水水，所所以以A、B可可能能，而而这这两两种种情情况况都都会会导导致致洗洗衣衣机机洗洗衣衣程程序序不不工工作，所以作，所以D可能，故选可能，故选C答案：答案：C5全全自自动动洗洗衣衣机机中中的的排排水水阀阀是是由由程程序序控控制制器器控控制制其其动动作作的的，当当进进行行排排水水和和脱脱水水工工序序时时，控控制制铁铁芯芯1的
24、的线线圈圈通通电电，使使铁铁芯芯2运运动动，从从而而牵牵引引排排水水阀阀的的阀阀门门，排排除除污污水水(如如图图所所示示)以以下下说法中正确的是说法中正确的是()A若若输输入入的的控控制制电电流流由由a流流入入，由由b流流出出，则则铁铁芯芯2中中A端端为为N极，极，B端为端为S极极B若若输输入入的的控控制制电电流流由由a流流入入，由由b流流出出，则则铁铁芯芯2中中A端端为为S极，极，B端为端为N极极C若若a、b处输入交变电流，铁芯处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中不能被吸入线圈中D若若a、b处输入交变电流，铁芯处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中仍能被吸入线圈中解解析析：控控制制电电流流
25、由由ab，由由安安培培定定则则、电电磁磁铁铁左左端端为为N极极，右右端端为为S极极，铁铁芯芯2被被磁磁化化，A端端为为N极极，B端端为为S极极，而而被被吸吸入入线线圈圈中中若若a、b处处输输入入交交变变电电流流，铁铁芯芯1磁磁性性不不断断变变化化，铁芯铁芯2磁性也随之变化，仍能被吸入线圈磁性也随之变化，仍能被吸入线圈答案：答案：AD6电电子子打打火火机机的的点点火火原原理理是是压压电电效效应应，压压电电片片在在受受压压时时会会在在两两侧侧形形成成电电压压且且电电压压大大小小与与压压力力近近似似成成正正比比，现现有有一一利利用用压压电电效效应应制制造造的的电电梯梯加加速速度度传传感感器器，如如图
26、图所所示示压压电电片片安安装装在在电电梯梯地地板板下下，电电压压表表与与压压电电片片构构成成闭闭合合回回路路用用来来测测量量压压电电片片两两侧侧形形成成的的电电压压，若若发发现现电电压压表表示示数数增增大大，下下列列说说法法正正确确的的是是()A电梯一定加速上升电梯一定加速上升 B电梯一定减速下降电梯一定减速下降C电梯加速度一定向上电梯加速度一定向上 D电梯加速度一定向下电梯加速度一定向下解解析析：由由题题意意知知，电电压压表表示示数数增增大大说说明明电电梯梯地地板板对对压压电电片片压压力力增增大大，故故电电梯梯处处于于超超重重状状态态，加加速速度度一一定定向向上上C对对，D错但电梯可能加速上
27、升也可能减速下降，错但电梯可能加速上升也可能减速下降，A、B错错答案：答案：C7温温度度传传感感器器广广泛泛应应用用于于室室内内空空调调、电电冰冰箱箱等等家家用用电电器器中中，它它是是利利用用热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度变变化化的的特特性性来来工工作作的的，如如图图甲甲所所示示，电电源源的的电电动动势势E9.0 V，内内阻阻不不计计；G为为灵灵敏敏电电流流表表，内内阻阻Rg保保持持不不变变；R为为热热敏敏电电阻阻，其其电电阻阻阻阻值值与与温温度度的的变变化化关关系系如如图图乙乙所所示示，闭闭合合开开关关S，当当R的的温温度度等等于于20 时时，电电流流表表示示数数I12 mA；当当电电流流表表的的示示数数I23.6 mA时时，热热敏敏电电阻阻的温度是的温度是()A60 B80 C100 D120 答案：答案：D谢谢观看！谢谢观看！
