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5.3大显身手的传感器 学案(含答案)

1、第第 3 3 节节 大显身手的传感器大显身手的传感器 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.了解传感器在洗衣机水位控制装置、 自动门、 指纹识别器、 机器人中的应用。 2.了解传感器应用的设计思路,能设计 简单的应用传感器的控制电路。 会分析红外线传 感器、压力传感 器、电容器传感器 的工作原理。 感受传感器技术 给人类生活带来 的便利,体会科学 技术的重要性。 知识点 传感器的应用 观图助学 甲 乙 图甲为触屏手机,我们在使用手机时,通过手指在屏上的滑动便可以操控手机。 图乙为变频空调,设置好温度后,空调便会根据室内的温度调整功率,你能说出 手机和空调应用了什么传感器吗?

2、1自动感应门 (1)控制自动门开关的是一种红外线传感器。 (2)工作原理:人体发出的红外线,经红外感应器入射窗的滤光片后,聚焦到感 应器的热电元件上,热电元件感知温度上升后,会因为热电效应释放电荷,使电 路中的电阻、电流、电压等电学量发生变化。由此,红外传感器便把门前有无人 的非电学信息转换成电路可识别的电学信息了。 2洗衣机水位控制 全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器,当筒内水位到达设定高度时, 凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点,使控制电路接通,关闭进水电磁阀 门,接通洗涤电动机电源。 3指纹识别器 指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。 手指皮肤与电容传感器表面构成了 电容

3、阵列,由于指纹的凹凸导致不同位置的电容存在差异。 4机器人 (1)机器人传感器的分类 机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。 (2)传感器用途 外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。 使机器人拥有 类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。 内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。 思考判断 (1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器。() (2)自动门利用了红外线传感器。() (3)指纹识别器是利用压力传感器。(), 手机应用了电容传感器,空调应用了温度传感器。 红外线具有显著的热效应,当红外线聚焦到感应器的热电元件上时,会使热电元 件温度上升

4、。 水位控制装置中膜片鼓起时,动触点 a 与静触点 b 脱离,并与静触点 c 接触。 手指相当于电容器的一个极板,指纹的凹凸使电容器极板间的距离不同。 核心要点 自动感应门、洗衣机水位控制 问题探究 2020 年春在我国爆发的新型冠状病毒肺炎,具有传染性强,潜伏期长等特点, 发病时会出现发热、干咳、身体乏力等一系列症状,疫情的防治过程展现出中国 速度、中国规模、中国效率,彰显了中国特色社会主义制度的优越性,图为工作 人员正在应用非接触式测温仪进行体温筛查。 (1)这种测温仪利用了什么传感器? (2)这种测温仪的优点是什么? 答案 (1)红外线传感器。(2)非接触式红外测温仪在测温时不必与被测物

5、体表面 接触并可立即显示体温值。 探究归纳 1自动门红外线传感器 (1)工作原理 当有人接近自动门时,人体发出的红外线被传感器接收到,就会产生电压输出信 号,信号经过电路处理后,使定时器工作,由定时器构成的电路使继电器通电, 自动门电动机转动,门自动打开;当人通过自动门几秒后,定时器又使继电器断 电,自动门电动机反转,门自动关闭。 (2)工作流程图 2洗衣机水位控制装置压力传感器 工作原理图及结构 (1)结构 1 是洗衣机的外筒,2 是洗衣机的内筒,3 是气室,4 是传感器的膜盒。 (2)工作原理 如图(a)所示,气室下部与外筒连通,上部与软管、传感器的膜盒连通。当向桶 内注水后,气室内被封闭

6、的空气压强增大,使传感器的膜片向上凸起,当筒中水 位到达设定的高度时,凸起的膜片使动触点 a 与静触点 b 脱离,并与静触点 c 接 触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,洗衣机 开始工作。 经典示例 例 1 在发生地震及泥石流灾害时, 救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在 废墟中的伤员,根据所学知识,你认为“生命探测仪”可能用到了( ) A红外线传感器 B压力传感器 C振动传感器 D电容传感器 解析 伤员被深埋在废墟中, 借助红外线传感器, 可以感知人与周围环境的差别, 因伤员与尸体的温度不同,借助探测仪可以探测到活着的被困人员,A 正确。 答案 A 针对训练 下

7、列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是( ) A洗衣机不加水 B洗衣机加水不能自动停止 C洗衣机不排水 D洗衣机不洗衣 解析 洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可 能导致一直不加水或一直不停地加水,所以 A、B 可能,而这两种情况都会导致 洗衣机洗衣程序不工作,所以 D 可能,故选 C。 答案 C 核心要点 指纹识别器、机器人 要点归纳 1指纹识别器电容传感器 工作原理:指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。传感器表面集合了很多 个电容器的极板,其外面是绝缘表面,当用户的手指放在绝缘表面上时,手指的 皮肤就成了电容器的另一个极板, 由于指纹的脊和谷相对于另一个

8、极板的距离不 同,使电容阵列不同位置的电容器的电容值也不同。通过读取这些电容的差异, 就能够获取指纹信息。这样就把指纹的信息转化成了电信号,再经过电路对电信 号的比较,就可以实现对指纹的识别。 2机器人与传感器 (1)机器人 定义:是一种拟人化的电子机械装置,具有一定的运动、感觉和判断功能。 组成:机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统。 (2)传感器系统 作用:机器人的感觉器官。 分类:外部传感器和内部传感器。 经典示例 例 2 如图所示是一个测定液面高度的传感器。 在导线芯的外面涂上一层绝缘物 质,放在导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两极,把这两极接入外电 路, 当外电路中的电流

9、变化说明电容值增大时,则导电液体的深度 h 的变化情况 为( ) Ah 增大 Bh 减小 Ch 不变 D无法确定 解析 由题图知,导线芯和导电液体构成电容器的两极,导电液体深度的变化引 起两极正对面积 S 的改变,电容的计算公式为 C rS 4kd,电容增大,说明正对面 积增大,故导电液体深度 h 增大。 答案 A 1(光传感器的应用)下列器件中应用了光传感器的是( ) A光电鼠标 B电饭锅 C测温仪 D电子秤 解析 光电鼠标利用了光传感器,A 正确;电饭锅和测温仪要感知温度,所以用 的是温度传感器,B、C 错误;电子秤用的是力传感器,D 错误。 答案 A 2 (温度传感器的应用)小强用恒温箱

10、进行实验时, 发现恒温箱的温度持续升高, 无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。如图所示,下列对故障判断 正确的是( ) A只可能是热敏电阻出现故障 B 只可能是温度设定装置出现故障 C热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障 D可能是加热器出现故障 解析 由恒温箱原理图可知, 若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会 向控制器传递错误信息, 导致控制器发出错误指令, 故选项 C 正确, A、 B 错误; 若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使 温度持续升高,故选项 D 错误。 答案 C 3(压力传感器的应用)电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压

11、时会 在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比。 现有一利用压电效应制造的电梯 加速度传感器,如图所示。压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合 回路用来测量压电片两侧形成的电压。若发现电压表示数增大,下列说法正确的 是( ) A电梯一定加速上升 B电梯一定减速下降 C电梯加速度一定向上 D电梯加速度一定向下 解析 电压表示数增大说明人对地板的压力变大, 对人受力分析知地板对人的支 持力大于人所受的重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可 能向下减速。选项 C 正确。 答案 C 4(电容传感器的应用)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图 所示。Q 是绝缘支架,薄金属膜片 M 和固定电极 N 形成一个电容器,被直流电 源充电,当声波使膜片 M 振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当 膜片 M 向右运动的过程中有( ) A电容不变 B电容变小 C导线 AB 中有向左的电流 D导线 AB 中有向右的电流 解析 膜片 M 向右运动时,电容器两极板间的距离减小,电容变大。电荷量 Q CU 变大,电源要继续给电容器充电,所以导线 AB 中的电流由 B 流向 A。 答案 C