1、,第六章传感器,2传感器的应用 3实验：传感器的应用,学科素养与目标要求,物理观念：,了解传感器在日常生活和生产中的应用.,科学探究：,1.通过实验或演示实验，认识传感器在技术或生产中的应用. 2.能设计简单的传感器应用电路.,科学态度与责任：,通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增强学习兴趣并培养正确的科学态度.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.应变式力传感器可以用来测 、 、 等各种力. 2.应变片能够把 这个力学量转换为 这个电学量.,一、力传感器的作用
2、及原理,重力,压力,拉力,物体形变,电压,1.双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的 不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的 . 2.(1)电饭锅中温度传感器为 .感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约 时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”. (2)用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到 时，感温铁氧体失去铁磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关 .,二、温度传感器的工作原理,热膨胀系数,通断,感温铁氧体,103 ,103 ,断开,1.光传感器能把 转换为 . 2.最常见的光传感器有 、 、 、 等.
3、3.典型的应用，如 、 、 等.,三、光传感器的原理及应用,光信号,电信号,光敏电阻,光电管,光电二极管,光电三极管,鼠标,火灾报警器,光敏自动计数器,1.斯密特触发器是具有特殊功能的 ，符号为 . 2.当加在斯密特触发器的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)时，Y会从低电平跳到 (3.4 V).这样它将连续变化的 转换为突变的 .,四、光控开关和温度报警器,非门,高电平,模拟信号,数字信号,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)电子秤中的应变片的电阻随形变大小而变化.() (2)电
4、熨斗和电饭锅都是利用双金属片控制电路通断的.() (3)火灾报警器中的光电三极管的电阻随光照的增强而变小.() (4)利用红外线敏感元件可以实现无接触测温.(),2.电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压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1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，则电梯加速度一定_(填“向上”或“向下”)，电梯可能_(填“加速”或“减速”)下降. 图1,向上,减速,重点探究,一、力传感器的应用电子秤,如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元
5、件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片.结合力传感器的特点，叙述它的工作原理.,导学探究,答案在梁的自由端施力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.,例1(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2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/
6、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 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数为0.1 A C.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,图2,解析若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，电路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；,二、温度传感器的应用电熨斗、电饭锅,(1)如图所示为电熨斗的结构，其中双金属片上层金
7、属的热膨胀系数大于下层金属.常温下，电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？,导学探究,答案常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高时双金属片膨胀，因上层的金属片热膨胀系数较大，故上层金属片膨胀得厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热.,(2)电饭锅的结构如图所示. 开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？,答案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
8、，手松开后，由于锅内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态.,煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？,答案煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变.因为水沸腾时，温度不变.不能自动断电，因为如果用电饭锅烧水，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，因此用电饭锅烧水不能实现自动控温.,饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动发生哪些动作？,答案饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上
9、升到“居里温度”(约103 )时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁体与之分离，开关自动断开，且不能自动复位.,例2如图3所示是自动调温式电熨斗，下列说法不正确的是 A.常温时上、下触点是接触的 B.双金属片温度升高时，上层的金属片形 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，应使调温旋钮下移一些 D.由熨烫丝绸衣物状态(温度较低)转化为 熨烫棉麻衣物状态(温度较高)，应使调温旋钮下移一些,解析常温工作时，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，A、B、D正确，C错误.,图3,例3
10、(多选)电饭锅的结构如图4所示，如果感温磁体的“居里温度”为103 时，下列说法中正确的是 图4 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，锅底的温度会达到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,三、光传感器的应用火灾报警器,如图所示是火灾报警器的内部结构，它由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，请简述它的工作原理.,导学探究,答案正常情况下，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，当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
11、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.,例4如图5所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态.发生火灾时，下列说法正确的是 A.进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管 电阻更大，检测电路检测出变化发出警报 B.光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路 检测出变化发出警报 C.进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线 照到光电三极管上，电阻变小，检测电路检 测出变化发出警报 D.以上说法均不正确,图5,解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩
12、内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C正确.,达标检测,1.(光传感器的应用)(多选)(2017济宁市高二检测)如图6所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图.其中A为光源，B为由电动机带动的匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻.每当扶梯上有顾客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次.此光计数器的基本工作原理是 A.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 B.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,图6,解析当光照
13、射R1时，R1阻值减小，R总减小，电源电压不变，故电路中的电流增大，R2是定值电阻，U2IR2，R2两端电压增大，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确； 当有人时信号处理系统计数，即没有光照时获得低电压，C正确，D错误.,1,2,3,4,5,6,2.(力传感器的应用)(2018烟台市高二下学期期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图7甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是 A.0到t1时间内，升降机一定静
14、止 B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 C.t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动,图7,1,2,3,4,5,6,3.(力传感器的应用)(2018聊城市高二下学期期末)用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重.经实测，某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：,将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R(最大电阻999.9 )及部分其他器材组成了如图8甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I20 mA 时，电磁继电器的衔铁被吸合. 已知继电器线圈的电阻为25 ， 继电器控制电路的电压由传感
15、器的输出电压U提供.(假设U不 受继电器电路影响),图8,1,2,3,4,5,6,(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图象；,答案见解析图,解析横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，根据表中数据，所作图象如图所示,1,2,3,4,5,6,(2)当压力增大到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在_(选填“A、B”或“C、D”)两端；,解析当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间；,1,2,3,4,5,6,C、D,(
16、3)为使车重G3.0105 N时启动报警系统，则电阻箱R的电阻应调节到_ ；,解析由图可知当FN3.0105 N时U2.5 V，而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A，故电路总电阻R总 125 ，所以电阻箱接入电路的阻值RR总R线125 25 100 ；,100,1,2,3,4,5,6,(4)通过调整电阻箱R的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为_ N.,解析因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I20 mA0.02 A，继电器线圈的电阻R线25 ，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小IR线0.02 A25 0.5 V，由图象可知，输出电压为0.5 V时
17、，对应的压力为6.0104 N.,1,2,3,4,5,6,6.0104,4.(温度传感器的应用)(2018梅河口市第五中学高二月考)电饭煲的工作原理如图9所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成.S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 )时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70 80 时，自动断开，低于70 时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起_作用，R3是发热电阻.接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温
18、度达到 70 80 时，S2断开，当温度达到103 时饭熟，S1断开， 当温度降到70 以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态， 由以上描述可知R2_R3(填“”)，若用 电饭煲烧水时，S1_(填“会”或“不会”)自动断开.,限流,不会,图9,1,2,3,4,5,6,解析通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，而并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2R3.若用电饭煲烧水时，温度达不到居里点(103 )，S1不会自动断开.,1,2,3,4,5,6,5.(温度传感器的应用)传感器担负着信息采集的
19、任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图10甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问： (1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在_(填“a”或“b”)处.,a,解析由题图甲可知，热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处.,图10,1,2,3,4,5,6,(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向_移动(填“左”或
20、“右”).,左,解析为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片应左移.,1,2,3,4,5,6,(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是_ _.,电源提供电压太小以至于电磁铁,1,2,3,4,5,6,磁性太弱或弹簧劲度系数太大,6.(光传感器的应用)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻R
21、G在不同照度下的阻值如表所示：,(1)根据表中的数据，请在图11给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点；,答案如图甲所示光敏电阻的阻值随光的照度的增大而非线性减小,图11,1,2,3,4,5,6,(2)如图12所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响) 提供的器材如下： 光敏电阻RG(符号 ，阻值见表)； 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)； 定值电阻：R110 k，R220 k，R3 40 k(限选其中之一并在图中标出)； 开关S及导线若干.,答案如图乙所示,图12,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,所以R10 k，定值电阻应选R1.,
