高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 第1節(jié) 揭開傳感器的“面紗”教師用書 魯科版選修3-2

《高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 第1節(jié) 揭開傳感器的“面紗”教師用書 魯科版選修3-2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 第1節(jié) 揭開傳感器的“面紗”教師用書 魯科版選修3-2（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第1節(jié)　揭開傳感器的“面紗” 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道什么是傳感器. 2.知道傳感器的作用和意義．(重點(diǎn)) 3.知道傳感器的種類．(重點(diǎn)) 4.理解傳感器的工作原理．(難點(diǎn)) 傳 感 器 1．什么是傳感器 (1)定義：能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置． (2)功能：傳感器通常用在自動(dòng)測量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù)，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量． 2．種類繁多的傳感器 (1)分類：按傳感器的工作原理的不同，把傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器． (2)傳感器的一般結(jié)構(gòu) →→→→ 1．傳感器就是傳遞某種信息的電學(xué)元件．() 2．所有傳感器的工作原理都一樣．() 3．傳感器內(nèi)部一定有某種轉(zhuǎn)換元件．(√) 在家庭生活中，人們不必直接接觸就可以控制一些機(jī)器，試舉一些生活中的例子，看哪些生活用品是通過傳感器來完成的． 【提示】　電視機(jī)及空調(diào)機(jī)的遙控器、電冰箱、自動(dòng)干手機(jī)、自動(dòng)水龍頭、樓道內(nèi)的聲控?zé)舻龋? 有自動(dòng)控制功能的蔬菜大棚，要靠傳感器感知作物生長所需的各種信息．如圖所示為蔬菜大棚內(nèi)信息采集與自動(dòng)控制示意圖．試結(jié)合圖中信息，分析討論： 圖511 探討1：在蔬菜種植大棚中要用到哪些傳感器？ 【提示】　需要五種傳感器：光傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器、溫敏傳感器． 探討2：這些傳感器的作用是什么？ 【提示】　光傳感器測光照強(qiáng)度，濕度傳感器測空氣濕度，溫度傳感器測空氣溫度，氣敏傳感器測二氧化碳濃度，溫敏傳感器測土壤溫度． 1．傳感器的構(gòu)成 傳感器主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路組成，各部分作用如下： (1)敏感元件是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏)制成的． (2)轉(zhuǎn)換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的、與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件． (3)轉(zhuǎn)換電路的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量輸出． 2．傳感器的工作原理 傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等．這些輸出的信號(hào)是非常微弱的，通常需要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作． 3．傳感器的分類及特點(diǎn) 按工作原理分類 原理 舉例 特點(diǎn) 物理傳感器 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測出待測對象信息 電容傳感器、電感傳感器，光電、壓電傳感器等 品種多、應(yīng)用廣、發(fā)展快 化學(xué)傳感器 利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測信息 氣敏傳感器、濕敏傳感器 廣泛應(yīng)用于環(huán)保、火災(zāi)報(bào)警、醫(yī)療衛(wèi)生 生物傳感器 利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測信息 組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶傳感器 含有生命物質(zhì)，專一性好，易操作、快速、準(zhǔn)確 1．(2016煙臺(tái)檢測)關(guān)于傳感器的下列說法正確的是(　　) A．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的 D．以上說法都不正確 【解析】　半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計(jì)，所以A錯(cuò)，B正確；傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，所以C錯(cuò)． 【答案】　B 2．(2016福州高二檢測)關(guān)于物理傳感器，化學(xué)傳感器和生物傳感器的下列說法中，正確的是(　　) A．物理傳感器利用材料的某種物理性質(zhì)工作，因而只能用于機(jī)械加工行業(yè)不能用于化工領(lǐng)域 B．化學(xué)傳感器是利用某種化學(xué)反應(yīng)來工作的，因而只能輸出某種化學(xué)物質(zhì)而不能輸出電學(xué)量 C．生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度條件下工作 D．生物傳感器由于含有生命物質(zhì)，因而對使用傳感器的環(huán)境條件有一定要求 【解析】　不論哪種傳感器都可以將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出，故B錯(cuò)．物理傳感器在化工領(lǐng)域也可以使用，如溫度傳感器等，故A錯(cuò)．生物傳感器能夠使用的前提是傳感器中的生命物質(zhì)保持生物活性，故C錯(cuò)，D對． 【答案】　D 3.全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一，為模仿汽車油表原理，自制一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．如圖512所示，其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．小陽同學(xué)在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的________兩點(diǎn)之間，按照你的接法請回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將________(填“增大”或“減小”)． 圖512 【解析】　由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，R的金屬滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起R兩端電壓的變化，且當(dāng)R′?R時(shí)，UR＝IR可視為UR與R成正比，所以電壓表應(yīng)接在b、c之間，當(dāng)油量減少時(shí)，電壓表示數(shù)將增大． 【答案】　b、c　增大 對傳感器的進(jìn)一步理解 1．不同的傳感器的原理不同，但都是通過敏感元件把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量的變化． 2．傳感器輸出的電學(xué)量可能為電流、電壓、電路通斷等，不一定是電壓． 3．敏感元件只是傳感器的一個(gè)關(guān)鍵部分并不一定就是一個(gè)完整的傳感器． 學(xué)業(yè)分層測評(十三) (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．關(guān)于傳感器，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置 B．壓力傳感器是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置 C．話筒中的傳感器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào) D．傳感器廣泛應(yīng)用于信息采集系統(tǒng) 【解析】　傳感器是這樣一類元件：它能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信息的器件或裝置，即將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件，故A對．壓力傳感器就是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置，B對．話筒中的傳感器是聲傳感器，它將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，不是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，C錯(cuò)．傳感器應(yīng)用在自動(dòng)測量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù)，故D對． 【答案】　C 2．關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是(　　) A．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件 B．電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→非電學(xué)量 C．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量 D．非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量 【解析】　傳感器工作的一般流程為： 非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換電路 電學(xué)量，因此A、B、D錯(cuò)，C對． 【答案】　C 3．(多選)關(guān)于傳感器的作用，下列說法正確的是(　　) A．通常的傳感器可以直接用來進(jìn)行自動(dòng)控制 B．傳感器可以用來采集信息 C．傳感器可以將感受到的一些信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 D．傳感器可以將所有感受到的信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 【解析】　傳感器的作用主要是用來采集信息并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成便于測量的量；但并不是將其感受到的所有信息都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．故B、C正確． 【答案】　BC 4．(2013廈門高二檢測)傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同．空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是(　　) A．生物傳感器 B．紅外傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器 【解析】　空調(diào)機(jī)是根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的，所以其內(nèi)部使用了溫度傳感器，故選項(xiàng)C正確． 【答案】　C 5．下列儀器或裝置不是利用傳感器的是(　　) A．汽車防盜報(bào)警器 B．賓館房間內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警器 C．工兵用的地雷探測儀 D．用鑰匙打開房門 【解析】　A、B、C三種儀器都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，都是利用了傳感器．用鑰匙打開房門是利用了機(jī)械原理，不是利用的傳感器． 【答案】　D 6．(多選)許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音它就開啟；而白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)，它的控制電路中接入了哪些傳感器(　　) A．溫度傳感器 B．光傳感器 C．聲音傳感器 D．熱傳感器 【解析】　樓道照明燈根據(jù)接收到的光信號(hào)和聲音信號(hào)控制是否開啟，所以其控制電路中接入了光傳感器和聲音傳感器． 【答案】　BC 7．如圖513所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈．P為可經(jīng)O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求．其工作方式是　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78870092】 圖513 A．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián) 【解析】　由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈隨信號(hào)電壓變化，從而使C、D接通或斷開，進(jìn)而起到控制作用．所以選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 8．關(guān)于“制作簡易電話機(jī)”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是(　　) A．火柴盒沒底也可以制成“話筒” B．話筒感知的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成了電壓信號(hào) C．“話筒”中的敏感元件是鉛筆芯 D．聲音使鉛筆芯自身電阻發(fā)生變化 【解析】　若火柴盒沒底，聲音信號(hào)不能引起鉛筆芯的振動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．“話筒”感知聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．聲音使橫放的鉛筆芯與下面兩根鉛筆芯接觸的緊密程度發(fā)生變化，引起接觸處電阻變化，并未導(dǎo)致鉛筆芯自身電阻變化，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 【答案】　C [能力提升] 9．隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入了家庭，洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干．手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?　　) A．改變了濕度 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 【解析】　根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，即手靠近，電熱器開始工作，手撤離，電熱器停止工作，不難判斷出傳感器的種類．人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，因此物理學(xué)上有人體電容之說．手靠近干手機(jī)相當(dāng)于連接進(jìn)一個(gè)電容器，故可以確認(rèn)干手機(jī)內(nèi)設(shè)置有電容式傳感器，手靠近改變了電容．能否利用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上可行，但作為干手機(jī)，這種傳感器的設(shè)置是有很大缺陷的．干手機(jī)周圍的環(huán)境(如濕度和溫度)一年四季都在變化，與手是否靠近無關(guān)，假如濕度、溫度發(fā)生變化干手機(jī)就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”，故選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 10.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)．加速度計(jì)的構(gòu)造原理示意圖如圖514所示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度．滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(　　) 圖514 A．方向向左，大小為ks/m B．方向向右，大小為ks/m C．方向向左，大小為2ks/m D．方向向右，大小為2ks/m 【解析】　當(dāng)指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s時(shí)，與滑塊相連的左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，因而彈簧對滑塊的彈力的大小均為ks，且方向均水平向右，即滑塊受到的合力大小為2ks，方向水平向右．由牛頓第二定律可知選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 11．(多選)(2016寧德高二檢測)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖515所示是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路，當(dāng)待測壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，以下說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78870093】 圖515 A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小 B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大 C．若電流表有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D．若電流表有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 【解析】　測定壓力的傳感器，實(shí)際上是由固定電極和膜片電極組成的平行板電容器，當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，極板間距離d減小，由C＝εS/(4πkd)可知，電容C將增大，故B是正確的；若電流表有示數(shù)，說明電容C在變化，由此推測壓力F在發(fā)生變化，故C正確． 【答案】　BC 12．如圖516所示，小鉛球P系在細(xì)金屬絲下，懸掛在O點(diǎn)，開始時(shí)小鉛球P沿豎直方向處于靜止?fàn)顟B(tài)．當(dāng)將小鉛球P放入水平流動(dòng)的水中時(shí)，球向左擺起一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．為了測定水流對小鉛球作用力的大小，在水平方向固定一根電阻絲BC，它與金屬絲接觸良好，不計(jì)摩擦(C端在O點(diǎn)正下方處)．圖中還有電動(dòng)勢為U0的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))、電壓表和電流表． 請你設(shè)計(jì)一個(gè)電路，通過電表的示數(shù)來間接測量水流對小鉛球的作用力，且使二者呈線性關(guān)系．設(shè)OC＝h，水流對小鉛球作用力的大小為F，BC＝L，小鉛球質(zhì)量為m.(不計(jì)水對小鉛球的浮力) 圖516 【解析】　這是一道以流體作用力測量器為背景的實(shí)際應(yīng)用性問題，要求學(xué)生運(yùn)用電路知識(shí)和力的平衡知識(shí)來優(yōu)化設(shè)計(jì)出電路圖，電路如圖所示． 根據(jù)題意可得關(guān)系式＝ 從而得UV＝tan θ 又F＝mg tan θ 故可求得水流的作用力與電表示數(shù)的關(guān)系式為 F＝UV. 【答案】　見解析圖　F＝UV