（通用版）2018-2019版高中物理 第六章 傳感器 6.2-6.3 傳感器的應(yīng)用 實驗：傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2.doc

《（通用版）2018-2019版高中物理 第六章 傳感器 6.2-6.3 傳感器的應(yīng)用 實驗：傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（通用版）2018-2019版高中物理 第六章 傳感器 6.2-6.3 傳感器的應(yīng)用 實驗：傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2.doc（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

2　傳感器的應(yīng)用 3　實驗：傳感器的應(yīng)用 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解傳感器在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用.2.了解傳感器應(yīng)用的一般模式.3.能設(shè)計簡單的應(yīng)用傳感器的控制電路． 一、力傳感器的作用及原理 1．應(yīng)變式力傳感器可以用來測重力、壓力、拉力等各種力． 2．應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量． 二、溫度傳感器的工作原理 1．雙金屬片溫度傳感器的工作原理：溫度變化時，因雙金屬片上層金屬與下層金屬的熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷． 2．(1)電飯鍋中溫度傳感器為感溫鐵氧體．感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103 ℃時，失去鐵磁性，這一溫度稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”． (2)用手按下開關(guān)按鈕通電加熱，開始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到103_℃時，感溫鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧彈開，從而推動杠桿使觸點開關(guān)斷開． 三、光傳感器的原理及應(yīng)用 1．光傳感器能把光信號轉(zhuǎn)化為電信號． 2．最常見的光傳感器有光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等． 3．典型的應(yīng)用，如鼠標(biāo)、火災(zāi)報警器、光敏自動計數(shù)器等． [即學(xué)即用] 1．判斷下列說法的正誤． (1)電子秤中的應(yīng)變片的電阻隨形變大小而變化．(　√　) (2)電熨斗和電飯鍋都是利用雙金屬片控制電路通斷的．(　　) (3)火災(zāi)報警器中的光電三極管的電阻隨光照的增強(qiáng)而變?。?　√　) (4)利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫．(　√　) 2．電子打火機(jī)的點火原理是壓電效應(yīng)，壓電片在受壓時會在兩側(cè)形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比．現(xiàn)有一利用壓電效應(yīng)制造的電梯加速度傳感器，如圖1所示．壓電片安裝在電梯地板下，電壓表與壓電片構(gòu)成閉合回路用來測量壓電片兩側(cè)形成的電壓．若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，則電梯加速度一定________(填“向上”或“向下”)，電梯可能________(填“加速”或“減速”)下降． 圖1 答案　向上　減速 一、力傳感器的應(yīng)用——電子秤 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖2所示是一個應(yīng)變式力傳感器，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片．結(jié)合力傳感器的特點，敘述它的工作原理． 圖2 答案　在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變?。越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的電阻變化就越大．如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變?。畟鞲衅靼堰@兩個電壓的差值輸出．力F越大，輸出的電壓差值也就越大． 例1　(多選)為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識設(shè)計了一個電子拉力計，如圖3所示是原理圖．輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計，P與R1間的摩擦不計)，彈簧勁度系數(shù)為100 N/cm.定值電阻R0＝5 Ω，ab是一根長為5 cm的均勻電阻絲，阻值R1＝25 Ω，電源輸出電壓恒為U＝3 V，理想電流表的量程為0～0.6 A．當(dāng)拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端．下列關(guān)于這個電路的說法正確的是(不計電源內(nèi)阻)(　　) 圖3 A．小明在電路中連入R0的目的是保護(hù)電路 B．當(dāng)拉環(huán)不受力時，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1 A C．當(dāng)拉力為400 N時，電流表指針指在0.3 A處 D．當(dāng)拉力為400 N時，電流表指針指在0.5 A處 答案　ABC 解析　若電路無電阻R0，且金屬滑片P在b端時，回路短路會損壞電源，R0的存在使電路不出現(xiàn)短路，因此A正確；當(dāng)拉環(huán)不受力時，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I＝＝0.1 A，故B正確；拉力為400 N時，由F＝kΔx，則Δx＝4 cm，對應(yīng)的電阻為RaP＝20 Ω，R1接入電路的電阻RPb＝5 Ω，由閉合電路歐姆定律得，I′＝＝0.3 A，故D錯誤，C正確． 二、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗、電飯鍋 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)如圖4所示為電熨斗的構(gòu)造，其中雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬．常溫下，電熨斗的上、下觸點應(yīng)當(dāng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時雙金屬片將怎樣起作用？ 圖4 (2)電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖5所示． 圖5 ①開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？ ②煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度？為什么？如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？ ③飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動發(fā)生哪些動作？ 答案　(1)常溫時，電熨斗的上、下觸點接觸，這樣電熨斗接通電源后能進(jìn)行加熱．當(dāng)溫度過高時雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹的厲害，雙金屬片向下彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點分離，電路斷開，電熱絲停止加熱；當(dāng)溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱． (2)①煮飯時壓下開關(guān)按鈕，感溫磁體與永磁體相互吸引結(jié)合在一起，觸點相接，電路接通，開始加熱，手松開后，由于鍋內(nèi)的溫度低，感溫磁體與永磁體相互吸引而不能使按鈕恢復(fù)到圖示的狀態(tài)． ②煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)的溫度基本保持在水的沸點不變．因為水沸騰時，溫度不變．　不能自動斷電，因為如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)的溫度保持在100 ℃不變，低于“居里溫度”(103 ℃)，電飯鍋不能自動斷電，只有水燒干后，溫度升高到103 ℃才能自動斷電，因此用電飯鍋來燒水、煲湯不能實現(xiàn)自動控溫． ③飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會升高，當(dāng)溫度上升到“居里溫度”(約103 ℃)時，感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下永磁鐵與之分離，開關(guān)自動斷開，且不能自動復(fù)位． 例2　如圖6所示是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法不正確的是(　　) 圖6 A．常溫時上、下觸點是接觸的 B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C．原來溫度控制在80 ℃斷開電源，現(xiàn)要求60 ℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 答案　C 解析　常溫工作時，上、下觸點是接通的，當(dāng)溫度升高時，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源，切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些，A、B、D對，C錯． 例3　(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃時，下列說法中正確的是(　　) 圖7 A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B．當(dāng)溫度超過103 ℃時，感溫磁體的磁性較強(qiáng) C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會達(dá)到103 ℃，這時開關(guān)按鈕會跳起 D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103 ℃，開關(guān)按鈕就不會自動跳起 答案　ACD 三、光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖8所示是火災(zāi)報警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理． 圖8 答案　正常情況下，光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，當(dāng)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報． 例4　如圖9所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是(　　) 圖9 A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報 C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報 D．以上說法均不正確 答案　C 解析　由火災(zāi)報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，C對. 1．(力傳感器的應(yīng)用)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，在升降機(jī)中將重物放在壓敏電阻上，壓敏電阻接在如圖10甲所示的電路中，電流表示數(shù)變化如圖乙所示，某同學(xué)根據(jù)電流表的示數(shù)變化情況推斷升降機(jī)的運動狀態(tài)，下列說法中正確的是(　　) 圖10 A．0～t1時間內(nèi)，升降機(jī)一定勻速運動 B．0～t1時間內(nèi)，升降機(jī)可能減速上升 C．t1～t2時間內(nèi)，升降機(jī)可能勻速上升 D．t1～t2時間內(nèi)，升降機(jī)可能勻加速上升 答案　B 解析　在0～t1時間內(nèi)，電流恒定，表明壓敏電阻的阻值恒定，則重物對壓敏電阻的壓力恒定，則升降機(jī)可能處于靜止、勻速運動或勻變速直線運動狀態(tài)，故A選項錯誤，B選項正確；t1～t2時間內(nèi)，電流在增加，表明壓敏電阻的阻值在減小，則重物對壓敏電阻的壓力在增大，重物的加速度是變化的，故不可能做勻速運動或勻加速運動，C、D選項錯誤． 2．(溫度傳感器的應(yīng)用)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，會自動停止工作，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 答案　C 3．(溫度傳感器的應(yīng)用)小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制．經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障．參照圖11，下列對故障判斷正確的是(　　) 圖11 A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B．只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障 C．熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障 D．可能是加熱器出現(xiàn)故障 答案　C 解析　由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯誤指令，故C正確，A、B錯誤．若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高，故D錯誤． 4．(溫度傳感器的應(yīng)用)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖12所示的裝置．向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20 ℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1.然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60 ℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是(　　) 圖12 A．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測量 B．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測量 C．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋 D．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋 答案　D 解析　測電阻應(yīng)選用歐姆擋．當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻受溫度變化的影響，多用電表偏轉(zhuǎn)角度增大，說明電阻阻值變小，所以應(yīng)換用倍率小的擋，故D正確． 5．(光傳感器的應(yīng)用)某樓梯口的電燈開關(guān)裝有傳感器，天黑時，出現(xiàn)聲音才能發(fā)光，而白天即使有聲音，電燈也不能發(fā)光，該開關(guān)中有兩種傳感器，它們可能是(　　) A．熱敏電阻和光敏電阻 B．金屬熱電阻和光敏電阻 C．熱敏電阻和霍爾元件 D．光敏電阻和駐極體話筒 答案　D 解析　兩種傳感器分別把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號、把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所以選項D正確． 6．(光傳感器的應(yīng)用)當(dāng)出現(xiàn)某疫情時，在機(jī)場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播．關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是(　　) A．選擇紅外線進(jìn)行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應(yīng) B．紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測 C．紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用 D．一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同 答案　D 解析　紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D正確．