2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.2 傳感器的應用課件 新人教版選修3-2.ppt

《2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.2 傳感器的應用課件 新人教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.2 傳感器的應用課件 新人教版選修3-2.ppt（79頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2 傳感器的應用,一、傳感器工作的一般模式,二、傳感器的應用實例 1.力傳感器的應用——電子秤: (1)組成及敏感元件:由金屬梁和_______組成,敏感 元件是_______。 (2)工作原理:,電阻,電,壓,應變片,應變片,(3)作用:應變片將物體形變這個力學量轉換為_____ 這個電學量。,電壓,2.溫度傳感器的應用實例:,膨脹系數(shù),失去磁性,3.光傳感器的應用——火災報警器:,(1)組成及敏感元件:由帶孔的罩子、______________、 ___________和不透明的擋板組成,敏感元件為 ___________。,發(fā)光二極管LED,光電三極管,光電三極管,(2)工作原理:,【思

2、考辨析】 (1)電子秤中的應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)火災報警器中的光電三極管的電阻隨光照的增強 變小。 ( ) (4)利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫。( ),提示:(1)√。應變片的電阻是隨形變的大小而變化的。 (2)。電飯鍋是感溫鐵氧體在溫度上升到103 ℃時失去磁性而離開永久磁鐵實現(xiàn)電路通斷的。 (3)√。煙霧進入火災報警器的罩內(nèi)后對光有散射作用,使部分光線照射到光電三極管上,其電阻變小而報警。 (4)√。溫度不同,物體發(fā)射紅外線情況不同,因此利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫。,【生活鏈接】 1

3、.如圖所示是電容式話筒的示意圖,它是怎樣利用改變電容器電容實現(xiàn)把聲音的變化轉換為電信號的?,提示:它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極。在兩極間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發(fā)生變化,聲音信號被話筒轉化為電信號。,2.電熨斗通過溫度傳感器來控制電路的通斷,應用的物理原理是怎樣的?,提示:通過雙金屬片的熱脹冷縮,使得電路斷開和接通。,知識點一 傳感器的應用分析 探究導入: (1)傳感器在其應用中起什么作用? (2)為什么需要放大電路?,提示:(1)傳感器是將非電學量轉換為便于測量

4、和控制的電學量。 (2)這種轉換成的電學量可能很微弱,所以要經(jīng)過放大電路。,【歸納總結】 1.傳感器的應用步驟: (1)信息采集。 (2)信息加工、放大、傳輸。 (3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。,2.分析傳感器應注意的四點問題: (1)檢測量分析:要明確傳感器所檢測的量,如力、熱、光、磁、聲等。 (2)敏感元件分析:明確傳感器的敏感元件,分析它的輸入信號及輸出信號以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律。,(3)電路結構分析:認真分析傳感器所在的電路結構,在熟悉常用電子元件工作特點的基礎上,分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律。 (4)執(zhí)行機構分析:傳感器的應用,不僅包含非電學量如何向電學量轉換

5、的過程,還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程。,①以力傳感器為例:傳感器感受力的信息(如大小、方向是否變化等)后轉換為電壓、電流、電阻等電學量,然后經(jīng)過放大,傳輸?shù)綀?zhí)行機構進行某種操作(如借助繼電器控制電路通斷,借助儀表進行顯示等)。,②以光傳感器為例:光傳感器感受光的信息(如光的強弱、顏色等),通過敏感元件(如光敏電阻、光電池等)將光的信息轉換為電阻、電流等電學量,然后經(jīng)過放大,傳輸?shù)綀?zhí)行機構后執(zhí)行某種操作。,【典題通關】 【典例】現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻 控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過 60 ℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器 (內(nèi)阻很小,流過的電流

6、超過Ic時就會報警),電阻箱 (最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻 不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻,器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關一個,導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié),已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。,(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。,(2)電路中應選用滑動變阻器________(選填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根

7、據(jù)實驗要求,這一阻值為______Ω;滑動變阻器的滑片應置于________(選填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是____________。,②將開關向________(選填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至______。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。,【正確解答】(1)電路連接如圖所示,(2)據(jù)R= -Rt=1 800 Ω-650 Ω=1 150 Ω,可知電路中應選用滑動變阻器R2。 (3)調(diào)試時將電阻箱調(diào)到熱敏電阻在60 ℃時的阻值,即650.0 Ω,滑動變阻器的滑片應置于阻值最大處,即b端附近,若置于另一

8、端,則流過報警器的電流超過20 mA,報警器可能損壞。開關向c端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警,調(diào)試完成。,答案:(1)見正確解答 (2)R2 (3)①650.0 b 若置于另一端則流過報警器的電流超過20 mA,報警器可能損壞 ②c 報警器開始報警,【規(guī)律方法】傳感器應用的分析方法 (1)要分清哪是主電路部分,哪是控制電路部分。 (2)聯(lián)系主電路和控制電路的關鍵點就是傳感器中的敏感元件。敏感元件感知主電路所處的狀態(tài),做出相應的反應,促使控制電路工作,保證主電路能工作在相應的設定狀態(tài)之下。,【過關訓練】 1.(多選)電容式話筒的保真度比動圈式話筒好,其工作原理如圖所示,Q是

9、絕緣支架,薄金屬膜片M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電,當聲波使膜片M振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流。當膜片M向右運動的過程中有( ),A.電容變大 B.電容變小 C.導線AB中有向左的電流 D.導線AB中有向右的電流,【解析】選A、C。當聲波使膜片M向右運動時,電容器極板間距減小,電容變大,電荷量Q=UC變大,電源要繼續(xù)給電容器充電,所以導線AB中有向左的電流,故選項A、C正確。,2.如圖所示為大型電子地磅電路圖,電源電動勢為E,內(nèi)阻不計。不稱物體時,滑片P在A端,滑動變阻器接入電路的有效電阻最大,電流較小;稱物體時,在壓力作用下使滑片P下滑,滑動變阻器的有效電阻變小,

10、電流變大,這樣把重力值轉換成電信號,將電流對應的重力值刻在刻度盤上,就可以讀出被稱物體的重力值。若滑動,變阻器上A、B間距離為L,最大阻值等于定值電阻的阻值R0,已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比,比例系數(shù)為k,則所稱重物的重力G與電流大小I的關系為( ),A.G=(2- )kL B.G=( -1)kL C.G=( +1)kL D.G=kIL,【解析】選A。設稱重物時,在壓力作用下使P下滑x, 則G=kx①,滑動變阻器有效電阻R=R0- R0 ②,全電路 歐姆定律I= ③,由①②③得G=(2- )kL。故 選項A正確,B、C、D錯誤。,【補償訓練】 1.(2018衡水高二檢測)如圖所示,M是一

11、小型理想變壓器,接線柱a、b接在電壓u=311sin314t(V)的正弦式交流電源上,變壓器右側部分為一火警報警系統(tǒng),其中R2是用半導體熱敏材料(電阻隨溫度升高而降低)制成的傳感器,電流表A2是值班室的顯示器,顯示通過R1的電流,電壓表V2顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出),,R3是一定值電阻。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,下列說法正確的是 ( ),A.A1的示數(shù)不變,A2的示數(shù)增大 B.A1的示數(shù)增大,A2的示數(shù)增大 C.V1的示數(shù)增大,V2的示數(shù)增大 D.V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)減小,【解析】選D。當R2所在處出現(xiàn)火情時,溫度升高,其電阻減小,因V1不變,所以副線圈中輸出端的電壓不變

12、,副線圈中并聯(lián)電路兩端的電壓減小,V2減小,A2根據(jù)歐姆定律判斷也減小。因副線圈所接的總電阻減小,副線圈輸出功率增大,A1讀數(shù)增大,所以D項正確。,2.用如圖所示的傳感器可以測物體的位移,說明它們的工作原理有什么不同。,【解析】甲是將位移信號轉化成電容信號,乙是將位移信號轉化成電感信號。 答案:見解析,知識點二 傳感器的應用實例 探究導入: (1)有哪些非電學量能轉化為電學量? (2)可通過哪些儀器或元件達到用電學量表示非電學量的目的? 提示:(1)力、位移、光、溫度等。 (2)滑動變阻器、熱敏電阻、光敏電阻、電容器等。,【歸納總結】 1.力傳感器的應用——電子秤: (1)力傳感器的組成:由

13、金屬梁和應變片組成。 (2)作用:將物體的形變這個力學量轉換為電壓這個電學量,方便測量、處理和控制。,2.溫度傳感器的應用: (1)電熨斗:由半導體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器,它可以把溫度信號轉換為電信號進行自動控制。,(2)電飯鍋:它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧 化鋅和氧化鐵粉末混合燒結而成的。它的特點是:常 溫下具有鐵磁性,能被磁體吸引,但是溫度上升到約 103 ℃時,就失去了鐵磁性,不能被磁體吸引了。,3.光傳感器的應用——火災報警器: 如圖所示為利用煙霧對光的散射來工作的一種火災報警器,其工作原理是:,帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋

14、板。平時,光電三極管收不到LED發(fā)出的光,呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進入罩內(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。,【特別提醒】 在不同的儀器中所使用的傳感器一般不同,其原理也不盡相同,但它們都是將非電學量轉化為電學量。,【典題通關】 【典例】如圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一均勻的滑線電阻,阻值為R,長度為L,兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭,P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動。彈簧處于原長時,P1剛好指著A端,P1與托盤固定相連。若P1、P2間出現(xiàn)電壓時,,該電壓經(jīng)過放大,通過信號轉換后在顯示

15、屏上將顯示物 體重力的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,托盤自身質(zhì) 量為m0,電源電動勢為E,內(nèi)阻不計,當?shù)氐闹亓铀俣?為g。求:,(1)托盤上未放物體時,在托盤自身重力作用下,P1與A端的距離x1。 (2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時,P1與A端的距離x2。 (3)在托盤上未放物體時通常先校準零點,其方法是:調(diào)節(jié)P2,使P2離A端的距離也為x1,從而使P1、P2間的電壓為零。校準零點后,將物體m放在托盤上,試推導出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關系式。,【解題探究】 (1)未放物體時,托盤自身的重力和_________平衡。 (2)放上質(zhì)量為m的物體時,彈簧彈力kx2=_______

16、。,彈簧彈力,(m0+m)g,(3)當托盤上所放物體的質(zhì)量增大時,P1、P2之間的電壓怎樣變化? 提示:托盤上所放物體的質(zhì)量增大,則P1、P2距離變大,根據(jù)U=IR,P1、P2之間的電壓增大。,【正確解答】(1)由力的平衡知識有:m0g=kx1, 解得x1= (2)放上物體m重新平衡后:m0g+mg=kx2, 解得x2=,(3)托盤的移動帶動P1移動,使P1、P2間出現(xiàn)電勢差,電勢差的大小反映了托盤向下移動距離的大小,由于R為均勻滑線電阻,則其阻值與長度成正比。由閉合電路歐姆定律知:E=IR,由部分電路歐姆定律知:U=IR串(R串為P1、P2間電阻),由 ,其中x為P1、P2間的距離,則x=

17、x2-x1= 聯(lián)立解得:m= 答案:,【規(guī)律方法】力學傳感器的分析方法 (1)分析清楚力傳感器的工作原理。明確裝置是如何將力這個非電學量轉化為電學量是解決該類問題的關鍵。 (2)涉及電路計算時,注意歐姆定律及分壓原理的靈活應用。,【過關訓練】 1.(多選)(2018濟寧高二檢測)如圖所示為某商廈安裝的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖。其中A為光源,B為由電動機帶動勻速運行的自動扶梯,R1為光敏電阻,R2為定值電阻。每當扶梯上有顧客經(jīng)過,擋住由A射向R1的光線時,計數(shù)器就計數(shù)一次。此光計數(shù)器的基本工作原理是 ( ),A.當有光照射R1時,信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 B.當有光照射R1時,信號處理系統(tǒng)獲得高

18、電壓 C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次,【解析】選B、C。當光線照射R1時,R1阻值減小,R總減 小,由歐姆定律得I= ,且電源電壓不變,電路中的電 流增大,R2是定值電阻,U2=IR2,R2兩端電壓增大,信號處 理系統(tǒng)獲得高電壓,A錯誤,B正確,當有人時信號系統(tǒng)計 數(shù),即沒有光照時獲得低電壓,D錯誤,C正確。,2.如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為m的振子兩端連有勁度系數(shù)均為k的輕彈簧,電源的電動勢為E,不計內(nèi)阻,滑動變阻器的總阻值為R,有效長度為L,系統(tǒng)靜止時滑動觸頭位于滑動變阻器正中間,這時電壓表指針恰好在刻度盤正中間。求:,(1

19、)系統(tǒng)的加速度a(以向右為正)和電壓表讀數(shù)U的函數(shù)關系式。 (2)將電壓表刻度改為加速度刻度后,其刻度是均勻的還是不均勻的?為什么? (3)若電壓表指針指在滿刻度的 位置,此時系統(tǒng)的加速度大小和方向如何?,【解析】(1)當振子向左偏離中間位置x距離時, 由牛頓第二定律得2kx=ma ① 電壓表的示數(shù)為U= ② 由以上兩式解得a= (E-2U) ③ (2)均勻,因為加速度a與電壓表示數(shù)U是一次函數(shù) (線性)關系。,(3)當滑動觸頭滑到最右端時,電壓表最大示數(shù)Um=E, 電壓表指針指在滿刻度的 位置時,U= E,代入③式 解得a=- ,方向向左。 答案:(1)a= (E-2U) (2)見

20、解析 (3) 方向向左,【補償訓練】 1.(多選)(2018衡水高二檢測)如圖所示,用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器,下列說法中正確的是 ( ),A.嚴重污染時,LDR是高電阻 B.輕度污染時,LDR是高電阻 C.無論污染程度如何,LDR的電阻不變,阻值大小由材料本身因素決定 D.該儀器的使用會因為白天和晚上受到影響,【解析】選A、D。嚴重污染時,透過污水照到LDR上的光線較少,LDR電阻較大,A對,B錯;LDR由半導體材料制成,受光照影響電阻會發(fā)生變化,C錯;白天和晚上自然光強弱不同,或多或少會影響LDR電阻的大小D對。,2.如圖所示,小鉛球P系在細金屬絲下,懸掛在O點,開

21、始時小鉛球P沿豎直方向處于靜止狀態(tài),當將小鉛球P放入水平流動的水中時,球向左擺動一定的角度θ,水流速度越大,θ越大。為了測定水流對小球作用力的大小,在水平方向固定一根電阻絲BC,其長為L,它與金屬絲接觸良好,不計摩擦和金屬絲的電阻,C端在O點正下方處且OC=h。圖中還有電動勢為E的電源(內(nèi)阻不計)和,一只電壓表。請你連接一個電路,使得當水速增大時,電壓表示數(shù)增大。,【解析】如圖所示。設CE=x,P球 平衡時,由平衡條件可得 tanθ= ① 根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路 的歐姆定律可得I= ② 根據(jù)電阻定律可得RL=ρ ③,Rx=ρ ④ 由①、②、③、④式可得U= ,因

22、為水速越大, θ越大,則U越大。 答案:見解析,【拓展例題】考查內(nèi)容:溫控電路的分析計算 【典例】如圖甲所示為半導體材料制成的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線,圖乙為用此熱敏電阻RT和繼電器設計的溫控電路,設繼電器的線圈電阻為Rx=50 Ω,當繼電器線圈中的電流IC大于或等于20 mA時,繼電器的銜鐵被吸合。左側電源電動勢為6 V,內(nèi)阻可不計,溫度滿足什么條件時,電路右側的小燈泡會發(fā)光?,【正確解答】熱敏電阻與繼電器串聯(lián), 若使電流不小于IC=20 mA, 則總電阻不大于R總= =300 Ω。 由于R總=RT+Rx,則RT不大于250 Ω。 由甲圖可看出,當RT=250 Ω時,溫度t=50 ℃, 即溫度不小于50 ℃。 答案:溫度不小于50 ℃時,電路右側的小燈泡會發(fā)光。,