(通用版)2018-2019版高中物理 第三章 傳感器 3.3-3.4 生活中的傳感器 簡(jiǎn)單的光控和溫控電路(選學(xué))學(xué)案 教科版選修3-2.doc
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3 生活中的傳感器 4 簡(jiǎn)單的光控和溫控電路(選學(xué)) [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解洗衣機(jī)、電冰箱中的傳感器.2.了解家用報(bào)警器的原理.3.了解傳感器與人的感官的類比,以及它們各自的優(yōu)勢(shì).4.了解一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路. 一、生活中的傳感器 1.洗衣機(jī)中的傳感器:全自動(dòng)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了利用傳感器和電腦技術(shù)對(duì)洗滌全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和控制. 2.電冰箱中的傳感器:電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成.在控制系統(tǒng)中,傳感器起著非常重要的作用. 3.家用報(bào)警器 (1)居家生活中,煤氣泄漏,會(huì)危及人身安全,需要加以防范.我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報(bào)警器和可燃?xì)怏w報(bào)警器. (2)有一種敲擊防盜報(bào)警器,它利用壓電式傳感器對(duì)門窗玻璃損毀產(chǎn)生反應(yīng),形成對(duì)報(bào)警裝置的啟動(dòng).還有一種沖擊防盜報(bào)警器,由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成. 4.傳感器與人的感官 (1)光傳感器和由它制成的錄像頭、監(jiān)控探頭,可以類比人的眼睛. (2)對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)控的化學(xué)和生物傳感器,相當(dāng)于人的鼻和舌等嗅覺(jué)、味覺(jué)器官. (3)力學(xué)和振動(dòng)傳感器,以及溫度傳感器可以認(rèn)為相當(dāng)于人類的觸覺(jué)器官,如手、足、皮膚等. (4)聲傳感器不妨認(rèn)為是機(jī)器的耳朵. 二、簡(jiǎn)單的光控和溫控電路 1.集成電路又稱IC,是在硅板上集合各種電子器件,實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊,它是電子設(shè)備中最重要的部分. 2.光控自動(dòng)照明電路 利用光敏電阻作控制元件,從而通過(guò)光線來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,使電路在天亮?xí)r自動(dòng)切斷,天黑自動(dòng)導(dǎo)通. 3.溫控電熨斗 利用熱敏電阻作控制元件,從而使電熨斗的溫度在低于指定值時(shí)電加熱器供電加熱,溫度高于指定值時(shí)將電源關(guān)閉. [即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制.( ) (2)傳感器可以用來(lái)采集信息.( √ ) (3)傳感器可以將感受到的一些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量.( √ ) (4)洗衣機(jī)的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動(dòng)作的.( ) (5)電冰箱是利用溫度傳感器自動(dòng)控溫的.( √ ) 一、傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用 分析傳感器應(yīng)注意的四個(gè)分析 (1)檢測(cè)量分析:要清楚傳感器所檢測(cè)的非電學(xué)量,如溫度、光、聲、力等. (2)敏感元件分析:分析敏感元件的輸入與輸出信號(hào),及輸入與輸出信號(hào)間的聯(lián)系. (3)電路分析:分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu),分析輸入信號(hào)變化對(duì)電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響. (4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析:分析非電學(xué)量與電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程,分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程. 例1 如圖1所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu).銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng),里面充有氯甲烷和它的蒸氣,構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器.膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面),右表面固定,左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4連接.盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí),盒體就會(huì)膨脹.測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn),控制制冷壓縮機(jī)的工作.拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上.連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸.凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移,從而加大對(duì)彈簧7的拉力. 圖1 (1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)壓縮機(jī)能夠自動(dòng)開(kāi)始工作,而在達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動(dòng)停止工作? (2)為什么用凸輪可以改變?cè)O(shè)定的溫度? 答案 見(jiàn)解析 解析 (1)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí),密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大,盒體膨脹,膜盒 3通過(guò)小柱體帶動(dòng)彈簧片4,使動(dòng)觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸,控制壓縮機(jī)自動(dòng)開(kāi)始工作,而在達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)彈簧帶動(dòng)彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開(kāi),使壓縮機(jī)停止工作. (2)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)加大連桿9對(duì)彈簧7的拉力,該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動(dòng),而彈簧7上彈力的變化會(huì)改變?cè)O(shè)定的溫度. 例2 如圖2所示為沖擊防盜報(bào)警器的沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖.在外殼的絕緣基板上固定一個(gè)螺栓,螺栓上有一個(gè)彈簧,彈簧的頂端焊有一個(gè)鋼球,它們都是電的良導(dǎo)體,外殼也使用電的良導(dǎo)體制成.請(qǐng)簡(jiǎn)述這種裝置防盜的原理. 圖2 答案 在靜止?fàn)顟B(tài)下,不論傳感器置于何種狀態(tài),鋼球和外殼均呈斷開(kāi)狀態(tài)不會(huì)導(dǎo)通,一旦傳感器受到外力沖擊,如砸、碰、撞、敲擊、撬動(dòng)時(shí),則鋼球受到擾動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)與外殼接通,便可觸發(fā)執(zhí)行電路,使報(bào)警裝置開(kāi)始工作. 二、簡(jiǎn)單的光控和溫控電路 例3 如圖3所示是一種煙霧報(bào)警器的控制電路圖,其原理簡(jiǎn)化如下:調(diào)節(jié)可變電阻R1使U23=0.當(dāng)有煙霧時(shí),開(kāi)始觸發(fā)工作,其中Rg是光敏電阻.由此可知,要使開(kāi)始工作,則應(yīng)滿足( ) 圖3 A.φ2>φ3 B.φ2<φ3 C.φ2=φ3 D.無(wú)法判斷 答案 A 解析 規(guī)定電源負(fù)極的電勢(shì)為零,則φ3=保持不變.而φ2==,當(dāng)有煙霧時(shí),光敏電阻Rg增大,φ2增大.所以當(dāng)φ2>φ3時(shí),控制電路開(kāi)始工作. 三、自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì) 例4 如圖4所示為某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為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片,K為彈簧,S為一對(duì)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( ) 圖4 A.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路串聯(lián) B.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路并聯(lián) C.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路串聯(lián) D.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路并聯(lián) 答案 A 解析 A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓,線圈電流隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器吸引或釋放P,從而使C、D接通或斷開(kāi),進(jìn)而起到控制作用.故正確答案為A. 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5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(yùn)動(dòng)狀態(tài),下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖5 A.0~t1時(shí)間內(nèi),升降機(jī)一定勻速運(yùn)動(dòng) B.0~t1時(shí)間內(nèi),升降機(jī)可能減速上升 C.t1~t2時(shí)間內(nèi),升降機(jī)可能勻速上升 D.t1~t2時(shí)間內(nèi),升降機(jī)可能勻加速上升 答案 B 解析 在0~t1時(shí)間內(nèi),電流恒定,表明壓敏電阻的阻值恒定,則重物對(duì)壓敏電阻的壓力恒定,則升降機(jī)可能處于靜止、勻速運(yùn)動(dòng)或勻變速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),故A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確;t1~t2時(shí)間內(nèi),電流在增加,表明壓敏電阻的阻值在減小,則重物對(duì)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(yùn)動(dòng)或勻變速運(yùn)動(dòng),C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤. 2.(溫度傳感器的應(yīng)用)(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示,如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃,下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖6 A.常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B.當(dāng)溫度超過(guò)103 ℃時(shí),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(huì)達(dá)到103 ℃,這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)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(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起 答案 ACD 3.(溫度傳感器的應(yīng)用)小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高,無(wú)法自動(dòng)控制.經(jīng)檢查,恒溫箱的控制器沒(méi)有故障.參照?qǐng)D7,下列對(duì)故障判斷正確的是( ) 圖7 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(huì)向控制器傳遞錯(cuò)誤信息,導(dǎo)致控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令,故C正確,A、B錯(cuò)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(huì)使溫度持續(xù)升高,故D錯(cuò)誤.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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