（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(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2.doc

2傳感器的應(yīng)用 3實(shí)驗(yàn)：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(jì)簡(jiǎn)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(cè)重力、壓力、拉力等各種力2應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)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(shí)，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(shí)，失去鐵磁性，這一溫度稱為該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”(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(shí)，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(dòng)杠桿使觸點(diǎn)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(bào)警器、光敏自動(dòng)計(jì)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(bào)警器中的光電三極管的電阻隨光照的增強(qiáng)而變小()(4)利用紅外線敏感元件可以實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)溫()2電子打火機(jī)的點(diǎn)火原理是壓電效應(yīng)，壓電片在受壓時(shí)會(huì)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(cè)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(gè)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(gè)應(yīng)變片結(jié)合力傳感器的特點(diǎn)，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)變片的電阻變小力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?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)變片兩端的電壓變小傳感器把這兩個(gè)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(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，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(jì)，P與R1間的摩擦不計(jì))，彈簧勁度系數(shù)為100 N/cm.定值電阻R05 ，ab是一根長(zhǎng)為5 cm的均勻電阻絲，阻值R125 ，電源輸出電壓恒為U3 V，理想電流表的量程為00.6 A當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P處于a端下列關(guān)于這個(gè)電路的說法正確的是(不計(jì)電源內(nèi)阻)()圖3A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(shí)，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1 AC當(dāng)拉力為400 N時(shí)，電流表指針指在0.3 A處D當(dāng)拉力為400 N時(shí)，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(shí)，回路短路會(huì)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(shí)，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I0.1 A，故B正確；拉力為400 N時(shí)，由Fkx，則x4 cm，對(duì)應(yīng)的電阻為RaP20 ，R1接入電路的電阻RPb5 ，由閉合電路歐姆定律得，I0.3 A，故D錯(cuò)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(diǎn)應(yīng)當(dāng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)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開始煮飯時(shí)為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)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(dòng)斷電？飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)發(fā)生哪些動(dòng)作？答案(1)常溫時(shí)，電熨斗的上、下觸點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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)煮飯時(shí)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(diǎn)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)煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)的溫度基本保持在水的沸點(diǎn)不變因?yàn)樗序v時(shí)，溫度不變不能自動(dòng)斷電，因?yàn)槿绻秒婏堝仧序v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(dòng)斷電，只有水燒干后，溫度升高到103 才能自動(dòng)斷電，因此用電飯鍋來燒水、煲湯不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)升高，當(dāng)溫度上升到“居里溫度”(約103 )時(shí)，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(dòng)斷開，且不能自動(dòng)復(fù)位例2如圖6所示是自動(dòng)調(diào)溫式電熨斗，下列說法不正確的是()圖6A常溫時(shí)上、下觸點(diǎn)是接觸的B雙金屬片溫度升高時(shí)，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(shí)，上、下觸點(diǎn)是接通的，當(dāng)溫度升高時(shí)，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(duì)，C錯(cuò)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(shí)，下列說法中正確的是()圖7A常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性B當(dāng)溫度超過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 ，開關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起答案ACD三、光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器導(dǎo)學(xué)探究如圖8所示是火災(zāi)報(bào)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(qǐng)簡(jiǎn)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(duì)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(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)例4如圖9所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)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(shí)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(shí)，下列說法正確的是()圖9A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(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)B光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)C進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)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(bào)D以上說法均不正確答案C解析由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì).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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，下列說法中正確的是()圖10A0t1時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)一定勻速運(yùn)動(dòng)B0t1時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)可能減速上升Ct1t2時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)可能勻速上升Dt1t2時(shí)間內(nèi)，升降機(jī)可能勻加速上升答案B解析在0t1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；t1t2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)或勻加速運(yùn)動(dòng)，C、D選項(xiàng)錯(cuò)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(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壓力傳感器答案C3(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，無法自動(dòng)控制經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障參照?qǐng)D11，下列對(duì)故障判斷正確的是()圖11A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(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖12所示的裝置向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20 ，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩x出熱敏電阻的阻值R1.然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)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12A多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測(cè)量B多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測(cè)量C多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率大的擋D多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率小的擋答案D解析測(cè)電阻應(yīng)選用歐姆擋當(dāng)溫度升高時(shí)，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(shí)，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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所以選項(xiàng)D正確6(光傳感器的應(yīng)用)當(dāng)出現(xiàn)某疫情時(shí)，在機(jī)場(chǎng)、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(cè)出經(jīng)過它時(shí)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(cè)，主要是因?yàn)榧t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(cè)C紅外線熱像儀同時(shí)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