（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 簡單的光控和溫控電路(選學)學案 教科版選修3-2.doc

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3　生活中的傳感器 4　簡單的光控和溫控電路(選學) [學習目標]　1.了解洗衣機、電冰箱中的傳感器.2.了解家用報警器的原理.3.了解傳感器與人的感官的類比，以及它們各自的優(yōu)勢.4.了解一些簡單的自動控制電路. 一、生活中的傳感器 1.洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機實現(xiàn)了利用傳感器和電腦技術對洗滌全過程進行檢測和控制. 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.家用報警器 (1)居家生活中，煤氣泄漏，會危及人身安全，需要加以防范.我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報警器和可燃氣體報警器. (2)有一種敲擊防盜報警器，它利用壓電式傳感器對門窗玻璃損毀產(chǎn)生反應，形成對報警裝置的啟動.還有一種沖擊防盜報警器，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)對有毒有害氣體進行監(jiān)控的化學和生物傳感器，相當于人的鼻和舌等嗅覺、味覺器官. (3)力學和振動傳感器，以及溫度傳感器可以認為相當于人類的觸覺器官，如手、足、皮膚等. (4)聲傳感器不妨認為是機器的耳朵. 二、簡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，實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是電子設備中最重要的部分. 2.光控自動照明電路 利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，使電路在天亮時自動切斷，天黑自動導通. 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電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時將電源關閉. [即學即用]　判斷下列說法的正誤. (1)通常的傳感器可以直接用來進行自動控制.(　　) (2)傳感器可以用來采集信息.(　√　) (3)傳感器可以將感受到的一些信號轉換為電學量.(　√　) (4)洗衣機的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動作的.(　　) (5)電冰箱是利用溫度傳感器自動控溫的.(　√　) 一、傳感器的簡單應用 分析傳感器應注意的四個分析 (1)檢測量分析：要清楚傳感器所檢測的非電學量，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，及輸入與輸出信號間的聯(lián)系. (3)電路分析：分析傳感器所在的電路結構,分析輸入信號變化對電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響. (4)執(zhí)行機構分析：分析非電學量與電學量之間的轉換過程，分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程. 例1　如圖1所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結構.銅制的測溫泡1、細管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，構成了一個溫度傳感器.膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接.盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹.測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作.拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上.連桿9的下端是裝在機箱上的軸.凸輪8是由設定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力. 圖1 (1)為什么當冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠自動開始工作，而在達到設定的低溫后又自動停止工作？ (2)為什么用凸輪可以改變設定的溫度？ 答案　見解析 解析　(1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，膜盒 3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設定的溫度時彈簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作. (2)凸輪逆時針轉動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運動，而彈簧7上彈力的變化會改變設定的溫度. 例2　如圖2所示為沖擊防盜報警器的沖擊傳感器的結構示意圖.在外殼的絕緣基板上固定一個螺栓，螺栓上有一個彈簧，彈簧的頂端焊有一個鋼球，它們都是電的良導體，外殼也使用電的良導體制成.請簡述這種裝置防盜的原理. 圖2 答案　在靜止狀態(tài)下，不論傳感器置于何種狀態(tài)，鋼球和外殼均呈斷開狀態(tài)不會導通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動時，則鋼球受到擾動產(chǎn)生運動與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報警裝置開始工作. 二、簡單的光控和溫控電路 例3　如圖3所示是一種煙霧報警器的控制電路圖，其原理簡化如下：調節(jié)可變電阻R1使U23＝0.當有煙霧時，開始觸發(fā)工作，其中Rg是光敏電阻.由此可知，要使開始工作，則應滿足(　　) 圖3 A.φ2>φ3 B.φ2<φ3 C.φ2＝φ3 D.無法判斷 答案　A 解析　規(guī)定電源負極的電勢為零，則φ3＝保持不變.而φ2＝＝，當有煙霧時，光敏電阻Rg增大，φ2增大.所以當φ2>φ3時，控制電路開始工作. 三、自動控制電路的分析與設計 例4　如圖4所示為某小型電磁繼電器的構造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈.P為可繞O點轉動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱.電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是(　　) 圖4 A.A與B接信號電壓，C與D跟被控電路串聯(lián) B.A與B接信號電壓，C與D跟被控電路并聯(lián) C.C與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián) D.C與D接信號電壓，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應接信號電壓，線圈電流隨信號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，進而起到控制作用.故正確答案為A. 1.(力傳感器的應用)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，在升降機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，某同學根據(jù)電流表的示數(shù)變化情況推斷升降機的運動狀態(tài)，下列說法中正確的是(　　) 圖5 A.0～t1時間內(nèi)，升降機一定勻速運動 B.0～t1時間內(nèi)，升降機可能減速上升 C.t1～t2時間內(nèi)，升降機可能勻速上升 D.t1～t2時間內(nèi)，升降機可能勻加速上升 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變速運動，C、D選項錯誤. 2.(溫度傳感器的應用)(多選)電飯鍋的結構圖如圖6所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃，下列說法中正確的是(　　) 圖6 A.常溫下感溫磁體具有較強的磁性 B.當溫度超過103 ℃時，感溫磁體的磁性較強 C.飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會達到103 ℃，這時開關按鈕會跳起 D.常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達到103 ℃，開關按鈕就不會自動跳起 答案　ACD 3.(溫度傳感器的應用)小強用恒溫箱進行實驗時，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7，下列對故障判斷正確的是(　　) 圖7 A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B.只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障 C.熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(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)故障或溫度設定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導致控制器發(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.