2012高二物理课件：第六章 2 传感器的应用 (新人教版选修3-2)

2传感器的应用知识点1电熨斗在电熨斗中，装有能控制电路的通断的双金属片温度传感器，当温度发生变化时，双金属片的膨胀系数不同，常温下，上、下触点是接触的，但温度过高时，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电源，从而保持温度．如图6－2－1所示．图6－2－1知识点2电饭锅开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图6－2－2状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而是停止加热．图6－2－2知识点3火灾报警器有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，如图6－2－3所示，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．图6－2－3知识点4电子秤1．电子秤的构成应变片、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器等器件．2．电子秤的原理电阻应变片受到力的作用时，它的阻值会发生变化，把应变片放在合适的电路中，他能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量，电子秤是力电传感器的应用，如图6－2－4所示.图6－2－4压力F/N050100150200250300…电阻R/Ω300270240210180150120…【例1】有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图6－2－5中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表A(其实质是电流表)．其中AO∶BO＝5∶1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.68V，则：图6－2－5(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？解：(1)由表中数据可归纳得出R＝300－0.6F(Ω)．(2)依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R1＝300Ω，电路中的电流为I＝UR＝4.68300A＝15.6mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6mA处．(3)当电流表刻度盘的读数为I2＝20毫安时，压力传感器的电阻R2＝UI2＝4.680.02Ω＝234Ω由R＝300－0.6F得F2＝110N再由F2·AO＝G·BO得G＝550N.1．如图6－2－6所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：图6－2－6(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；解：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)由力的平衡知识知m0g＝kx1，解得x1＝m0gk.(2)放上重物重新平衡后，(m0＋m)g＝kx2，解得x2＝m0＋mgk.题型1力传感器的应用【例2】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置．其工作原理图如图6－2－7甲所示，将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物.0～t1时间内升降机停在某一楼层处，t1时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化情况如图乙所示．则下列判断正确的是()图6－2－7A．t1～t2时间内绝缘重物处于超重状态B．t3～t4时间内绝缘重物处于失重状态C．升降机开始时可能停在10楼，从t1时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在1楼D．升降机开始时可能停在1楼，从t1时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在10楼解析：t1～t2时间内，电流小于平衡时的电流，电阻大于平衡时的电阻，所以压力小于重力，即支持力小于重力，有向下的加速度，处于失重状态．t3～t4正好相反，处于超重状态．从实际运动结合再分析，答案为C.答案：C2．(双选)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图6－2－8甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，)电流表示数如图乙所示．下列判断正确的是(图6－2－8A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做加速度变大的直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动解析：由电流表示数图象可知，在t1到t2时间内电流匀速增大，说明压力均匀增大，小车做变加速直线运动，且加速度不断增大；在t2到t3时间内电流恒定，压力则恒定，小车做匀加速直线运动.答案：BD题型2温度传感器的应用【例3】(双选)如图6－2－9是电熨斗的结构图，下列说法正确的是()图6－2－9A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝上移D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断解析：在电熨斗中，双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断，当温度发生变化时，双金属片的膨胀系数不同，常温下，上下接触点是接触的，但温度过高时，上金属片膨胀大，下金属片膨胀小，金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．需要较高温度时，应使调温旋钮下调一些．答案：BD3．(双选)关于电熨斗，下列说法正确的是()A．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同B．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮上调一些C．由熨烫丝稠衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些D．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料解析：使用电熨斗时，需要较高温度熨烫时，调温旋钮要下调一些，反之上调；需要较低温度断开电源，调温旋钮应上调，熨烫棉麻衣物要比熨烫丝绸衣物需要的温度高，调温旋钮要下调．答案：BC