2019-2020学年高中物理 第6章 传感器 第2节 传感器的应用课件 新人教版选修3-2

第2节传感器的应用固知识、要点梳理要点一传感器问题的分析1．传感器工作的一般模式2．分析传感器应注意的四点问题(1)检测量分析：要明确传感器所检测的量，如力、热、光、磁、声等．(2)敏感元件分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通断，借助仪表进行显示等)．②以光传感器为例：光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等)，通过敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转换为电阻、电流等电学量，然后经过放大，传输到执行机构后执行某种操作．解析：选B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错．1．类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯．下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A．是力传感器B．是光传感器C．是温度传感器D．是声音传感器2．传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种．某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的．常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路．下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是()解析：选A选项B、C、D的电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开．选项A的电路中，电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以选项A正确．3.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动时的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个压力传感器A和B.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量m＝2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力的大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．当弹簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传感器上的力为拉力时，示数为负．现将装置沿运动方向固定在汽车上．汽车静止时，A、B的示数均为10N．(g取10m/s2)(1)若传感器A的示数为14.0N，B的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向；(2)当汽车以什么样的加速度运动时，传感器A的示数为零？解析：(1)根据题意可知，左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14.0N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0N，滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝F1－F2m＝14.0－6.02.0m/s2＝4m/s2，方向向右，即A指向B，如图所示．答案：(1)4m/s2方向向右(即A指向B)(2)10m/s2，方向向左(即B指向A)(2)A传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0.因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2′＝20N．规定汽车运动的方向为正，由牛顿第二定律得F＝F2′＝ma2，得a2＝F2′m＝－10m/s2，负号表示方向向后(向左)．要点二传感器的应用实例1．力传感器的应用——电子秤(1)组成及敏感元件：由金属梁和1__________组成，敏感元件是2__________．应变片应变片(2)工作原理：(3)作用：应变片将物体形变这个力学量转换为5__________这个电学量．电压2．温度传感器的应用实例敏感元件工作原理电熨斗双金属片温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断敏感元件工作原理电饭锅感温铁氧体(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103℃时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”(2)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开3.光传感器的应用——火灾报警器(1)组成及敏感元件：由带孔的罩子、6_______________、7__________和不透明的挡板组成，敏感元件为8__________．发光二极管LED光电三极管光电三极管(2)工作原理4．(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是()A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起解析：选CD煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，故A错误；饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位，故B错误，C正确；电饭锅内有水，水沸腾后，锅内的温度保持在100℃不变，低于“居里温度”103℃，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温，D正确．5．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是()A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确解析：选C由火灾报警器的工作原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选项C对．6．某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压．(1)如图所示，E为直流电源；S为开关；R为滑动变阻器；○V为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图.(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝________.解析：(1)分析题意可知，要求电压的调节范围尽可能大，故滑动变阻器采用分压接法，电路如图所示：答案：(1)见解析(2)UU0·m0(2)输出电压与作用在传感器上的压力成正比，U0＝km0g，U＝kmg，联立解得m＝UU0·m0.