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

第三节传感器的应用1．(多选)传感器担负着信息采集的任务，其工作过程可能是()A．将力学量(如形变量)转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将电学量转变成光学量D．将电学量转变成力学量【答案】AB课前·自主学习2．光敏电阻的阻值随着入射光强度的增加而________．由于它对光照比较敏感，所以它可以作________传感器．【答案】减小光电3．金属的电阻率随温度的升高而________．用金属丝可以制作________传感器，称为________．【答案】增大温度热电阻4．与金属不同的是，有些半导体的导电能力随温度的升高而________，故可以用半导体材料制作________．【答案】增强热敏电阻5．与热敏电阻相比，金属热电阻的________________好，测温范围________，但________较差．【答案】化学稳定性大灵敏度6．半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的________获得能量成为______________，同时也形成更多的________，于是________明显地增强．【答案】电子自由电子空穴导电性7．电熨斗装有__________________________________________________传感器，其作用是____________________.【答案】双金属片温度控制电路的通断8．温度传感器的核心元件是______________________，它具有将________转化为________的性质．【答案】热敏电阻温度电阻一、生活中的传感器1．温度传感器的应用：电饭煲、________、__________、________、消毒碗柜等与温度相关的家用电器．2．红外线控制器的应用：_________、______________、生命探测仪、__________________以及防盗、防火报警器等．3．光敏传感器的应用：____________.4．压力传感器的应用：____________.电冰箱微波炉空调机自动门家电遥控器非接触红外测温仪照相机电子秤二、农业生产中的传感器传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制，例如：1．无人管理的自动灌溉系统，用到了______传感器．2．自动化温室种植用到了______传感器．3．现代粮库采用了______传感器和______传感器．温度温度温度温度三、工业生产中的传感器1．机器人、____________、________，各种自动生产线或者系统中，用到了各种传感器．2．生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现____________．3．自动控制系统中的检测环节，用传感器对被控对象进行____________．自动化小车自动机床安全隐患精确检测四、飞向太空的传感器1．航空中，飞机能利用传感器给出所在高度与________的差值．2．运载火箭、载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和______系统使用．载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的______传感器．给定高度遥控生理为什么人们说传感器就像人的眼睛、耳朵？【答案】从感知外界信息角度理解，人的眼睛、耳朵不断为我们收集外界信息，并通过神经系统将信号传送到大脑，而传感器的敏感元件，也感受外界的相关变化，并将其转化为电信号，传送给下一级装置分析、执行.1．传感器应用过程分析传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集．(2)信息加工、放大、传输．(3)利用所获得的信息执行某种操作．课堂·优化整合物理传感器应用问题的分析思路2．分析传感器问题要注意的三点(1)传感器感受的是哪种物理量．传感器感受到的物理量主要有：力、热、磁、光等．(2)敏感元件有何特性，敏感元件怎样将所感受到的物理量转换为电学量．敏感元件各不相同，但都是对某种物理量敏感，并直接或通过电路将所感受到的信息转换为电学量，在分析中既要注意元件的敏感特性，又要注意电路特点，要明确转换前后非电学量与电学量间的定量关系．(3)执行机构怎样根据传感器所提供的电学信息进行工作．传感器的应用，不仅包含非电学量向电学量的转化过程，还包含根据所获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)后转化为电压、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)将光的信息转化为电阻、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．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()例1甲乙A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动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：由压敏电阻的特点知，t1～t2时间内电流I均匀增大，所以压敏电阻所受的压力增大，故小车做加速度增大的变加速运动．t2～t3时间内，电流不变，说明小车做匀加速直线运动，故D正确．答案：D►题后反思小车运动状态变化→球对压敏电阻的压力变化→压敏电阻的阻值变化→电流表的示数变化1．(2016·青浦一模)酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是()A．U越大，表示c越小，c与U成反比B．U越大，表示c越小，但c与U不成反比C．U越大，表示c越大，c与U成正比D．U越大，表示c越大，但c与U不成正比【答案】D【解析】酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测R0两端的电压．根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得：1r′＝kc(k是比例系数)，①根据欧姆定律得：UR0＝ER0＋r′＋r＋R，②由①②整理得：U＝ER0R0＋1kc＋r＋R，由数学知识知，U越大，c越大，但两者不成正比．故D正确．1．力传感器的应用——电子秤(1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成．(2)作用：将物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量，方便测量、处理和控制．2．温度传感器的应用(1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．传感器的应用实例(2)电饭锅：它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．3．光传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：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．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是()例2甲乙A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动B．0～t1时间内，升降机可能减速上升C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升解析：在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D两项都错．答案：B2．(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是()A．常温时上下触点是接触的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些D．由熨烫丝绸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【答案】ABD【解析】常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，提高切断温度，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．红外线传感器在科学技术和现代生活中有着广泛的应用，它是光传感器的一种，常见应用包括光计数、光计时、光测量、光控制等．1．红外线传感器的工作原理任何物质，只要它具有一定的温度(高于绝对零度)都能辐射红外线；且温度不同的物体辐射出的红外线波长不同，探测器的敏感元件接收到物体发出的红外线，并将其转化成电压信号输出，便可驱动各种控制电路工作．红外线传感器的应用2．红外线传感器的构成3．红外线传感器的应用红外线传感器常用于无接触温度测量、生命探测、火情监控等，在气象预报、卫星遥感、医学、军事等领域都有广泛应用．红外线传感器光学系统透射式反射式检测元件热敏检测元件，如热敏电阻光敏检测元件，如光敏电阻转换电路4．自动门上的红外传感器人体辐射的红外线波长为9～10μm，传感器探测元件的波长灵敏度在0.2～20μm范围内几乎稳定不变，在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7～10μm，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其他物体发出的红外线全部吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器．【特别提醒】(1)红外线也是光线，只不过用肉眼看不到．(2)不同物质发出的红外线不同．物体所发出的红外线的波长与温度有关．(3)对红外线敏感的元件对其他光线不敏感，因此用这种元件的装置可不受其他光线的影响．如图所示为一实验小车中利用红外线脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为红外线脉冲源，B为红外线脉冲接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮．车轮转动时，A发出的红外线脉冲通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示．例3若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是________________________；小车速度的表达式为v＝__________________；行程的表达式为s＝___________________________________________________________________.解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动的圈数的乘积．设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动的圈数为k，则有v＝2πRk.若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动的圈数为nP.由于齿轮与车轮同轴相连，所以它们在单位时间内转动的圈数相等，即k＝nP.由以上两式可得v＝2πRnP.同理，设车轮转动的累计圈数为k′，则有s＝2πRk′，且k′＝NP，所以s＝2πRNP.可见，要测出小车的速度v和行程s，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P.答案：车轮半径R和齿轮的齿数P2πRnP2πRNP3．大多楼道灯具有这样的功能：天黑时，有声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．在控制电路中应接入的传感器和传感器送来的信号应通过的门电路分别