6.2 傳感器的應(yīng)用 學(xué)案（人教版選修3-2）

1．傳感器應(yīng)用的一般模式：______________________.
2．電子秤由________、電壓放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字顯示器組成．電阻應(yīng)變片受到力的作用，它的______會(huì)發(fā)生變化，從而引起上下表面的電壓差發(fā)生變化．把應(yīng)變片放到合適的電路中，它能夠把物體的______這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為______這個(gè)電學(xué)量，因而電子秤是______傳感器的應(yīng)用．
3．電飯鍋中的敏感元件為____________，它具有這樣的性質(zhì)：常溫下具有________，能夠被磁體吸引，當(dāng)溫 度上升到約103℃時(shí)，就__________，不能被磁體吸引，這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”，電飯鍋是溫度傳感器的應(yīng)用．
4．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
5．下列器件是應(yīng)用力傳感器的是(　　)
A．鼠標(biāo)器 B．火災(zāi)報(bào)警器
C．測(cè)溫儀 D．電子秤
6．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上是電視機(jī)中的傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過程．下列屬于這類傳感器的是(　　)
A．紅外報(bào)警裝置
B．走廊照明燈的聲控開關(guān)
C．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置
D．電飯鍋中控制加熱和保溫的溫控器

【概念規(guī)律練】
知識(shí)點(diǎn)一　力傳感器的應(yīng)用
1．壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減�。�一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖1甲所示，將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則 在此過程中(　　)

圖1
A．物體處于失重狀態(tài)
B．物體處于超重狀態(tài)
C．升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)
D．升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng)
2．傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖2所示的是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片的電極上時(shí)，以下說法中正確的是(　　)

圖2
①若F向上壓膜片電極，電路中有從a到b的電流
②若F向上壓膜片電極，電路中有從b到a的電流
③若F向上壓膜片電極，電路中不會(huì)出現(xiàn)電流
④若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變化
⑤若電流表有示數(shù)，則說明壓力F不發(fā)生變化
A．②④　　　B．①④　　　C．③⑤　　　D．①⑤
知識(shí)點(diǎn)二　溫度傳感器的應(yīng)用
3．關(guān)于電飯鍋的說法正確的是(　　)
A．電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵
B．鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時(shí)失去鐵磁性[來源:學(xué)*科*網(wǎng)]
C．用電飯鍋燒水，水開時(shí)能自動(dòng)斷電
D．用電飯鍋煮飯時(shí)，溫控開關(guān)自動(dòng)斷電后，它不能自動(dòng)復(fù)位[來源:Z§xx§k.Com]
4．如圖3所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)溫控開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開，S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開關(guān)，當(dāng)溫度 低于70℃時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開，紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，分流電阻R1＝R2＝500 Ω，加熱電阻絲R3＝50 Ω，兩燈電阻不計(jì)．

圖3
(1)分析電飯煲的工作原理．
(2)簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？
(3)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比．

知識(shí)點(diǎn)三　光傳感器的應(yīng)用
5．在如圖4所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED之間的距離不變，下列說法正確的是(　　)

圖4
A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大
B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小
C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變
D．無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變
6．如圖5為煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器，它主要 由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請(qǐng)簡(jiǎn)述它的工作原理．

圖5

【方法技巧練】
傳感器問題的分析技巧
7．電熨斗在達(dá)到設(shè)定的溫度后就不再升溫，當(dāng)溫度降低時(shí)又會(huì)繼續(xù)加熱，使它總與設(shè)定的溫度相差不多．在熨燙不同的織物時(shí)，設(shè)定的溫度可以不同，進(jìn)行這樣的控制，靠的是溫度傳感器．電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷，如圖6所示為電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，圖中雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)回答以下問題：

圖6
(1)常溫下，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)雙金屬片將起怎樣的作用？
(2 )熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣 物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？

8．如圖7所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓，該電壓經(jīng)過放大，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大�。�已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g.求：

圖7
(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；
(2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2；
(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零．校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式．
參考答案
課前預(yù)習(xí)練
放大(轉(zhuǎn)換)電路→放大(轉(zhuǎn)換)電路→執(zhí)行機(jī)構(gòu)(或顯示系統(tǒng))
2．應(yīng)變片　電阻　形變　電壓　力
3．感溫鐵氧體　鐵磁性　失去磁性
4．C　[空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，所以內(nèi)部使用了溫度傳感器，故C正確．][來源:學(xué)§科§網(wǎng)]
5．D　[鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災(zāi)報(bào)警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測(cè)溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D正確．]
6．A　[遙控器發(fā)出紅外線，電視中的傳感器感知紅外線，是紅外線傳感器，所以A選項(xiàng)正確．]
課堂探究練
1．BD　[由乙圖知電流強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼亩�倍，而加在壓敏電阻兩端的電壓不變，說明壓敏電阻的阻值減小，即物體對(duì)壓敏電阻的壓力增大，物體所受支持力大于重力，升 降機(jī)勻加速上升或勻減速下降，處于超重 狀態(tài)，故選B、D.]
2．A　[當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，板間距離減小，電容器的電容將增大．當(dāng)F變化時(shí)，電容變化，而板間電壓不變，由Q＝CU，故帶電荷量Q發(fā)生變化，電容器將發(fā)生充、放電現(xiàn)象，回路中有電流，電流計(jì)有示數(shù)．反之，電流計(jì)有示數(shù)時(shí)，壓力F必發(fā)生變化．]
點(diǎn)評(píng)　力傳感器能夠把物體的形變轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，外力越大，電壓或電流的變化就越大，由變化的差值大小，可以得知外力的大小．
3．BD　[電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A選項(xiàng)錯(cuò)，B選項(xiàng)正確．因水開時(shí)溫度約為100℃，達(dá)不到居里溫度，故不能自動(dòng)斷電，則選項(xiàng)C錯(cuò)．溫控開關(guān)只能手動(dòng)閉合，故D正確．]
4．(1)見解析　(2)不能　(3)12∶1
解析　(1)電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到80℃時(shí)，S2自動(dòng)斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103℃時(shí)，開關(guān)S1自動(dòng)斷開，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于散熱，待溫度降至70℃時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到8 0 ℃時(shí)，S2又自動(dòng)斷開，再次處于保溫狀態(tài)．
(2)如果不閉合開關(guān)S1，則不能將飯煮熟，因?yàn)橹荒芗訜岬?0℃.
(3)加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率為P1＝U2R并，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率P2＝U2R1＋R并，兩式中R并＝R2R3R2＋R3＝500×50500＋50 Ω.從而有P1∶P2＝R1＋R并R并＝500＋500/11500/11＝12∶1.
點(diǎn)評(píng)　①電飯煲的工作過程：開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．
②如果用電飯煲燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯煲不能自動(dòng)斷電．只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動(dòng)斷電．因此，電飯煲用來燒水不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫．
5．A　[滑動(dòng)觸頭P左移，使其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R減小，最終達(dá)到增 大流過燈泡的電流的效果．]
6．見解析
解析　使用時(shí)發(fā)光二極管處于發(fā)光狀態(tài)，平時(shí)光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．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�。�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)．
點(diǎn)評(píng)　發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕瑢?dǎo)電時(shí)還能發(fā)光．普通二極管只具有單向?qū)щ娦裕?br />7．(1)常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片上、下表面受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小．則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用．
(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不 同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性銅片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的位置，達(dá)到設(shè)定不同溫度的目的．
8．(1)m0gk　(2)?m＋m0?gk　(3)m＝kLgEU
解析　托盤的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng)，使P1、P2間出現(xiàn)電勢(shì)差，電勢(shì)差的大小反映了托盤向下移動(dòng)距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長(zhǎng)度成正比．
(1)由力的平衡知識(shí)知m0 g＝kx1，解得x1＝m0gk[來源:學(xué)科網(wǎng)]
(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2
解得x2＝?m＋m0?gk
(3)由閉合電路歐姆定律知E＝IR，[來源:Z§xx§k.Com]
由部分電路歐姆定律知U＝IR串，
由R串R＝xL，其中x為P1、P2間的距離，則x＝x2－ x1＝mgk
聯(lián)立解得m＝kLgEU
方法總結(jié)　分析傳感器問題要注意四點(diǎn)
(1)感受量分析
要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．
(2)輸出信號(hào)分析
明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律．
(3)電路結(jié)構(gòu)分析
認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律．
(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析
傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程．


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