6.2 传感器的应用 学案（人教版选修3-2）

6.2 传感器的应用 学案（人教版选修3-2）

1．传感器应用的一般模式：______________________.
2．电子秤由________、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器组成．电阻应变片受到力的作用，它的______会发生变化，从而引起上下表面的电压差发生变化．把应变片放到合适的电路中，它能够把物体的______这个力学量转换为______这个电学量，因而电子秤是______传感器的应用．
3．电饭锅中的敏感元件为____________，它具有这样的性质：常温下具有________，能够被磁体吸引，当温 度上升到约103℃时，就__________，不能被磁体吸引，这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”，电饭锅是温度传感器的应用．
4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是(　　)
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
5．下列器件是应用力传感器的是(　　)
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是(　　)
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭锅中控制加热和保温的温控器

【概念规律练】
知识点一　力传感器的应用
1．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图1甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则 在此过程中(　　)

图1
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图2所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是(　　)

图2
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化
A．②④　　　B．①④　　　C．③⑤　　　D．①⑤
知识点二　温度传感器的应用
3．关于电饭锅的说法正确的是(　　)
A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性[来源:学*科*网]
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位[来源:Z§xx§k.Com]
4．如图3所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度 低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．

图3
(1)分析电饭煲的工作原理．
(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．

知识点三　光传感器的应用
5．在如图4所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED之间的距离不变，下列说法正确的是(　　)

图4
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变
6．如图5为烟雾散射式火灾报警器，它主要 由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．

图5

【方法技巧练】
传感器问题的分析技巧
7．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图6所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：

图6
(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？
(2 )熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣 物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？

8．如图7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，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7
(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；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．
参考答案
课前预习练
放大(转换)电路→放大(转换)电路→执行机构(或显示系统)
2．应变片　电阻　形变　电压　力
3．感温铁氧体　铁磁性　失去磁性
4．C　[空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．][来源:学§科§网]
5．D　[鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．]
6．A　[遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确．]
课堂探究练
1．BD　[由乙图知电流强度变为原来的二倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升 降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重 状态，故选B、D.]
2．A　[当F向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大．当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q＝CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数．反之，电流计有示数时，压力F必发生变化．]
点评　力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值大小，可以得知外力的大小．
3．BD　[电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A选项错，B选项正确．因水开时温度约为100℃，达不到居里温度，故不能自动断电，则选项C错．温控开关只能手动闭合，故D正确．]
4．(1)见解析　(2)不能　(3)12∶1
解析　(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到8 0 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)如果不闭合开关S1，则不能将饭煮熟，因为只能加热到80℃.
(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P1＝U2R并，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝U2R1＋R并，两式中R并＝R2R3R2＋R3＝500×50500＋50 Ω.从而有P1∶P2＝R1＋R并R并＝500＋500/11500/11＝12∶1.
点评　①电饭煲的工作过程：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，按钮不再恢复到图示状态，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，从而停止加热．
②如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭煲不能自动断电．只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温．
5．A　[滑动触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增 大流过灯泡的电流的效果．]
6．见解析
解析　使用时发光二极管处于发光状态，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．
点评　发光二极管具有单向导电性，导电时还能发光．普通二极管只具有单向导电性．
7．(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，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，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不 同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的．
8．(1)m0gk　(2)?m＋m0?gk　(3)m＝kLgEU
解析　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m0 g＝kx1，解得x1＝m0gk[来源:学科网]
(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2
解得x2＝?m＋m0?gk
(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，[来源:Z§xx§k.Com]
由部分电路欧姆定律知U＝IR串，
由R串R＝xL，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－ x1＝mgk
联立解得m＝kLgEU
方法总结　分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．
(2)输出信号分析
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)执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．


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