2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第5章传感器5.2常见传感器的工作原理及应用(7)课件

常见传感器的工作原理及应用\n一、生活中的传感器1.温度传感器的应用:电饭煲、、微波炉、空调机、消毒碗柜等.2.红外线传感器的应用:自动门、家电、生命探测器、非接触红外测温仪及防盗、防火报警器等.3.光敏传感器、压力传感器的应用:分别应用于、电子秤.二、农业、工业生产及航空航天中的传感器1.利用的自动灌溉系统实现自动灌溉.2.利用实现温室的自动控温.电冰箱遥控器照相机湿度传感器温度传感器\n3.利用和对粮库进行监测控制.4.在自动化控制和安全检测上.各种传感器使生产的保持在最佳状态;监控关键部位,随时发现.5.飞机高度的自动控制,火箭、飞船的遥测遥控,航天员的生理状况测量等都应用了各种各样的传感器.温度传感器湿度传感器自动运行安全隐患\n要点一　常见传感器的应用答案:电子秤是压力传感器;火灾报警器是光电传感器;自动门是红外线传感器.【问题导引】生活中常见的电子秤、火灾报警器、自动门分别是什么传感器?\n【要点透析】1.压力传感器的应用——电子秤(1)组成:由金属梁和应变片组成.(2)工作原理:如图所示,弹簧钢片的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片(它的电阻值随长度的变化而变化),在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面的电阻变小.F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上面应变片两端的电压变大,下面应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出.外力越大,输出电压差值也就越大.\n2.光电传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用光电传感器工作的一种火灾报警器.工作原理:平时,发光二极管LED发出的光被挡板挡住,光电三极管收不到光,呈现高电阻状态;当有烟雾进入罩内后,烟雾使光线向各个方向散射,使部分光线照射到光电三极管上,其阻值变小,与传感器连接的电路检测到这种变化,就会发出警报.\n3.红外线传感器的应用——自动门(1)红外线传感器的工作原理任何物体都能辐射与自身形状、温度等有关的红外线;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.(2)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、夜视等,在气象预报、卫星遥感、医学、军事等领域都有广泛应用.(3)自动门上的红外线传感器传感器探测元件将探测到的人体红外辐射通过转换电路变为电学量从而控制门的开闭.\n【典例1】(多选)如图所示是一种延时开关,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通.当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放.则()A.由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的开关S2,无延时作用D.如果断开B线圈的开关S2,延时将变长\n〚思路探究〛(1)当S1、S2均闭合时,衔铁D为何被吸下?答案:在A线圈的电路中,S1闭合,A线圈产生磁场,因此将衔铁D吸下.(2)S1、S2均闭合时,衔铁D被吸下,C线路接通;当断开S1时,为何衔铁不会立即弹上去而切断电路?答案:S1接通时产生的磁场通过B线圈,当S1断开时,使B线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,感应电流的磁场会延续一段时间使衔铁D不会立即被弹起.解析:当S1断开时,由于通过B线圈的磁通量发生变化,而有感应电流产生,由楞次定律知这个电流产生的磁场与原磁场同向,故磁场对D仍有引力作用,使D延迟一段时间才被释放,故选项B、C正确.答案:BC\n〚针对训练1-1〛全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理,自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.如图所示,其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端.小阳同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的两点之间,按照你的接法请回答:当油箱中油量减少时,电压表的示数将(选填“增大”或“减小”).\n解析:由题图可知当油箱内液面高度变化时,R接入电路的电阻发生变化,从而引起R两端电压的变化,当R=0(油箱注满)时,UR=0,随着油量的减少R逐渐增大,UR也逐渐增大,因此,UR的大小可转换为相应的储油量,所以电压表应接在b、c之间,当油量减少时,电压表示数将增大.答案:b、c增大\n要点二分析传感器应用问题的一般思路【问题导引】传感器的应用过程可分为哪几个步骤?答案:(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.\n【要点透析】分析传感器应注意以下三点: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、光等非电学量敏感元件有何特性,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\n【典例2】如图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、P2两个滑动触头,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质量的大小.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,重力加速度为g.求:\n(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.〚思路探究〛(1)托盘的移动会带来哪种电学量的变化?答案:托盘的移动会带动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.(2)P1、P2间的电压U与P1、P2间的滑线电阻有什么关系?答案:由于R为均匀的滑线电阻,则其阻值与长度成正比,而电源给整个滑线电阻供电的电流为定值,所以P1、P2间的电压U与P1、P2间的滑线电阻成正比.\n\n\n思维总结(1)均匀的电阻中通过的电流相同,任意两点间(两点距离不为零)有确定的电势差,且电势差与长度成正比.(2)找出平衡条件重力等于弹力,重力与输出电压间的关系是解题的关键.\n〚针对训练2-1〛(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,应使调温旋钮下调一些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,双金属片向下弯曲,切断电源,切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些,选项A、B、D正确,选项C错误.答案:ABD\n1.在现代农田灌溉系统中,关于所用传感器的类型,下列说法正确的是()A.温度传感器B.光电传感器C.湿度传感器D.压力传感器C解析:在农田的自动灌溉系统中,应根据农田的水分蒸发情况,自动决定供水和停水,感知水分蒸发情况的传感器应是湿度传感器,故选项C正确.\n2.随着生活质量的提高,自动干手机已进入家庭,洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传感器便驱动电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干.手靠近干手机能使传感器工作,是因为()A.改变了湿度B.改变了温度C.改变了磁场D.改变了电容D解析:由于手靠近干手机电热器工作,手撤离后电热器停止工作,显然并不是改变了湿度、温度和磁场,而人是一种导体,可以与其他导体构成电容器.手靠近时相当于改变了电容器的电容,可以确定干手机内设有电容式传感器,故选项D正确.\n3.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示.Q是绝缘支架,薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流.当膜片向右运动的过程中有()A.电容变大B.电容变小C.导线AB中有向左的电流D.导线AB中有向右的电流AC\n\n4.目前有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关.该延时开关的简化原理如图所示.图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关电路,当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合.这时释放K后,延时开关S约在1min后断开,电灯熄灭.根据上述信息和原理图,我们可推断:按钮开关K按下前,发光二极管是(选填“发光的”或“熄灭的”),按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约min.这一过程中发光二极管是.限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足RRL的条件.\n解析:开关K按下前,S为断开,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的.当按下开关K后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1min后断开,故电灯L能持续发光1min,由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R≫RL.答案:发光的1熄灭的　≫