6.2 傳感器的應用 學案（人教版選修3-2）

1．傳感器應用的一般模式：______________________.
2．電子秤由________、電壓放大器、模數轉換器、微處理器和數字顯示器組成．電阻應變片受到力的作用，它的______會發生變化，從而引起上下表面的電壓差發生變化．把應變片放到合適的電路中，它能夠把物體的______這個力學量轉換為______這個電學量，因而電子秤是______傳感器的應用．
3．電飯鍋中的敏感元件為____________，它具有這樣的性質：常溫下具有________，能夠被磁體吸引，當溫 度上升到約103℃時，就__________，不能被磁體吸引，這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”，電飯鍋是溫度傳感器的應用．
4．傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調機在室內溫度達到設定的溫度后，會自動停止工作，空調機內使用的傳感器是(　　)
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．下列器件是應用力傳感器的是(　　)
A．鼠標器 B．火災報警器
C．測溫儀 D．電子秤
6．用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上是電視機中的傳感器把光信號轉化為電信號的過程．下列屬于這類傳感器的是(　　)
A．紅外報警裝置
B．走廊照明燈的聲控開關
C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置
D．電飯鍋中控制加熱和保溫的溫控器

【概念規律練】
知識點一　力傳感器的應用
1．壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小．一同學利用壓敏電阻設計了判斷升降機運動狀態的裝置，如圖1甲所示，將壓敏電阻平放在升降機內，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機靜止時電流表示數為I0.某過程中電流表的示數如圖乙所示，則 在此過程中(　　)

圖1
A．物體處于失重狀態
B．物體處于超重狀態
C．升降機一定向上做勻加速運動
D．升降機可能向下做勻減速運動
2．傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖2所示的是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片的電極上時，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，電路中不會出現電流
④若電流表有示數，則說明壓力F發生變化
⑤若電流表有示數，則說明壓力F不發生變化
A．②④　　　B．①④　　　C．③⑤　　　D．①⑤
知識點二　溫度傳感器的應用
3．關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，溫度很高時失去鐵磁性[來源:學*科*網]
C．用電飯鍋燒水，水開時能自動斷電
D．用電飯鍋煮飯時，溫控開關自動斷電后，它不能自動復位[來源:Z§xx§k.Com]
4．如圖3所示是電飯煲的電路圖，S1是一個溫控開關，手動閉合后，當此開關溫度達到居里點(103℃)時會自動斷開，S2是一個自動溫控開關，當溫度 低于70℃時會自動閉合；溫度高于80℃時會自動斷開，紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈，分流電阻R1＝R2＝500 Ω，加熱電阻絲R3＝50 Ω，兩燈電阻不計．

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

知識點三　光傳感器的應用
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為發光二極管(電流越大，發出的光越強)，且R與LED之間的距離不變，下列說法正確的是(　　)

圖4
A．當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大
B．當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小
C．當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變
D．無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變
6．如圖5為煙霧散射式火災報警器，它主要 由帶孔的外罩，發光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理．

圖5

【方法技巧練】
傳感器問題的分析技巧
7．電熨斗在達到設定的溫度后就不再升溫，當溫度降低時又會繼續加熱，使它總與設定的溫度相差不多．在熨燙不同的織物時，設定的溫度可以不同，進行這樣的控制，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所示為電熨斗的結構圖，圖中雙金屬片上層金屬的膨脹系數大于下層金屬，請結合所學知識回答以下問題：

圖6
(1)常溫下，上、下觸點應當是接觸的還是分離的？當溫度過高時雙金屬片將起怎樣的作用？
(2 )熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣 物需要設定不同的溫度，這是如何利用調溫旋鈕來實現的？

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，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態而上下自由滑動，彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現電壓，該電壓經過放大，通過信號轉換后在顯示屏上將顯示物體重力的大�。阎獜椈傻膭哦认禂禐閗，托盤自身質量為m0，電源電動勢為E，內阻不計，當地的重力加速度為g.求：

圖7
(1)托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；
(2)托盤上放有質量為m的物體時，P1離A的距離x2；
(3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，其方法是：調節P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零．校準零點后，將物體m放在托盤上，試推導出物體質量m與P1、P2間的電壓U之間的函數關系式．
參考答案
課前預習練
放大(轉換)電路→放大(轉換)電路→執行機構(或顯示系統)
2．應變片　電阻　形變　電壓　力
3．感溫鐵氧體　鐵磁性　失去磁性
4．C　[空調機根據溫度調節工作狀態，所以內部使用了溫度傳感器，故C正確．][來源:學§科§網]
5．D　[鼠標器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災報警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應變片，是力傳感器，D正確．]
6．A　[遙控器發出紅外線，電視中的傳感器感知紅外線，是紅外線傳感器，所以A選項正確．]
課堂探究練
1．BD　[由乙圖知電流強度變為原來的二倍，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，即物體對壓敏電阻的壓力增大，物體所受支持力大于重力，升 降機勻加速上升或勻減速下降，處于超重 狀態，故選B、D.]
2．A　[當F向上壓膜片電極時，板間距離減小，電容器的電容將增大．當F變化時，電容變化，而板間電壓不變，由Q＝CU，故帶電荷量Q發生變化，電容器將發生充、放電現象，回路中有電流，電流計有示數．反之，電流計有示數時，壓力F必發生變化．]
點評　力傳感器能夠把物體的形變轉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�。�
3．BD　[電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是鐵氧體，故A選項錯，B選項正確．因水開時溫度約為100℃，達不到居里溫度，故不能自動斷電，則選項C錯．溫控開關只能手動閉合，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自動閉合，同時手動閉合S1，這時黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態，加熱到80℃時，S2自動斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103℃時，開關S1自動斷開，這時飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態，由于散熱，待溫度降至70℃時，S2自動閉合，電飯煲重新加熱，溫度達到8 0 ℃時，S2又自動斷開，再次處于保溫狀態．
(2)如果不閉合開關S1，則不能將飯煮熟，因為只能加熱到80℃.
(3)加熱時電飯煲消耗的電功率為P1＝U2R并，保溫時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.
點評�、匐婏堨业墓ぷ鬟^程：開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態，則觸點接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．
②如果用電飯煲燒水，水沸騰后，鍋內保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯煲不能自動斷電．只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電．因此，電飯煲用來燒水不能實現自動控溫．
5．A　[滑動觸頭P左移，使其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發光增強，使光敏電阻R減小，最終達到增 大流過燈泡的電流的效果．]
6．見解析
解析　使用時發光二極管處于發光狀態，平時光電三極管收不到LED發出的光，呈現高電阻狀態．煙霧進入罩內后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小．與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發出警報．
點評　發光二極管具有單向導電性，導電時還能發光．普通二極管只具有單向導電性．
7．(1)常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片上、下表面受熱膨脹系數不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小．則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環進行，起到自動控制溫度的作用．
(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不 同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節升降螺絲，升降螺絲帶動彈性銅片升降，從而改變觸點接觸的位置，達到設定不同溫度的目的．
8．(1)m0gk　(2)?m＋m0?gk　(3)m＝kLgEU
解析　托盤的移動帶動P1移動，使P1、P2間出現電勢差，電勢差的大小反映了托盤向下移動距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長度成正比．
(1)由力的平衡知識知m0 g＝kx1，解得x1＝m0gk[來源:學科網]
(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
聯立解得m＝kLgEU
方法總結　分析傳感器問題要注意四點
(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)輸出信號分析
明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規律．
(3)電路結構分析
認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規律．
(4)執行機構工作分析
傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程，還包含根據所獲得的信息控制執行機構進行工作的過程．


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