高中物理第三章傳感器3_4生活中的傳感器簡單的光控和溫控電路（選學(xué)）講義精練（含解析）教科版.docx

4簡單的光控和溫控電路(選學(xué))學(xué)科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.了解洗衣機、電冰箱中的傳感器.2.了解家用報警器的原理.3.了解傳感器與人的感官的類比，以及它們各自的優(yōu)勢.4.了解一些簡單的自動控制電路科學(xué)思維：能設(shè)計簡單的傳感器應(yīng)用電路科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過對傳感器原理及應(yīng)用的了解，體會所學(xué)知識在實際應(yīng)用中的價值，增強學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度一、生活中的傳感器1洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機實現(xiàn)了利用傳感器和電腦技術(shù)對洗滌全過程進行檢測和控制2電冰箱中的傳感器：電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成在控制系統(tǒng)中，傳感器起著非常重要的作用3家用報警器(1)居家生活中，煤氣泄漏，會危及人身安全，需要加以防范我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報警器和可燃氣體報警器(2)有一種敲擊防盜報警器，它利用壓電式傳感器對門窗玻璃損毀產(chǎn)生反應(yīng)，形成對報警裝置的啟動還有一種沖擊防盜報警器，由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成4傳感器與人的感官(1)光傳感器和由它制成的錄像頭、監(jiān)控探頭，可以類比人的眼睛(2)對有毒有害氣體進行監(jiān)控的化學(xué)和生物傳感器，相當于人的鼻和舌等嗅覺、味覺器官(3)力學(xué)和振動傳感器，以及溫度傳感器可以認為相當于人類的觸覺器官，如手、足、皮膚等(4)聲傳感器不妨認為是機器的耳朵二、簡單的光控和溫控電路1集成電路又稱IC，是在硅板上集合各種電子器件，實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是電子設(shè)備中最重要的部分2光控自動照明電路利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，使電路在天亮?xí)r自動切斷，天黑自動導(dǎo)通3溫控電熨斗利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時將電源關(guān)閉1判斷下列說法的正誤(1)通常的傳感器可以直接用來進行自動控制()(2)傳感器可以用來采集信息()(3)傳感器可以將感受到的一些信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量()(4)洗衣機的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動作的()(5)電冰箱是利用溫度傳感器自動控溫的()2電子打火機的點火原理是壓電效應(yīng)，壓電片在受壓時會在兩側(cè)形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比現(xiàn)有一利用壓電效應(yīng)制造的電梯加速度傳感器，如圖1所示壓電片安裝在電梯地板下，電壓表與壓電片構(gòu)成閉合回路用來測量壓電片兩側(cè)形成的電壓若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，則電梯加速度一定_(填“向上”或“向下”)，電梯可能_(填“加速”或“減速”)下降圖1答案向上減速一、傳感器的簡單應(yīng)用傳感器問題應(yīng)注意的四個分析(1)檢測量分析：要清楚傳感器所檢測的非電學(xué)量，如溫度、光、聲、力等(2)敏感元件分析：分析敏感元件的輸入與輸出信號，及輸入與輸出信號間的聯(lián)系(3)電路分析：分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，分析輸入信號變化對電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響(4)執(zhí)行機構(gòu)分析：分析非電學(xué)量與電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換過程，分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構(gòu)進行工作的過程例1如圖2所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)銅制的測溫泡1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個溫度傳感器膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作彈簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上連桿9的下端是裝在機箱上的軸凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力圖2(1)為什么當冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠自動開始工作，而在達到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？(2)為什么用凸輪可以改變設(shè)定的溫度？答案見解析解析(1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，膜盒 3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設(shè)定的溫度時彈簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作(2)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運動，而彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度例2如圖3所示為沖擊防盜報警器的沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖在外殼的絕緣基板上固定一個螺栓，螺栓上有一個彈簧，彈簧的頂端焊有一個鋼球，它們都是電的良導(dǎo)體，外殼也使用電的良導(dǎo)體制成請簡述這種裝置防盜的原理圖3答案在靜止狀態(tài)下，不論傳感器置于何種狀態(tài)，鋼球和外殼均呈斷開狀態(tài)不會導(dǎo)通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動時，則鋼球受到擾動產(chǎn)生運動與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報警裝置開始工作二、簡單的光控和溫控電路例3如圖4所示是一種煙霧報警器的控制電路圖，其原理簡化如下：調(diào)節(jié)可變電阻R1使U230.當有煙霧時，開始觸發(fā)工作，其中Rg是光敏電阻由此可知，要使開始工作，則應(yīng)滿足()圖4A23 B23時，控制電路開始工作三、自動控制電路的分析與設(shè)計例4如圖5所示為某小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈P為可繞O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸點，A、B、C、D為四個接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是()圖5AA與B接信號電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)BA與B接信號電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)CC與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)DC與D接信號電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)答案A解析A、B接電磁繼電器的線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈電流隨信號電壓變化使電磁繼電器吸引或釋放P，從而使C、D接通或斷開，進而起到控制作用故正確答案為A.1(生活中的傳感器)(多選)為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識設(shè)計了一個電子拉力計，如圖6所示是原理圖輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計，P與R1間的摩擦不計)，彈簧勁度系數(shù)為100 N/cm.定值電阻R05 ，ab是一根長為5 cm的均勻電阻絲，阻值R125 ，電源輸出電壓恒為U3 V，理想電流表的量程為00.6 A當拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端下列關(guān)于這個電路的說法正確的是()圖6A小明在電路中連入R0的目的是保護電路B當拉環(huán)不受力時，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1 AC當拉力為400 N時，電流表指針指在0.3 A處D當拉力為400 N時，電流表指針指在0.5 A處答案ABC解析若電路無電阻R0，且金屬滑片P在b端時，電路短路會損壞電源，R0的存在使電路不出現(xiàn)短路，因此A正確；當拉環(huán)不受力時，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I0.1 A，故B正確；拉力為400 N時，由Fkx，則x4 cm，對應(yīng)的電阻為RaP20 ，R1接入電路的電阻RPb5 ，由閉合電路歐姆定律得，I0.3 A，故D錯誤，C正確2(溫度傳感器的應(yīng)用)如圖7所示是自動調(diào)溫式電熨斗的結(jié)構(gòu)，下列說法不正確的是()圖7A常溫時上、下觸點是接觸的B雙金屬片溫度升高時，上層的金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C原來溫度控制在80 斷開電源，現(xiàn)要求60 斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D由熨燙絲綢衣物狀態(tài)(溫度較低)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)(溫度較高)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些答案C解析常溫工作時，上、下觸點是接通的；當溫度升高時，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源；切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些，A、B、D正確，C錯誤3(壓力傳感器的應(yīng)用)(2018煙臺市高二下學(xué)期期中)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)設(shè)計了利用壓敏電阻判斷豎直升降機運動狀態(tài)的裝置，其工作原理圖如圖8甲所示，將壓敏電阻固定在升降機底板上，其上放置一個物塊，在升降機運動的過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，已知升降機靜止時電流表的示數(shù)為I1.下列判斷正確的是()圖8A0到t1時間內(nèi)，升降機一定靜止Bt1到t2時間內(nèi)，升降機可能做勻加速直線運動Ct1到t2時間內(nèi)，升降機運動時的加速度在變化Dt2到t3時間內(nèi)，升降機可能向下勻加速運動答案C一、選擇題1傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機在室內(nèi)溫度達到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，空調(diào)機內(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壓力傳感器答案C2當出現(xiàn)某疫情時，在機場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測出經(jīng)過它時的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是()A選擇紅外線進行檢測，主要是因為紅外線具有熒光效應(yīng)B紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測C紅外線熱像儀同時還具有殺菌作用D一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同答案D解析紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強度不同而工作的，故D正確3.某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護裝置如圖1所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成當右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法不正確的有()圖1A家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零B家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變C家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起D地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起答案C解析由于零線、火線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場方向相反，所以家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零，選項A正確；家庭電路短路和用電器增多時均不會引起L2中磁通量的變化，選項B正確，C錯誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，線圈L1中磁場變化引起L2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起K，切斷家庭電路，選項D正確二、非選擇題4(2018聊城市高二下學(xué)期期末)用壓敏電阻可制成壓力傳感器，它受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以對汽車稱重經(jīng)實測，某壓力傳感器輸出電壓與壓力的關(guān)系如下表：壓力/(105 N)01.22.43.64.86.0輸出電壓/V01.02.03.04.05.0將該壓力傳感器水平放置，并和電阻箱R(最大電阻999.9 )及部分其他器材組成了如圖2甲所示的電路，閉合開關(guān)S，當線圈中的電流I20 mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合已知繼電器線圈的電阻為25 ，繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供(假設(shè)U不受繼電器電路影響)圖2(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，請在圖乙給定的坐標系中描繪出壓力傳感器的輸出電壓隨壓力變化的圖像；(2)當壓力增大到一定程度時，電鈴報警，說明汽車超載，則圖甲中電鈴應(yīng)接在_(選填“A、B”或“C、D”)兩端；(3)為使車重G3.0105 N時啟動報警系統(tǒng)，則電阻箱R的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到_ ；(4)通過調(diào)整電阻箱R的阻值，可以調(diào)整報警車重，能使該裝置報警的最小車重為_ N.答案(1)見解析圖(2)C、D(3)100(4)6.0104解析(1)橫坐標表示壓力，縱坐標表示輸出電壓，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，所作圖像如圖所示(2)當壓力增大到一定程度時，壓力傳感器輸出電壓達到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20 mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間；(3)由圖可知當N3.0105 N時U2.5 V，而使電磁繼電器的銜鐵被吸合的最小電流為0.02 A，故電路總電阻R總 125 ，所以電阻箱接入電路的阻值RR總R線125 25 100 ；(4)因為使電磁繼電器銜鐵吸合的最小電流I20 mA0.02 A，繼電器線圈的電阻R線25 ，所以要使該裝置報警，壓力傳感器輸出的電壓最小值為U最小IR線0.02 A25 0.5 V，由圖像可知，輸出電壓為0.5 V時，對應(yīng)的壓力為6.0104 N.5(2018梅河口市第五中學(xué)高二月考)電飯煲的工作原理如圖3所示，可分為兩部分，即控制部分：由S1、S2、定值電阻R1和黃燈組成；工作(加熱)部分：由發(fā)熱電阻R3、定值電阻R2和紅燈組成S1是一個磁鋼限溫開關(guān)，手動閉合，當此開關(guān)的溫度達到居里點(103 )時，自動斷開，且不能自動復(fù)位，S2是一個金屬片自動開關(guān)，當溫度達到70 80 時，自動斷開，低于70 時，自動閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過其電流必須較小，所以R1、R2起_作用，R3是發(fā)熱電阻接通電源并按下S