新教材同步系列2024春高中物理第5章傳感器第2節(jié)傳感器的應(yīng)用第3節(jié)用傳感器制作自動控制裝置課件粵教版選擇性必修第二冊

第五章傳感器第二節(jié)傳感器的應(yīng)用第三節(jié)用傳感器制作自動控制裝置學(xué)習(xí)任務(wù)1．列舉傳感器在日常生活中的應(yīng)用；了解傳感器在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，知道航天航空中的傳感器。2．理解常用傳感器的工作原理和過程。3．通過利用傳感器制作自動控制裝置的過程，培養(yǎng)動手能力和解決問題的能力。必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備01[知識梳理]知識點一生活中的傳感器1．溫度傳感器的應(yīng)用電飯煲、______、微波爐、空調(diào)機(jī)、消毒碗柜等與溫度相關(guān)的家用電器。2．紅外線控制器的應(yīng)用______、家電遙控器、生命探測儀、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等。3．光敏傳感器的應(yīng)用：______等。4．壓力傳感器的應(yīng)用：______等。電冰箱自動門照相機(jī)電子秤知識點二傳感器在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航天航空中的應(yīng)用1．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器無人管理的自動灌溉系統(tǒng)利用了____傳感器；自動化溫室種植中，溫室的自動控溫就是在溫度傳感器的幫助下實現(xiàn)的；現(xiàn)代糧庫采用了____傳感器和____傳感器。2．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器安全生產(chǎn)中，如將一種埋入式____傳感器安置在大橋或水壩中，隨時可以監(jiān)控大橋和水壩的裂痕等安全隱患；在自動控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床中的位移測量裝置就是利用高精度____傳感器(如光柵傳感器)對位移測量，從而實現(xiàn)精密加工。濕度溫度濕度光纖位移3．航天航空中的傳感器飛機(jī)保持一定飛行高度，當(dāng)飛機(jī)高度變化時，大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)自動發(fā)出與給定高度的差值信號，并通過自動駕駛儀操縱升降舵，使飛機(jī)恢復(fù)給定高度；在運載火箭、載人飛船中，應(yīng)用了傳感器供____和____系統(tǒng)使用；對航天員的各種生理指標(biāo)的測量有____傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等。遙測遙控生理[基礎(chǔ)自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)洗衣機(jī)的自動控制裝置利用了壓力傳感器。 (

)(2)自動門利用了紅外線傳感器。 (

)(3)指紋識別器是利用壓力傳感器。 (

)(4)無人管理的自動灌溉系統(tǒng)，用到了溫度傳感器。 (

)(5)位移測量裝置用到了位移傳感器。 (

)√√××√2．(2022·山東聊城高二期末)關(guān)于傳感器的應(yīng)用，下列說法中正確的是(

)A．電熨斗是通過感溫鐵氧體的作用控制電路的通斷的B．電子秤能通過應(yīng)變片把力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測量C．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號D．熱敏電阻是把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量的B

[電熨斗是通過雙金屬片溫度傳感器來實現(xiàn)溫度的自主控制，故A錯誤；電子秤是通過應(yīng)變片這個壓力傳感器把力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測量的，故B正確；話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，故C錯誤；熱敏電阻是把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量的，故D錯誤。]√3．類人型機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說法中正確的是(

)A．是力傳感器 B．是光傳感器C．是溫度傳感器 D．是聲音傳感器B

[遇到障礙物會繞開，說明它是光傳感器，B正確，A、C、D錯誤。]√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點1傳感器的應(yīng)用實例考點2自動控制電路的實例分析(1)日光燈的啟動器(結(jié)構(gòu)如圖所示)也可看成是一個熱敏傳感裝置，它的熱敏功能器是雙金屬片，你能說出啟動器的工作原理嗎？提示：日光燈啟動器內(nèi)有一雙金屬片，熱膨脹系數(shù)不同。開關(guān)閉合后，啟動器兩極之間有電壓使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光發(fā)出的熱量使U形動觸片受熱膨脹向外延伸，碰到靜觸片觸點，電路接通；溫度降低時，U形動觸片向里收縮，離開觸點，電路斷開。(2)如圖所示，水箱水位自動報警器是如何工作的？提示：正常生產(chǎn)時，水位較高。繼電器中的線圈有電流通過，銜鐵1被向下吸引，與觸頭2接觸，B燈亮。水位下降到一定高度后，繼電器中線圈沒有電流通過了，則銜鐵1與觸頭3接觸，A燈亮?？键c1傳感器的應(yīng)用實例1．力傳感器的應(yīng)用——電子秤(1)構(gòu)成：電子秤的測力裝置是力傳感器，常用的一種力傳感器由一個金屬梁和兩個應(yīng)變片組成。如圖所示。

2．溫度傳感器的應(yīng)用(1)電熨斗。①溫度傳感器：由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器，它可以把溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行自動控制。②電熨斗的自動控溫原理：其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，如圖所示：常溫下，上下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(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，起到自動控制溫度的作用。(2)電飯鍋。①結(jié)構(gòu)：如圖所示，它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的。它的特點是：常溫下具有磁性，能被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。②工作原理：電飯鍋工作時，按下開關(guān)按鈕，感溫磁體與永磁體接觸，兩個接線螺釘通過觸點相連，電路接通，開始工作，電飯鍋內(nèi)溫度升高，當(dāng)達(dá)到103℃時，感溫磁體與永磁體分離，帶動觸點分離，電路斷開，不再加熱，電飯鍋停止工作。3．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器如圖所示為利用煙霧對光的散射來工作的一種火災(zāi)報警器，其工作原理是：帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時，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(fā)出警報。【典例1】如圖甲所示為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1＝20kΩ、R2＝10kΩ、R3＝40kΩ，RT為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示，a、b端電壓Uab≤0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)a、b端電壓Uab>0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在(

)A．10℃

B．20℃

C．30℃

D．45℃√

本題利用熱敏電阻作傳感器，將溫度變化的信號轉(zhuǎn)化為電信號，結(jié)合電子線路來控制加熱電路。正確的電路分析、計算及理解熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線，是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)電熨斗已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，特別是服裝店更離不開它，現(xiàn)在的電熨斗具有自動控制溫度的功能，可以通過雙金屬片來控制電路的通斷。如圖所示為電熨斗的結(jié)構(gòu)示意圖，關(guān)于電熨斗的控制電路，下列說法正確的是(

)A．常溫下，電熨斗的上下觸點應(yīng)該是分離的B．圖中雙金屬片上層金屬片的膨脹系數(shù)大于下層金屬片的膨脹系數(shù)C．熨燙棉麻衣物時，應(yīng)旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘上升D．熨燙絲綢衣物時，應(yīng)旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘上升√√BD

[常溫下，上下觸點接觸，溫度過高時，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點分開，起到調(diào)溫作用，A錯誤；當(dāng)溫度升高時，雙金屬片向膨脹系數(shù)小的金屬片所在處發(fā)生彎曲，觸點斷開，故雙金屬片上層金屬片的膨脹系數(shù)大于下層金屬片的膨脹系數(shù)，B正確；熨燙棉麻衣物時，需要較高溫度，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘下移，C錯誤；熨燙絲綢衣物時，應(yīng)旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕，使升降螺釘上升，D正確。]2．如圖所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管、光電三極管和不透明的擋板。平時光電三極管接收不到發(fā)光二極管發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是(

)A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報D．以上說法均不正確√C

[發(fā)生火災(zāi)時，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)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(fā)出警報。故選C。]考點2自動控制電路的實例分析應(yīng)用光敏電阻制作光控自動照明燈電路1．實驗?zāi)康牧私馀c傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識，練習(xí)用傳感器制作自動控制裝置。2．實驗器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5MΩ)、燈泡L、多用電表、導(dǎo)線。3．實驗原理由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖所示。(1)當(dāng)白天自然光線較強(qiáng)時，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS的門電極處于低電平，VS關(guān)斷。(2)當(dāng)夜幕降臨時，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲得正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈L亮。(3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點。4．二極管VD、晶閘管VS的特性(1)二極管：具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給二極管加正向電壓時，它的阻值很?。划?dāng)給二極管加反向電壓時，它的電阻很大。(2)晶閘管VS：當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管承受正向電壓時，僅在門極承受正向電壓情況下晶閘管才導(dǎo)通。5．實驗步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R“×1k”擋，調(diào)零后，測量電阻R的阻值，檢查R是否符合要求。(2)將多用電表旋鈕撥至R“×1k”擋，調(diào)零后，用兩表筆分別接二極管兩極，然后將兩表筆位置對調(diào)。若兩次測量結(jié)果一次較小，一次很大，則二極管性能良好。(3)將多用電表旋鈕撥至R“×1k”擋，紅表筆接晶閘管K極，黑表筆同時接通G、A極，在保持黑表筆不脫離A極的狀態(tài)下斷開G極，指針指示幾十歐至一百歐，然后瞬時斷開A極再接通，若指針指示∞位置，則表明晶閘管良好。(4)按照電路圖，將各元件焊接、安裝好。(5)檢查各元件的連接，確保無誤。(6)接通電源，觀察強(qiáng)光照射光敏電阻時和用黑紙包裹光敏電阻時燈泡L的狀態(tài)。6．注意事項(1)安裝前，對所有器材進(jìn)行測試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。(2)焊接時，管腳必須在離管殼5mm以上處焊接，焊接時間不宜過長。(3)注意二極管、晶閘管各極正確裝入電路，不可錯接、反接。【典例2】光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，其中有可用于路燈自動控制的開關(guān)。如圖所示為實驗所用器材，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為電流放大器，D為路燈，請連成電路，達(dá)到日出路燈熄、日落路燈亮的效果，并說明此電路的工作原理。[思路點撥]這類自動控制裝置的基本流程：外界因素→敏感元件→電流信號→放大電路→電磁繼電器→受控電路。[解析]電路如圖所示。工作原理：白天，光照強(qiáng)，光敏電阻A阻值小，控制電路中電流大，電磁鐵磁力強(qiáng)，將銜鐵吸合，兩觸點分離，路燈電路不通，燈不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏電阻A阻值大，控制電路中電流小，電磁鐵磁力弱，銜鐵向上移使兩觸點接觸，路燈電路接通，燈亮。[答案]

見解析設(shè)計自動控制電路時的一般思路(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路：控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個電路既相互獨立，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器實際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自控電路的合理性：電路設(shè)計完成后，要對它的合理性進(jìn)行分析，用光照射光敏電阻或給熱敏電阻加熱，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。比如，自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈點亮發(fā)光。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示為自動水位報警器的示意圖，在水位低于B時，電磁鐵所在的控制電路部分?jǐn)嗦?，_________燈亮；當(dāng)水位升高到B時，電磁鐵所在的控制電路部分接通，________燈亮。[解析]控制電路斷開時，繼電器彈片在彈簧作用下彈起，接通綠燈所在回路，綠燈亮；控制電路接通時，繼電器彈片在通電螺線管磁性作用下被吸下，接通紅燈所在回路，紅燈亮。

綠紅學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測031．有一種在光照或溫度升高時排氣扇都能啟動的自動控制裝置，下列說法正確的是(

)A．兩個傳感器都是光電傳感器B．兩個傳感器分別是光電傳感器和溫度傳感器C．兩個傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器D．只有光照和溫度都適合時排氣扇才能工作B

[題中提到有光照或溫度升高時排氣扇都能自動控制，由此可見兩個傳感器一個是光電傳感器，一個是溫度傳感器，而且排氣扇自動工作只需光照和溫度一個滿足條件即可，A、C、D錯誤，B正確。]1234√2．(2022·福建莆田高二期末)以下物品是傳感器在日常生活中的一些應(yīng)用。下列說法正確的是(

)A．測溫槍是應(yīng)用紅外線傳感器測量體溫B．電子秤是應(yīng)用光敏傳感器稱量物品質(zhì)量C．指紋識別器是應(yīng)用壓力傳感器來識別指紋D．煙霧散射火災(zāi)報警器是應(yīng)用聲傳感器實現(xiàn)火災(zāi)報警1234√A

[因為一切物體均能發(fā)出紅外線，因此使用紅外線進(jìn)行檢測體溫，故A正確；電子秤是應(yīng)用壓敏傳感器稱量物品質(zhì)量，故B錯誤；指紋識別器是應(yīng)用電容或光學(xué)傳感器來識別指紋，故C錯誤；煙霧散射火災(zāi)報警器是應(yīng)用光傳感器實現(xiàn)火災(zāi)報警，故D錯誤。]12343．如圖所示是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極。把這兩極接入