魯科版（2019）高中物理選修二5.3大顯身手的傳感器課件1

第5章傳感器及其應(yīng)用第3節(jié)大顯身手的傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解傳感器應(yīng)用的一般模式．2．了解力傳感器在洗衣機(jī)上的應(yīng)用．了解光傳感器在自動(dòng)門上的應(yīng)用．3．了解電容傳感器在指紋識(shí)別器上的應(yīng)用．了解傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用．4．感受傳感器技術(shù)給人類生活帶來的便利，了解傳感器應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路．二、洗衣機(jī)水位控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位控制裝置使用了______傳感器．當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)自動(dòng)_______進(jìn)水電磁閥門，_______洗滌電動(dòng)機(jī)電源．壓力關(guān)閉接通基礎(chǔ)知識(shí)一、自動(dòng)感應(yīng)門1．控制自動(dòng)門開關(guān)的是一種__________傳感器．2．自動(dòng)門工作流程紅外線三、指紋識(shí)別器指紋識(shí)別器是通過________傳感器來識(shí)別指紋的．手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了__________，由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異．電容電容陣列四、機(jī)器人1．機(jī)器人傳感器的分類機(jī)器人傳感器分為_______傳感器和_______傳感器．2．傳感器用途(1)_______傳感器用于感知外部__________和外界事物對機(jī)器人的_______，使機(jī)器人擁有類似人的_______、______、觸覺、嗅覺、味覺等感覺，從而使機(jī)器人具有擬人化的特點(diǎn)．(2)_______傳感器(如角度傳感器、____________等)，用于檢測機(jī)器人的________．外部內(nèi)部外部工作環(huán)境刺激視覺聽覺內(nèi)部關(guān)節(jié)傳感器狀態(tài)重點(diǎn)難點(diǎn)一、紅外線傳感器的工作原理及應(yīng)用1．紅外線傳感器的工作原理任何物質(zhì)，只要它具有一定的溫度(高于絕對零度)都能輻射紅外線；且溫度不同的物體輻射出的紅外線波長不同，探測器的敏感元件接收到物體發(fā)出的紅外線，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路工作．3．紅外線傳感器的應(yīng)用紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量、氣體成分分析、無損探傷等,在氣象預(yù)報(bào)、衛(wèi)星遙感、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用.4．自動(dòng)門上的紅外傳感器人體輻射的紅外線波長為9μm～10μm，傳感器探測元件的波長靈敏度在0.2μm～20μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變，在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為7μm～10μm，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其他物體發(fā)出的紅外線全部吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器．特別提醒(1)紅外線用肉眼看不到．(2)不同物質(zhì)發(fā)出的紅外線不同．(3)一切物體均發(fā)出紅外線．二、傳感器使機(jī)器人擁有哪些感覺？分別是哪種傳感器的功勞？1．機(jī)器人的構(gòu)成機(jī)器人主要包括三個(gè)部分：環(huán)境信息采集部分(相當(dāng)于人的感覺器官)、環(huán)境識(shí)別和動(dòng)作控制部分(相當(dāng)于人的大腦)、動(dòng)作部分(相當(dāng)于人的手、腳等)．2．機(jī)器人的感覺傳感器是機(jī)器人的感覺器官，外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對機(jī)器人的刺激，各種傳感器和機(jī)器人的感覺的對應(yīng)關(guān)系見下表：感覺所用傳感器效果當(dāng)前發(fā)展水平視覺視覺傳感器(攝像機(jī))使機(jī)器人擁有人眼的視覺功能離自然人的視覺水平相差甚遠(yuǎn)聽覺超聲波傳感器語音識(shí)別裝置使機(jī)器人擁有類似人耳的聽覺功能能理解一些簡單的語句，不能真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話嗅覺氣體傳感器使機(jī)器人擁有類似人鼻的功能只能識(shí)別有限的幾種氣體，一般機(jī)器人沒有嗅覺觸覺壓力傳感器溫度傳感器位移傳感器使機(jī)器人擁有類似人的皮膚和手的功能發(fā)展水平較高，雖不如人的感覺敏銳，但能完成大部分要求特別提醒機(jī)器人的發(fā)展方向是高度擬人的人工智能機(jī)器人；但目前的電腦運(yùn)算能力、傳感器制造技術(shù)等均相距甚遠(yuǎn)．已知敏感元件的質(zhì)量為m，兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)均為k，電源電動(dòng)勢為E，電源內(nèi)阻不計(jì)．滑動(dòng)變阻器的總電阻值為R，有效長度為l.靜態(tài)時(shí)，輸出電壓為U0，試推導(dǎo)加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式．題后反思由于系統(tǒng)整體做加速運(yùn)動(dòng)，敏感元件使兩彈簧均發(fā)生形變?chǔ)，同時(shí)滑動(dòng)變阻器上的滑動(dòng)觸頭也會(huì)同步的滑動(dòng)Δl,因而綜合運(yùn)用牛頓第二定律和閉合電路歐姆定律即可求解．

題型2、用傳感器設(shè)計(jì)簡單的自動(dòng)控制電路光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，其中就有可用于街道的路燈自動(dòng)控制開關(guān)．下圖為實(shí)驗(yàn)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，請連成正確的電路，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．解析：連線如圖所示．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(diǎn)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(diǎn)接觸，路燈電路接通，燈亮．如圖所示是一種懸球式加速度儀，它可以用來測定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車的加速度，金屬球的質(zhì)量為m，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長為L的均勻電阻絲，其阻值為R，金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì)，電阻絲的中心C焊接一根導(dǎo)線，從O點(diǎn)也引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個(gè)電壓表V，(金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì))．綜合應(yīng)用：傳感器與力、電的綜合圖中虛線OC與AB垂直，且OC＝h，電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上，整個(gè)裝置固定在列車中并使AB沿車前進(jìn)的方向．列車靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時(shí)，金屬絲將偏離豎直方向，從電壓表V的讀數(shù)變化可以測出加速度的大?。?dāng)列車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，試導(dǎo)出加速度a與電壓表讀數(shù)U′，的關(guān)系式(用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)思路點(diǎn)撥