2024年高中物理第5章第3節(jié)大顯身手傳感器講義含解析魯科版選修3-2

PAGEPAGE3大顯身手傳感器1．洗衣機(jī)水位限制系統(tǒng)全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位限制裝置運(yùn)用了壓力傳感器。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門，接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源。2．自動(dòng)門(1)限制自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的是一種紅外線傳感器。(2)自動(dòng)門工作流程3．指紋識(shí)別器指紋識(shí)別器是通過(guò)電容傳感器來(lái)識(shí)別指紋的。手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了電容器，由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異。4．傳感器與機(jī)器人(1)機(jī)器人中傳感器的分類機(jī)器人中傳感器分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器。(2)傳感器用途①外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對(duì)機(jī)器人的刺激，使機(jī)器人擁有類似人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等感覺(jué)，從而使機(jī)器人具有擬人化的特點(diǎn)；②內(nèi)部傳感器(如角度傳感器、關(guān)節(jié)傳感器等)用于檢測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài)。在機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭等人員集散地都設(shè)有體溫檢測(cè)點(diǎn)，為什么測(cè)體溫時(shí)一般不用水銀溫度計(jì)，而用紅外線測(cè)溫儀？解析：用水銀溫度計(jì)，測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)又簡(jiǎn)潔引起交叉感染，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)溫速度快，也不須要與人體干脆接觸，避開(kāi)了交叉感染，因此用紅外線測(cè)溫儀較好。1．洗衣機(jī)水位限制裝置運(yùn)用的壓力傳感器是一種開(kāi)關(guān)型的傳感器。當(dāng)向內(nèi)筒注水時(shí)，部分水進(jìn)入氣室，氣室內(nèi)壓強(qiáng)增大，使傳感器的膜片向上凸起，從而使動(dòng)觸點(diǎn)與下面的靜觸點(diǎn)分別，并與上面的靜觸點(diǎn)接觸，從而接通限制電路，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門，同時(shí)接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源，起先洗滌衣物。2．自動(dòng)門上的紅外線傳感器，也是一種開(kāi)關(guān)型的傳感器。人走近自動(dòng)門傳感器輸出電壓信號(hào)；信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，使定時(shí)器工作；由定時(shí)器構(gòu)成的電路使繼電器通電，自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，門自動(dòng)打開(kāi)；當(dāng)人通過(guò)自動(dòng)門幾秒鐘后，自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，門自動(dòng)關(guān)閉。3．指紋識(shí)別器的電容傳感器輸出電容改變這一電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路對(duì)電信號(hào)的比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋的識(shí)別。[典例1]電飯鍋是應(yīng)用溫度傳感器工作的，它的敏感元件是感溫鐵氧體，由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒制而成，其特點(diǎn)是常溫下具有磁性，能夠被磁鐵吸引，溫度達(dá)到103℃，失去磁性，這個(gè)溫度叫居里溫度，又稱居里點(diǎn)。電飯鍋的自動(dòng)限制結(jié)構(gòu)如圖所示，依據(jù)以上信息回答：(1)起先煮飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕？手松開(kāi)這個(gè)按鈕是否會(huì)復(fù)原到圖示的狀態(tài)？為什么？(2)煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)大致保持肯定的溫度？(3)飯熟后，水分被大米汲取，鍋底的溫度會(huì)有什么改變？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？(4)假如用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？[解析](1)煮飯時(shí)壓下開(kāi)關(guān)按鈕，感溫鐵氧體與永磁體相吸結(jié)合在一起，觸點(diǎn)相接，電路接通，起先加熱。手松開(kāi)后，由于鍋內(nèi)的溫度低，感溫鐵氧體與永磁體相互吸引而不能使按鈕復(fù)原到圖示的狀態(tài)。(2)煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)的溫度基本保持在水的沸點(diǎn)。(3)飯熟后，水分被大米汲取，鍋底的溫度會(huì)上升，當(dāng)溫度上升到“居里溫度”(約103℃)時(shí)，感溫鐵氧體失去磁性，永磁鐵與之分別，開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，且不能自動(dòng)復(fù)位。(4)假如用電飯鍋燒水，水沸騰后水溫保持100℃，不會(huì)再上升，故不能自動(dòng)斷電。[答案]見(jiàn)解析1．在如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距離不變，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D．無(wú)論怎樣移動(dòng)觸頭，P、L消耗的功率都不變解析：選D由于二極管處于反向接法，無(wú)論怎樣移動(dòng)觸頭P，對(duì)電路的電阻影響不大，所以L消耗的功率不變，D正確。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(jué)器官)、環(huán)境識(shí)別和動(dòng)作限制部分(相當(dāng)于人的大腦)、動(dòng)作部分(相當(dāng)于人的手、腳等)。2．傳感器與機(jī)器人感覺(jué)對(duì)應(yīng)表感覺(jué)所用傳感器效果當(dāng)前發(fā)展水平視覺(jué)視覺(jué)傳感器(攝像機(jī))使機(jī)器人擁有人眼的視覺(jué)功能離自然人的視覺(jué)水平相差甚遠(yuǎn)聽(tīng)覺(jué)超聲波傳感器、語(yǔ)音識(shí)別裝置使機(jī)器人擁有類似人耳的聽(tīng)覺(jué)功能能理解一些簡(jiǎn)潔的語(yǔ)句，不能真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話嗅覺(jué)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(méi)有嗅覺(jué)觸覺(jué)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(jué)敏銳，但能完成大部分要求[典例2]類人型機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”，如同大腦的“限制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它遇到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓并剛好轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說(shuō)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[解析]遇到障礙物會(huì)繞開(kāi)，說(shuō)明它是光傳感器，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。[答案]B2．[多選]下列傳感器中機(jī)器人能應(yīng)用到的傳感器是()A．視覺(jué)傳感器B．位移傳感器C．壓力傳感器D．語(yǔ)言識(shí)別裝置解析：選ABCD視覺(jué)傳感器相當(dāng)于機(jī)器人的“眼睛”，壓力傳感器、位移傳感器使機(jī)器人有了“感覺(jué)”，語(yǔ)言識(shí)別裝置相當(dāng)于機(jī)器人的“耳朵”，A、B、C、D正確。1．下列狀況不行能是由于全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位限制裝置損壞引起的是()A．洗衣機(jī)不加水B．洗衣機(jī)加水不能自動(dòng)停止C．洗衣機(jī)不排水D．洗衣機(jī)不洗衣解析：選C洗衣機(jī)水位限制裝置正常，才能正常加水，且加到合適的水位，若損壞可能導(dǎo)致始終不加水，或始終不停地加水或加足水后洗衣機(jī)仍舊不洗衣，A、B、D可能，C不行能。2．機(jī)器人技術(shù)發(fā)展快速，以下哪方面是現(xiàn)有的機(jī)器人不能很好地完成的()A．汽車工業(yè)中自動(dòng)焊接領(lǐng)域B．深水探險(xiǎn)C．藝術(shù)體操和與人對(duì)話D．機(jī)械加工解析：選C現(xiàn)有的機(jī)器人技術(shù)限于制造工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)，還很難達(dá)到類似人對(duì)肢體的限制實(shí)力，其動(dòng)作精確但較僵硬，語(yǔ)音識(shí)別實(shí)力還很差，在其他幾個(gè)方面機(jī)器人都有上佳表現(xiàn)。3．為了節(jié)約能源，合理適時(shí)地運(yùn)用路燈，要求路燈夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動(dòng)點(diǎn)亮熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)限制。這是利用半導(dǎo)體的()A．壓敏性B．光敏性C．熱敏性D．三種特性都利用了解析：選B由題意可知，這一裝置要對(duì)光敏感，能區(qū)分白天(光線強(qiáng))與夜晚(光線暗)，所以選B。雖然白天與夜晚溫度也不相同，但溫度除與晝夜有關(guān)外，還與季節(jié)有關(guān)，因此不能選C。燈亮熄與壓力更無(wú)關(guān)系，A、D錯(cuò)。4．將啟動(dòng)器與燈泡、電源、開(kāi)關(guān)連在一起，如圖所示，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，燈泡將()A．不亮B．始終亮C．亮、滅交替D．以上都有可能解析：選C啟動(dòng)器中有一個(gè)U形的雙金屬片，與旁邊的直立金屬絲構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下是分別的。閉合開(kāi)關(guān)后，電源電壓通過(guò)燈泡加到啟動(dòng)器上，啟動(dòng)器發(fā)出輝光，同時(shí)加熱雙金屬片，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，雙金屬片膨脹而與金屬絲接觸，接通電路，燈泡亮。因接通后啟動(dòng)器電壓為零，啟動(dòng)器停止發(fā)光，溫度降低到肯定值時(shí)，觸點(diǎn)分開(kāi)，斷開(kāi)電路，燈泡熄滅，將重復(fù)以上過(guò)程。5．小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)覺(jué)恒溫箱的溫度持續(xù)上升，無(wú)法自動(dòng)限制。經(jīng)檢查，恒溫箱的限制器沒(méi)有故障。參照?qǐng)D，下列對(duì)故障推斷正確的是()A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B．只可能是