金榜奪冠物理第十一章第二單元第3課時(shí).ppt

第二單元 傳感器 第3課時(shí) 傳感器的原理及其應(yīng)用,選修32 第十一章 交變電流 傳感器,基礎(chǔ)回顧,1傳感器：傳感器是指這樣一類元件：它能感受例如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_量，并能把它們轉(zhuǎn)換成電壓、電流等_量，或轉(zhuǎn)換為電路的_從而能方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制 2傳感器的元件：制作傳感器時(shí)經(jīng)常使用的元件有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等 (1)熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，常態(tài)時(shí)其阻值約為10 k，其電阻率隨溫度的變化而變化，溫度升高時(shí)，其電阻率顯著_；,答案：1非電學(xué) 電學(xué) 電壓 2(1)減小,(2)光敏電阻也是由半導(dǎo)體材料制成的，其電阻率在光照射下顯著_；在沒有光照射下其阻值可以達(dá)到幾十兆歐在一般 室內(nèi)光照射下，電阻可以降到幾千歐，利用多用電表的歐姆擋測量不同溫度下的熱敏電阻以及不同光照射條件下光敏電阻的阻值，就可以了解熱敏電阻隨溫度以及光敏電阻隨光照的變化規(guī)律 (3)霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電壓，當(dāng)電流一定時(shí)，霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成_比,答案：(2)減小 (3)正,要點(diǎn)深化,1傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對傳感器有如下的定義，“能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”通俗地說，傳感器在現(xiàn)代技術(shù)中是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并且能夠按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量；其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件，將感受到的信號按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诶玫碾娦盘?，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以方便的進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制了,2傳感器的原理 傳感器感受到的通常是非電學(xué)量，如電壓、溫度、位移、濃度、速度等，而它傳輸?shù)耐ǔＪ请妼W(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號非常微弱，通常經(jīng)過放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作傳感器的原理也可以用下圖表示：,基礎(chǔ)回顧,1傳感器應(yīng)用的一般模式,2傳感器的分類 目前對傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，常用的分類方法有兩個(gè) (1)按_分類，如輸入量分別是溫度、壓力、位移、速度、加速度等非電學(xué)量時(shí)，相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器這種分類的方法給使用者提供了方便，容易根據(jù)測量對象選擇需要的傳感器等 (2)按傳感器的_分類，可分為電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等,答案：2(1)輸入量 (2)工作原理,要點(diǎn)深化,1力傳感器的應(yīng)用電子秤 (1)電子秤有應(yīng)變片、電壓放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和數(shù)字顯示器等器件電阻應(yīng)變片受到力的作用時(shí)，它的電阻會發(fā)生變化，把應(yīng)變片放在合適的電路中，他能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量,(2)工作原理：如下圖所示，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的阻值變化就越大如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出，外力越大，輸出的電壓差值也就越大.,2聲傳感器的應(yīng)用話筒 (1)如下圖所示的話筒是一種把聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器 (2)工作原理：金屬膜片M 和固定電極N形成一個(gè)電容器，Q是兩個(gè)絕緣支架電容器被直流電源充電后，當(dāng)聲波沖擊薄金屬膜片M而使之周期性振動(dòng)時(shí)，電容器兩極間距離的變化而導(dǎo)致電容大小發(fā)生變化，電容器的電荷量隨之發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓,3溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗、電飯鍋 (1)如下圖所示，溫度傳感器一般由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻制成，它是把熱信號轉(zhuǎn)換為電壓信號而進(jìn)行自動(dòng)控制的電熨斗的內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，雙金屬片的膨脹系數(shù)不同，上層金屬的膨脹大于下層金屬，溫度變化時(shí)，由于雙金屬片的膨脹系數(shù)不同從而控制電路的通斷，以達(dá)到控制溫度的目的,(2)如右圖所示，電飯鍋中應(yīng)用的溫度傳感器，其主要元件是感溫鐵氧體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(diǎn)是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是當(dāng)溫度上升到“居里溫度”或“居里點(diǎn)”(約103 )時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了 電飯鍋中的溫度傳感器起限溫開關(guān)的作用，手動(dòng)閉合，當(dāng)感溫鐵氧體的溫度上升到“居里點(diǎn)”時(shí)，開關(guān)自動(dòng)斷開，且不能自動(dòng)復(fù)位，以此來控制電飯鍋中的溫度,結(jié)合傳感器的選擇題在近幾年可謂雨后春筍、千姿百態(tài)，給人們耳目一新的感覺那么，解答這類題的關(guān)鍵是要明確各類元件的特點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)力學(xué)和電學(xué)知識進(jìn)行分析，從而作出正確的選擇,慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)加速度計(jì)的構(gòu)造原理的示意圖如右圖所示沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連滑塊原來靜止于O點(diǎn)，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為x，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度( ) A方向向左，大小為kx/m B方向向右，大小為kx/m C方向向左，大小為2kx/m D方向向右，大小為2kx/m,解析：撇開陌生的信息，通過相似性聯(lián)系，抓住主要信息并加以比較和分析，從而找到解答試題的正確方法分析這類問題可知它與平時(shí)的受力問題是類似的，問題就轉(zhuǎn)化為我們所熟悉的物理信息，即彈簧受力問題由導(dǎo)彈沿水平向左偏移x，則以導(dǎo)彈為研究對象，彈簧一邊受擠壓，一邊受拉伸，其受力情況如圖： ，則合力Fmg2kx，加速度a ，顯然方向是向右的，故D項(xiàng)正確 答案：D,題型訓(xùn)練,1.演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是( ) A物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源 內(nèi)的電流會發(fā)生變化 B物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓 表的示數(shù)會發(fā)生變化 C物體M不動(dòng)時(shí)，電路 中沒有電流 D物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù),解析：物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表測的對應(yīng)電阻發(fā)生改變，所以其示數(shù)會發(fā)生變化，但整個(gè)電路的總電阻沒改變，所以電路中的電流不變 答案：B,這類題目不涉及傳感器的技術(shù)細(xì)節(jié)，在考查知識的同時(shí)，更多考查同學(xué)們對所學(xué)知識的理解能力，對實(shí)際問題的分析和判斷能力、對圖象信息的提取和加工能力同樣是知識考查，但經(jīng)過命題者的匠心組合，題目的內(nèi)容更加新穎、形式更加靈活，這是現(xiàn)今高考的熱點(diǎn)趨勢，有的同學(xué)因讀不透材料、看不懂圖象、得不到信息而墜入云里霧中，但若設(shè)置成直接考查直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等知識的題目，又顯得索然無味將基本知識、基本規(guī)律融入新情景中，正是命題專家絞盡腦汁、苦心經(jīng)營的結(jié)果,將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中，如右圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運(yùn) 動(dòng)當(dāng)箱以a2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的壓力傳感器顯示的壓力為6.0 N，下底板的壓力傳感器顯示的壓力為10.0 N(取g10 m/s2) (1)若上頂板壓力傳感器的示數(shù)是 下底板壓力傳感器的示數(shù)的一半， 試判斷箱的運(yùn)動(dòng)情況 (2)要使上頂板壓力傳感器的示數(shù) 為零，箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況 可能是怎樣的？,解析：(1)當(dāng)箱子以a2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對金屬塊進(jìn)行受力分析得：mgFNFma 代入數(shù)值得m0.50 kg. 由于彈簧長度不變，F(xiàn)10 N 當(dāng)上頂板壓力傳感器的示數(shù)是下底板壓力傳感器的示數(shù)的一半時(shí)，對金屬塊受力分析應(yīng)用牛頓第二定律可得 mg FFma1，可解得a10，箱子處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng) (2)當(dāng)上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)N0， 由牛頓第二定律得mgFma2 解得a210 m/s2，負(fù)號表示a方向向上,若箱和金屬塊的加速度a10 m/s2時(shí)，進(jìn)一步壓縮彈簧，此時(shí)傳感器示數(shù)也為0，因此，只要a10 m/s2，均能使上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零所以箱子可能做a10 m/s2豎直向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng) 答案：(1)箱子處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)箱子可能做a10 m/s2豎直向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或豎直向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng) 點(diǎn)評：通過壓力傳感器，可以把物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)問題轉(zhuǎn)換為力的測量問題，只要測得所受力就可以知其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)本題最關(guān)鍵的一點(diǎn)是上下板都有示數(shù)，彈簧長度不變則彈力不變，故下底板示數(shù)仍為10 N.,題型訓(xùn)練,2.如圖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(gè)滑動(dòng)頭P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長時(shí)，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體 重力的大小已知彈簧的 勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì) 量為m0，電源電動(dòng)勢為E， 內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓?速度為g.求：,題型訓(xùn)練,(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1； (2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2； (3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A點(diǎn)的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式,解析：移動(dòng)托盤帶動(dòng)P1的移動(dòng)，使P1、P2間出現(xiàn)電勢差，電勢差大小反映了托盤向下移動(dòng)的距離大小，因R為均勻的滑線電阻器，故其阻值與長度成正比 (1)由平衡條件得：m0gkx1，解得： (2)托盤放上重物重新平衡后有：m0gmgkx2， 解得： (3)設(shè)電路中的電流為I，由閉合電路歐姆定律知EIR 設(shè)P1、P2間的電阻為Rx，距離為x，則根據(jù)部分電路歐姆定律得UIRx，又 解得 答案：(1)x1,壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如下圖(a)所示將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表示數(shù)如下圖(b)所示下列判斷正確的是( ) A從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng) B從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng) C從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng) D從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),錯(cuò)解：由圖(b)可知，在t1t2時(shí)間內(nèi)，電流是均勻增加的，說明小車正在向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故B正確；在t2t3時(shí)間內(nèi)，電流大小不變，說明壓敏電阻大小不變，小車的加速度等于零，說明小車正在向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C正確選BC.,分析糾錯(cuò)：以上錯(cuò)解的原因在于不能通