201x年高中物理 6.2傳感器的應(yīng)用（一） 新人教版選修

1、第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用（一）傳感器的應(yīng)用（一）第六章第六章 傳感器傳感器傳感器應(yīng)用的一般模式：傳感器應(yīng)用的一般模式：電子稱電子稱（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量 例例1 1：（：（20032003上海考題）上?？碱}）演示位移傳感器的工作原演示位移傳感器的工作原理如圖示，物體理如圖示，物體MM在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿的金屬滑桿p p，通過電壓表顯示的

2、數(shù)據(jù)，來反映物體，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小位移的大小x x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是確的是 ( )( )A. A. 物體物體MM運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B. B. 物體物體MM運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C. C. 物體物體MM不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D. D. 物體物體MM不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)B例例2:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速

3、度計(jì)的構(gòu)造和原理系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)量為上套一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來靜止，彈簧處于塊原來靜止，彈簧處于自然長度自然長度?；瑝K上有指針，可。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)，指針向左偏導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方

4、向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離離O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為方向向右，大小為 2k S/m01010UPD(2)若電位器（可變電阻）總長度為若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出產(chǎn)生位移，此時(shí)可

5、輸出一個(gè)電信號(hào)一個(gè)電信號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫出控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫出U與與a 的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系式。式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa例例3 3:可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為

6、飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知的信息源。已知A的質(zhì)量為的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為自然長度為l，電源的電動(dòng)勢為，電源的電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長也為阻器總長也為l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)P在在B點(diǎn)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度，當(dāng)系統(tǒng)以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓U與與的的函數(shù)式。函數(shù)式。A S PCBOO輸出電壓輸出電壓U解解：設(shè)彈簧伸長：設(shè)彈簧伸長x , 則則 kx=m 2(l+x) x= m 2 l ( k-m 2 )設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長度設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長度 的電阻為的電阻為r1 U

7、=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2)二二. . 聲傳感器的應(yīng)用話筒 （1）話筒的作用是什么？）話筒的作用是什么？ （2）說明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過程。）說明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過程。閱讀教材并思考閱讀教材并思考聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場里振動(dòng)從而產(chǎn)生感著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場里振動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都

8、由聲波決定，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。音。（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和和固定電極固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變

9、化的波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓優(yōu)點(diǎn)：保真度好。的電壓優(yōu)點(diǎn)：保真度好。駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。格便宜，靈敏度高，工作電壓低。例題例題4：（：（2003上海試題）唱卡拉上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在

10、彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法正動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法正確的是確的是 ( )A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C 膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變D 膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢B金屬金屬板板金屬金屬膜膜振動(dòng)振動(dòng)膜膜

11、外電外電路路圖5例題例題5 5：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓壓U U，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)

12、，其中導(dǎo)致電容變化使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（的原因可能是容器兩板間的（ ）（A A）距離變化）距離變化 （B B）正對(duì)面積變化）正對(duì)面積變化（CC）介質(zhì)變化）介質(zhì)變化 （D D）電壓變化）電壓變化A三溫度傳感器的應(yīng)用三溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 （1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫

13、旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？思考與討論思考與討論：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： 1、力傳感器的應(yīng)用、力傳感器的應(yīng)用電子秤電子秤 2、聲傳感器的應(yīng)用、聲傳感器的應(yīng)用話筒話筒 3、溫度傳感器的應(yīng)用、溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是用來進(jìn)行自動(dòng)控制用來進(jìn)行自動(dòng)控制.小結(jié)：小結(jié)： 力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、號(hào)（位

14、移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABSABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。2.2.測測 力力3.3.測物體加（角）速度測物體加（角）速度4.4.測測 位位 移移 聲電傳感器是指將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類傳感聲電傳感器是指將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類傳感器，常見的電容式話筒和動(dòng)圈式話筒都是聲電傳感器。器，常見的電容式話筒和動(dòng)圈式話筒都是聲電傳感器。 二二. . 聲傳感器的應(yīng)用話筒 熱電傳感器是指將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)