(通用版)2018-2019版高中物理第六章傳感器6.2-6.3傳感器的應用實驗：傳感器的應用學案新人教版選修

1、 2 傳感器的應用 3 實 驗：傳感器的應用 學習目標1. 了解傳感器在日常生活和生產(chǎn)中的應用 .2. 了解傳感器應用的一般模式 3 能 設計簡單的應用傳感器的控制電路. 1 應變式力傳感器可以用來測重力、壓力、拉力等各種力. 2 應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為電壓這個電學量. 二、 溫度傳感器的工作原理 1 雙金屬片溫度傳感器的工作原理： 溫度變化時，因雙金屬片上層金屬與下層金屬的熱膨脹_ 系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷. _ 2 (1)電飯鍋中溫度傳感器為感溫鐵氧體感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約 103 C時，失去鐵磁性，這一溫度稱為該材料的“居里溫度”或“居

2、里點”. (2) 用手按下開關按鈕通電加熱，開始煮飯，當鍋內溫度達到 103 C時，感溫鐵氧體失去磁 性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開. _ 三、 光傳感器的原理及應用 1 光傳感器能把光信號轉化為電信號. 2 最常見的光傳感器有光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等. 3 典型的應用，如鼠標、火災報警器、光敏自動計數(shù)器等 2 即學即用3 1 判斷下列說法的正誤. （1） 電子秤中的應變片的電阻隨形變大小而變化. （V ） （2） 電熨斗和電飯鍋都是利用雙金屬片控制電路通斷的. （X ） （3） 火災報警器中的光電三極管的電阻隨光照的增強而變小. （ V ）

3、 （4） 利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫. （V ） 2.電子打火機的點火原理是壓電效應， 壓電片在受壓時會在兩側形成電壓且電壓大小與壓力 近似成正比現(xiàn)有一利用壓電效應制造的電梯加速度傳感器，如圖 1 所示壓電片安裝在電 梯地板下，電壓表與壓電片構成閉合回路用來測量壓電片兩側形成的電壓若發(fā)現(xiàn)電壓表示 答案向上減速 重點探究 一、力傳感器的應用電子秤 導學探究如圖 2 所示是一個應變式力傳感器，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的 上下表面各貼一個應變片結合力傳感器的特點，敘述它的工作原理. 圖 2 答案 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，上表面應變片的電 阻變大

4、，下表面應變片的電阻變小. 力F越大，彎曲形變越大，應變片的電阻變化就越大. 如 果讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應變片兩端的電壓變大，下表面應變片兩端 的電壓變小傳感器把這兩個電壓的差值輸出力 F越大，輸出的電壓差值也就越大. 【例 1】（多選）為了鍛煉身體，小明利用所學物理知識設計了一個電子拉力計，如圖 3 所示是 數(shù)增大，則電梯加速度一定 速”或“減速”）下降. _ （填“向上”或“向下”），電梯可能 _ （填“加 啟迪思維採究生點 4 原理圖輕質彈簧右端和金屬滑片 P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R間的摩擦不計）， 彈簧勁度系數(shù)為 100 N/cm.定值電阻 R）= 5 Q

5、 , ab是一根長為 5 cm 的均勻電阻絲，阻值 R =25 Q ,電源輸出電壓恒為 U= 3 V，理想電流表的量程為 00.6 A .當拉環(huán)不受力時，滑 片P處于a端下列關于這個電路的說法正確的是 （不計電源內阻）（ ）5 A. 小明在電路中連入 Ro的目的是保護電路 B. 當拉環(huán)不受力時，閉合開關后電流表的讀數(shù)為 0.1 A C. 當拉力為 400 N 時，電流表指針指在 0.3 A 處 D. 當拉力為 400 N 時，電流表指針指在 0.5 A 處 答案 ABC 解析 若電路無電阻F0，且金屬滑片P在b端時，回路短路會損壞電源， R)的存在使電路不 出現(xiàn)短路，因此 A 正確；當拉環(huán)不受

6、力時，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得, =0.1 A,故 B 正確；拉力為 400 N 時，由F= kA x，貝 U x= 4 cm,對應的電阻為 Rp= 20 Q , R接入電路的電阻 FPb= 5 Q,由閉合電路歐姆定律得，I =丁= = 0.3 A，故 D 錯誤，C F 十 Rb 正確. 二、溫度傳感器的應用一一電熨斗、電飯鍋 導學探究(1)如圖 4 所示為電熨斗的構造，其中雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層 金屬常溫下，電熨斗的上、下觸點應當是接觸的還是分離的？當溫度過高時雙金屬片將怎 樣起作用？ 開始煮飯時為什么要壓下開關按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復到圖示的狀態(tài)？為什 U

7、F)+ F 艱金屆片 電熱虢 - 圖 4 電飯鍋的結構如圖 6 么？7 煮飯時水沸騰后鍋內是否會大致保持一定的溫度？為什么？如果用電飯鍋燒水，能否在水 沸騰后自動斷電？ 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動發(fā)生哪些動作？ 答案（1）常溫時，電熨斗的上、下觸點接觸，這樣電熨斗接通電源后能進行加熱. 當溫度過 高時雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹的厲害，雙金屬片向下彎曲，彎 曲到一定程度后，兩觸點分離，電路斷開，電熱絲停止加熱；當溫度降低后，雙金屬片恢復 原狀，重新接通電路加熱. （2）煮飯時壓下開關按鈕，感溫磁體與永磁體相互吸引結合在一起，觸點相接，電

8、路接通， 開始加熱，手松開后，由于鍋內的溫度低，感溫磁體與永磁體相互吸引而不能使按鈕恢復到 圖示的狀態(tài). 煮飯時水沸騰后鍋內的溫度基本保持在水的沸點不變.因為水沸騰時，溫度不變. 不能 自動斷電，因為如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內的溫度保持在 100 C不變，低于“居里 溫度”（103 C），電飯鍋不能自動斷電，只有水燒干后，溫度升高到 103 C才能自動斷電， 因此用電飯鍋來燒水、煲湯不能實現(xiàn)自動控溫. 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會升高，當溫度上升到“居里溫度”（約 103 C）時, 感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下永磁鐵與之分離，開關自動斷開，且不能自動復位. 【例 2】如圖 6

9、所示是自動調溫式電熨斗，下列說法不正確的是 （ ） azz 融點 雙金屬片_ A. 常溫時上、下觸點是接觸的 B. 雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C. 原來溫度控制在 80 C斷開電源，現(xiàn)要求 60 C斷開電源，應使調溫旋鈕下移一些 D. 由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調溫旋鈕下移一些 答案 C 解析 常溫工作時，上、下觸點是接通的，當溫度升高時，上層金屬片形變大，向下彎曲， 切斷電源，切斷溫度要升高則應使調溫旋鈕下移一些， A B、D 對，C 錯. 【例 3】（多選）電飯鍋的結構圖如圖 7 所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為 103 C時，下列 方

10、一絕緣支架 電熱建 8 說法中正確的是（ ）9 A. 常溫下感溫磁體具有較強的磁性 B. 當溫度超過 103 C時，感溫磁體的磁性較強 C. 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會達到 103 C,這時開關按鈕會跳起 D. 常壓下只要鍋內有水， 鍋內的溫度就不可能達到 103 C,開關按鈕就不會自動跳起 答案 ACD開關按鈕 內膽底 永厳 鮭點她熱板電源開關） 10 三、光傳感器的應用一一火災報警器 導學探究如圖 8 所示是火災報警器的內部結構，它由發(fā)光二極管 LED 光電三極管和不 透明的擋板組成，請簡述它的工作原理. 圖 8 答案 正常情況下，光電三極管接收不到 LED 發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻

11、狀態(tài)，當煙霧進入罩內 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. 【例 4】如圖 9 所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災報警器的結構原理圖， 罩內裝 有發(fā)光二極管 LED 光電三極管和不透明的擋板.平時光電三極管接收不到 LED 發(fā)出的光， 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)發(fā)生火災時，下列說法正確的是 （ ） 圖 9 A. 進入罩內的煙霧遮擋了光線，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. 進入罩內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，發(fā)出

12、警報 D. 以上說法均不正確 答案 C 解析 由火災報警器的原理可知，發(fā)生火災時煙霧進入罩內，使光發(fā)生散射，部分光線照到 光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報， C 對. 達標檢測 歯測評恰達標過關 1.（力傳感器的應用）壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小， 在升降機中將重物放在壓敏 電阻上，壓敏電阻接在如圖 10 甲所示的電路中，電流表示數(shù)變化如圖乙所示， 某同學根據(jù)電 流表的示數(shù)變化情況推斷升降機的運動狀態(tài)，下列說法中正確的是 （ ）11 圖 10 A. 011時間內，升降機一定勻速運動 B. 0ti時間內，升降機可能減速上升 C. tit2時間內，升降機可

13、能勻速上升 D. tit2時間內，升降機可能勻加速上升 答案 B 解析 在 0ti時間內，電流恒定，表明壓敏電阻的阻值恒定，則重物對壓敏電阻的壓力恒 定，則升降機可能處于靜止、勻速運動或勻變速直線運動狀態(tài)，故 A 選項錯誤，B 選項正確; tit2時間內，電流在增加，表明壓敏電阻的阻值在減小，則重物對壓敏電阻的壓力在增大， 重物的加速度是變化的，故不可能做勻速運動或勻加速運動， C D 選項錯誤. 2 .（溫度傳感器的應用）傳感器的種類多種多樣， 其性能也各不相同，空調機在室內溫度達到 設定的溫度后，會自動停止工作，空調機內使用的傳感器是 （ ） A. 生物傳感器 B.紅外傳感器 C.溫度傳感

14、器 D.壓力傳感器 答案 C 3. （溫度傳感器的應用）小強用恒溫箱進行實驗時， 發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高， 無法自動控 制.經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障.參照圖 ii,下列對故障判斷正確的是 （ ） 圖 ii A. 只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B. 只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障 C. 熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(xiàn)故障 D. 可能是加熱器出現(xiàn)故障 屮 12 答案 C 解析 由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設定裝置出現(xiàn)故障都會向控制器傳 遞錯誤信息，導致控制器發(fā)出錯誤指令，故 C 正確，A、B 錯誤.若加熱器出現(xiàn)故障，只有一13 種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度

15、持續(xù)升高，故 D 錯誤. 4. （溫度傳感器的應用）某學習小組的同學在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖 12 所示的裝置向杯內加入冷水，溫度計的示數(shù)為 20 C,多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出 熱敏電阻的阻值 R.然后向杯內加入熱水，溫度計的示數(shù)為 60 C,發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉 角度較大，則下列說法正確的是 （ ） A. 多用電表應選用電流擋，溫度升高換用大量程測量 B. 多用電表應選用電流擋，溫度升高換用小量程測量 C. 多用電表應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋 D.多用電表應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋 答案 D 解析 測電阻應選用歐姆擋當溫度升高時，熱敏電阻受溫度變化的影響，多用電表偏轉角 度增大，說明電阻阻值變小，所以應換用倍率小的擋，故 D 正確. 5. （光傳感器的應用）某樓梯口的電燈開關裝有傳感器， 天黑時，出現(xiàn)聲音才能發(fā)光， 而白天 即使有聲音，電燈也不能發(fā)光，該開關中有兩種傳感器，它們可能是 （ ） A.熱敏電阻和光敏電阻 B.金屬熱電阻和光敏電阻 答案 D 解析 兩種傳感器分別把聲音信號轉換為電信號、 把光信號轉換為電信號， 所以選項 D 正確. 6. （光傳感器的應用）當出現(xiàn)某疫情時，在機場、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅