【物理】2023-2024學(xué)年魯科版選擇性必修第二冊 大顯身手的傳感器 課件

第3節(jié)大顯身手的傳感器核心素養(yǎng)目標(biāo)CONTENTS目錄新知預(yù)覽·抓必備素養(yǎng)浸潤·提能力知能演練·重落實課時跟蹤檢測新知預(yù)覽·抓必備高效學(xué)習(xí)夯基固本1知識點一自動感應(yīng)門1．控制自動門的開關(guān)裝有一種

傳感器。2．自動門系統(tǒng)三環(huán)節(jié)：檢測門前是否有人、判斷檢測結(jié)果發(fā)出相關(guān)指令、執(zhí)行指令。知識點二洗衣機(jī)的水位控制全自動洗衣機(jī)的水位控制裝置中使用了

傳感器，當(dāng)筒內(nèi)水位到達(dá)設(shè)定高度時，凸起的膜片使動觸點接觸控制電路的靜觸點，使控制電路接通，

進(jìn)水電磁閥門，同時

洗滌電動機(jī)電源。紅外線壓力關(guān)閉接通知識點三指紋識別器指紋識別器是通過

傳感器來識別指紋的。手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了

，指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同，使電容陣列中不同位置的電容器電容不同。知識點四機(jī)器人1．機(jī)器人傳感器的分類：機(jī)器人傳感器分為外部傳感器和

傳感器。2．傳感器系統(tǒng)的用途(1)外部傳感器用于感知外部

和外界事物對機(jī)器人的

。使機(jī)器人擁有類似人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等感覺。(2)內(nèi)部傳感器(如角度傳感器、

等)用于檢測機(jī)器人自身的狀態(tài)。電容電容陣列內(nèi)部工作環(huán)境刺激關(guān)節(jié)傳感器傳感器是測量和自動控制中使用的重要元件，日常生活中常用到的有：自動感應(yīng)門、洗衣機(jī)的水位控制、指紋識別器、機(jī)器人等。(1)自動門利用了紅外線傳感器。

(

)(2)洗衣機(jī)的自動控制裝置利用了壓力傳感器。

(

)(3)指紋識別器是利用壓力傳感器。

(

)(4)機(jī)器人利用多種傳感器從而具有擬人化的特點。

(

)√√×√素養(yǎng)浸潤·提能力互動探究重難突破2如圖所示，在體溫檢測點，民警檢測體溫。為什么測體溫時一般不用水銀溫度計，而用紅外線測溫儀？提示：用水銀溫度計，測溫時間長，同時又容易引起交叉感染；用紅外線測溫儀測溫速度快，也不需要與人體直接接觸，避免了交叉感染，因此用紅外線測溫儀測溫較好。紅外線傳感器接收攜帶著信息的紅外線，轉(zhuǎn)換成電信號，從而得知輻射源的相關(guān)參數(shù)或信息。自然界幾乎所有的物體都能輻射波長在0.76～1000μm的電磁波，即紅外線，因此紅外線傳感器不僅被廣泛應(yīng)用于航空攝影、衛(wèi)星遙感、遙測等高科技領(lǐng)域，也被廣泛應(yīng)用于日常生活中，自動門、生命探測器、非接觸式紅外測溫儀、家電遙控系統(tǒng)以及防盜報警器等均使用了紅外線傳感器?！镜淅?】一位同學(xué)設(shè)計的防盜門報警器的簡化電路示意圖如圖所示。門打開時，紅外光敏電阻R3受到紅外線照射，電阻減小；門關(guān)閉會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實際試驗，燈的亮、滅能反映門的開、關(guān)狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時相比

(

)A．紅燈亮，UR2變大

B．綠燈亮，UR2變大C．綠燈亮，UR2變小

D．紅燈亮，UR2變小思路點撥

當(dāng)門打開時，R3受到紅外線照射，電阻減小，然后分析總電阻的變化，由閉合電路歐姆定律分析總電流的變化，判斷哪個燈亮，再由串、并聯(lián)電路的規(guī)律得出UR2的變化。D1．下列和電視機(jī)遙控器中使用同一類傳感器的是

(

)A．紅外報警裝置B．火災(zāi)報警裝置C．自動洗衣機(jī)中的水位控制裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器解析：紅外報警裝置接收物體發(fā)出的紅外線，和電視機(jī)遙控器中使用的是同一類傳感器，故A正確；火災(zāi)報警裝置采用的是光敏電阻做成的光電傳感器，電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器是熱敏電阻做成的溫度傳感器，自動洗衣機(jī)中水位控制裝置使用的是壓力傳感器，故B、C、D錯誤。A2．當(dāng)你走近某些寫字樓、機(jī)場、賓館等大廳的入口時，大門會自動打開，進(jìn)入大廳后，門又會自動關(guān)閉，下列關(guān)于這種自動門的說法正確的是

(

)A．控制這種自動門開關(guān)的是一種紅外線傳感器B．控制這種自動門開關(guān)的是一種普通光電傳感器，能使自動門“見光開”C．大人走近門會自動打開，小孩走近門，門不會自動打開D．男孩走近門會自動打開，女孩走近門，門可能不會開解析：控制自動門開關(guān)的傳感器是紅外線傳感器，A正確，B錯誤；盡管不同物體(包括大人、孩子)不同溫度發(fā)出的紅外線波長不同，但在設(shè)置這個傳感器范圍時充分考慮到大人、小孩個體的差異及人體體溫的變化范圍，大人、小孩、男孩、女孩靠近，門都會自動打開，C、D錯誤。A如圖所示，觀察電容式話筒的結(jié)構(gòu)。請思考下列問題：(1)電容式話筒感受的是哪種非電學(xué)量？提示：電容式話筒感受的是聲音信號的強(qiáng)弱。(2)聲波是怎樣通過電容式話筒發(fā)出信號的？提示：聲波使振動膜片發(fā)生振動，改變了振動膜片和固定電極的距離，從而引起電容的變化，進(jìn)而引起輸出電壓的變化。常見電容式傳感器【典例2】電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖所示。Q是絕緣支架，薄金屬膜片M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電，當(dāng)聲波使膜片M振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流。當(dāng)膜片M向右運動的過程中有

(

)A．電容不變

B．電容變小C．導(dǎo)線AB中有向左的電流

D．導(dǎo)線AB中有向右的電流解析膜片M向右運動時，電容器兩極板間的距離減小，電容變大，由題圖可知電容器兩端電壓不變，知電荷量Q＝CU變大，電源要繼續(xù)給電容器充電，所以導(dǎo)線AB中的電流由B流向A，故C正確。C1．如圖所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，該電路中右側(cè)固定不動的金屬板b與能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個電容器，a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動，則

(

)A．a(chǎn)振動過程中，a、b板間的電場強(qiáng)度不變B．a(chǎn)振動過程中，a、b板所帶電荷量不變C．a(chǎn)振動過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流D．a(chǎn)向右的位移最大時，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大D2．如圖為一只極距變化型電容式傳感器的部分構(gòu)件示意圖。當(dāng)動極板和定極板之間的距離d變化時，電容C便發(fā)生變化，通過測量電容C的變化就可知道兩極板之間距離d的變化情況。下列選項中能正確反映C與d之間變化規(guī)律的圖像是

(

)A|要點回眸|知能演練·重落實內(nèi)化知識鞏固技能31．類人型機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”、猶如大腦的“控制器”以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說法正確的是

(

)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：遇到障礙物會繞開，說明它是光傳感器，B正確，A、C、D錯誤。B2．一測量液面高低的傳感器示意圖如圖所示，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到如圖所示的電路中，已知靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同，如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h變化為

(

)A．h正在增大 B．h正在減小C．h不變

D．無法確定解析：由電源極性及電流方向可知，A、B、C構(gòu)成的電容器上的電荷量正在減小，由Q＝CU可知C減小，則正對面積減小，即h在減小，故B正確。B3．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，帶動滑動變阻器的滑片P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是

(

)A．物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B．物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C．物體M不動時，電路中沒有電流D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)解析：電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故觸頭移動時不會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，故A錯誤；電壓表測得的是滑片P左側(cè)電阻分得的電壓，電壓表的示數(shù)隨物體M的移動而變化，即隨滑片的運動而變化，故B正確，C、D錯誤。B4．利用電容器測量角度的傳感器示意圖如圖所示。當(dāng)動片和定片之間的角度θ發(fā)生變化時，電容C便發(fā)生變化，測出C的變化情況，就可知道θ的變化情況。選項圖的四個圖像中，能正確反映θ和C間函數(shù)關(guān)系的是

(

)解析：因為電容和兩塊極板之間正對面積的大小是成正比的。而θ的增大使得動片和定片的正對面積減小，所以使得C減小，又θ增大導(dǎo)致正對面積減小是按照線性規(guī)律變化的，所以A正確。A5．一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的裝置如圖甲所示。其中R是滑動變阻器，阻值范圍是0～100Ω，它的金屬滑片是杠桿的一端；油量表是由電流表改裝而成的，實際是量程為0～0.6A的電流表，從指針?biāo)傅目潭瓤芍拖鋬?nèi)油面的高度；R′為校準(zhǔn)電阻。已知電源電壓為12V(電源內(nèi)阻不計)，油箱空和油箱滿時金屬滑片恰在滑動變阻器的兩端點a、b處。(1)當(dāng)油箱滿時，電流表示數(shù)恰好為滿偏刻度0.6A，求校準(zhǔn)電阻R′的阻值和油箱空時電流表的示數(shù)。答案：20Ω0.1A(2)若將電流表改換為電壓表，用電壓表的指針指示的刻度顯示油箱內(nèi)油面的高度，要求油面上升時電壓表的讀數(shù)增大，請將電壓表V畫在圖乙中，并標(biāo)明電壓表的“＋”“－”接線柱。若改裝后電路中校準(zhǔn)電阻的阻值不變，求電壓表示數(shù)的變化范圍。答案：見解析圖2V～12V課時跟蹤檢測41．在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān)，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是

(

)A．光傳感器

B．溫度傳感器C．聲傳感器

D．磁傳感器解析：電梯門口的障礙物擋住了光，傳感器接收不到光信號，所以電梯門不停地開關(guān)，故A正確。A2．隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已進(jìn)入家庭。洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因為

(

)A．改變了濕度 B．改變了電容C．改變了溫度 D．改變了磁場解析：根據(jù)自動干手機(jī)工作的特征，即手靠近自動干手機(jī)，電熱器開始工作，手撤離自動干手機(jī)電熱器停止工作，由此可以判斷傳感器的種類是電容傳感器。人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，手放入時，通過改變電容而使干手機(jī)工作，故B正確。B3．傳感器廣泛應(yīng)用在我們的生產(chǎn)生活中，常用的計算機(jī)鍵盤就是一種傳感器。如圖所示，鍵盤上每一個鍵的下面都連一小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一小的固定金屬片，這兩金屬片組成一個小電容器。當(dāng)鍵被按下時，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能夠檢測出哪個鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號。這種計算機(jī)鍵盤使用的是(

)A．溫度傳感器 B．壓力傳感器C．磁傳感器

D．光傳感器解析：小金屬片被按下時，對該鍵有一個壓力，小金屬片向下移動，兩個極板之間的距離改變，電容改變，將壓力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量，所以計算機(jī)鍵盤使用的是壓力傳感器，B正確，A、C、D錯誤。B4．(多選)如圖所示，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個低電壓交流電場，在觸摸屏幕時，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會形成一個特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點的位置。由以上信息可知，下列說法正確的是

(

)A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小ABD解析：電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個電容器元件的一個極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，故選項A正確；手指和屏的接觸面積大小會影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對面積越大，電容越大，故選項B、D正確，C錯誤。5．(多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，R為光敏電阻，閉合開關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是

(

)A．溫度不變，光照增強(qiáng) B．溫度升高，光照不變C．溫度降低，光照增強(qiáng) D．溫度升高，光照減弱解析：由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，或光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L變暗，結(jié)合光敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性可知，A、C正確，B、D錯誤。AC6．(多選)氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測，它的電阻隨一氧化碳濃度c的變化而變化，已知其電阻的倒數(shù)與一氧化碳濃度成正比。將傳感器接在如圖所示的電路中，已知R1、R2為定值電阻，觀察電表示數(shù)的變化，就能判斷一氧化碳濃度的變化情況，下列判斷正確的是

(

)A．電壓表讀數(shù)減小時，電流表讀數(shù)增大，濃度c增大B．電壓表讀數(shù)減小時，電流表讀數(shù)減小，濃度c增大C．電壓表讀數(shù)增大時，電流表讀數(shù)減小，濃度c減小D．電壓表讀數(shù)減小時，電流表讀數(shù)增大，濃度c減小AC解析：氧化錫傳感器電阻的倒數(shù)與一氧化碳濃度成正比，一氧化碳濃度減小時，傳感器電阻變大，電路總電阻變大，干路電流變小，即電流表讀數(shù)減小，路端電壓變大，定值電阻R1兩端電壓變小，傳感器兩端電壓變大，即電壓表讀數(shù)增大，C正確，D錯誤；同理一氧化碳濃度增大時，電流表讀數(shù)增大，電壓表讀數(shù)減小，A正確，B錯誤。7．全自動洗衣機(jī)中，排水電磁閥是由程序控制器控制其動作的。當(dāng)洗衣機(jī)進(jìn)行排水和脫水程序時，電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵芯2運動，牽引排水閥的活塞打開，排出污水。牽引電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)程序控制器的控制電流通過線圈時，線圈和鐵芯1產(chǎn)生一個強(qiáng)的磁場，使鐵芯2磁化，由于磁體間相互作用，將鐵芯2吸入線圈，此時鐵芯2將拉動閥門使閥門打開排水。同樣，控制器不輸出控制電流時，電磁