物理 第4章 傳感器與現(xiàn)代社會 學(xué)案2 用傳感器做實驗 信息時代離不開傳感器同步備課 滬科版選修3-2

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1、2用傳感器做實驗信息時代離不開傳感器第4章傳感器與現(xiàn)代社會目標定位1.知道溫度傳感器、力傳感器的原理和應(yīng)用.2.理解霍爾元件的原理.3.了解現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中常用的傳感器.內(nèi)容索引知識探究達標檢測知識探究1一、實驗中常見的幾種傳感器的分析一、實驗中常見的幾種傳感器的分析1.溫度傳感器的原理溫度傳感器是利用 電阻的阻值會隨 的變化而變化的原理制成的，它能把 這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量.如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機等)的溫度控制器、火警報警器、恒溫箱等.2.力傳感器的原理如圖1所示，力傳感器可以用來測重力、壓力、拉力等各種力，應(yīng)變片能夠把 這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個電學(xué)量.物體形變熱敏

2、電壓溫度溫度3.磁傳感器的原理(霍爾效應(yīng)的應(yīng)用)(1)霍爾元件是一種 元件.(2)霍爾效應(yīng)：如圖2所示，在金屬薄片相對的兩側(cè)面通以控制電流I，在與薄片垂直方向施加磁感應(yīng)強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向的另外兩個側(cè)面將產(chǎn)生與控制電流和磁場成正比的 ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，即UH_.圖1 圖2電動勢UH磁敏感例例1 (多選)如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況.以下說法中正確的是(工作面是指較大的平面)A.將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面， UH將變大B.在測定地

3、球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面 應(yīng)保持水平C.在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化圖3答案解析典型例題典型例題將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，B增大，I恒定，由公式UH 知UH將變大，選項A正確；地球兩極的磁場方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項B正確；地球赤道上的磁場沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時，B才與工作面垂直，選項C錯誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項D正確.例例2按圖4所示連接

4、好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是_；用電吹風(fēng)對熱敏電阻吹一會兒，會發(fā)現(xiàn)小燈泡_，原因是_；停止吹風(fēng)，會發(fā)現(xiàn)_；把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn)_.圖4答案由于熱敏電阻阻值較大，左側(cè)電路電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵右側(cè)電路接通亮了電吹風(fēng)對熱敏電阻加熱使其阻值變小，電路中電流增大，電磁鐵吸住銜鐵，小燈泡熄滅溫度仍然較高小燈泡不會立即熄滅，因為熱敏二、隨處可見的二、隨處可見的傳感器傳感器1.紅外測溫儀：是一種將 轉(zhuǎn)換成電信號的傳感裝置.2.數(shù)碼相機和攝像機：敏感元件叫做 (CCD)，它能將光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，模擬電信號再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號.3.酒精濃度測試儀：敏感元件是酒精傳

5、感器.在生活中還有 報警器、火警報警器、紅外報警器、防盜報警器等等.工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線上的傳感器，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤營養(yǎng)傳感器等等.紅外輻射波煤氣電荷耦合器件例例3如圖5所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)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(zāi)時，下列說法正確的是A.進入罩內(nèi)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(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線 照到光電三極管

6、上，電阻變小，發(fā)出警報D.以上說法均不正確答案解析圖5由火災(zāi)報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進入罩內(nèi)，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.例例4電飯煲的工作原理如圖6所示，可分為兩部分，即控制部分：由S2、R1和黃燈組成.工作(加熱)部分：由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成，S1是一個磁鐵限溫開關(guān)，手動閉合，當此開關(guān)的溫度達到居里點(103)時，自動斷開，且不能自動復(fù)位(閉合)，S2是一個雙金屬片自動開關(guān)，當溫度達到7080時，自動斷開，低于70時，自動閉合，紅燈、黃燈是指示燈，圖6通過的電流必須較小，所以R1、R2起_作用，R3是發(fā)

7、熱電阻，由于煮飯前溫度低于70，所以S2是_(填“斷開的”或“閉合的”).接通電源并按下S1后，黃燈滅而紅燈亮，R3發(fā)熱，當溫度達到7080時，S2斷開，當溫度達到103時飯熟，S1斷開，當溫度降到70以下時，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2_R3(填“”“”或“”)，若用電飯煲燒水時，直到水被燒干S1才會斷開，試解釋此現(xiàn)象.答案解析圖6見解析R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過大而燒毀，S2是自動控制溫度開關(guān)，當溫度低于70時自動閉合，當溫度達到7080時又自動斷開，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2R3.由于開關(guān)S1必須當溫度達到103時才自

8、動斷開，而水的沸點只有100，因此用電飯煲燒水時，直到水被燒干后S1才會斷開.三、信息社會離不開傳感器三、信息社會離不開傳感器智能式傳感器集信息 、信息 、信息 、邏輯思維和判斷功能于一身，把計算機、各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器.四、遙測與遙感四、遙測與遙感遙感遙測的基本原理是通過遙感傳感器對觀測目標產(chǎn)生的 、 進行遠距離收集、轉(zhuǎn)換，用計算機處理、識別，得出結(jié)論.主要應(yīng)用在地球資源勘測、環(huán)境監(jiān)控、氣象預(yù)報、軍事偵察等方面.檢測處理記憶電磁波熱輻射達標檢測21.(傳感器的應(yīng)用實例)(多選)壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小.一同學(xué)利用壓敏電

9、阻設(shè)計了判斷升降機運動狀態(tài)的裝置，如圖7甲所示，將壓敏電阻平放在升降機內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機靜止時電流表示數(shù)為I0.某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過程A.物體處于失重狀態(tài)B.物體處于超重狀態(tài)C.升降機一定向上做勻加速運動D.升降機可能向下做勻減速運動答案解析圖7123電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變，說明壓敏電阻的阻值比升降機靜止時小，壓敏電阻所受壓力變大，物體處于超重狀態(tài)，即物體具有向上的加速度，B、D正確，A、C錯誤.1232.(傳感器的應(yīng)用實例)在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化

10、關(guān)系如圖8所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能.對此，以下判斷正確的是 通電后，其電功率先增大后減小通電后，其電功率先減小后增大當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A. B.C. D.圖8答案解析123當溫度由零升到t1的過程中，PTC的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當tt1時，PP1達到最大.當溫度繼續(xù)升高，增大，R增大，P減??；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，電熱滅蚊器的散熱功率P也就越大，因此在這之間的某

11、一溫度t3會有PP3P，即電熱功率P減小到等于散熱功率時，即達到保溫；當tt3時，PP，使溫度自動升高到t3；當tt3時，PP，使溫度自動降到t3，實現(xiàn)自動保溫，正確選項為D.1233.(傳感器的應(yīng)用分析)如圖9所示是一種自動控制水溫的裝置，加熱電路的兩個端點P、Q應(yīng)接到觸頭a、b上還是c、d上？熱敏電阻兩端M、N應(yīng)接到哪兩個觸頭上？答案解析圖9見解析123P、Q應(yīng)該分別接在觸頭a、b上，同時，M、N應(yīng)該分別接e、f，其工作原理是：當水溫升高時，熱敏電阻阻值減小，電磁鐵中電流增大，吸引力增大，使銜鐵被吸下，a、b斷開，使加熱裝置停止加熱；當水溫降低到一定程度時，熱敏電阻阻值增大，電磁鐵中電流減小，吸引力減小，銜鐵被彈簧彈上去，使a、b之間連接，加熱裝置開始加熱，從而實現(xiàn)水溫控制.123