1、第2节 传感器的应用, 学习目标定位 1了解力传感器在电子秤上的应用 2了解温度传感器在电熨斗上的应用 3了解温度传感器在电饭锅上的应用 4了解光传感器在火灾报警器上的应用,课前预习 自主学习,基础知识梳理,一、传感器应用的一般模式二、力传感器的应用电子秤 电子秤由 和 组成的，应变片是一种敏感元件，多用 材料制成 电子秤中的应变片把物体形变这个力学量转换为 这个电学量,金属梁,应变片,半导体,电压,三、温度传感器的应用电熨斗 电熨斗的结构图如下：电熨斗把 信号转换为电信号进行自动控制,温度,四、温度传感器的应用电饭锅 电饭锅的结构图如下：,电饭锅把 信号转换为电信号进行自动控制,温度,五、光
2、传感器的应用火灾报警器 结构图如下： 火灾报警器把 信号转换为电信号进行自动控制,光,知识精讲 易错辨析,教材要点解读,1日常生活中的电子秤使用的测力装置是力传感器常用的是应变式力传感器 2应变式力传感器的组成：由金属梁和应变片组成应变片多用半导体材料制成，是感知力大小的敏感元件 3工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小,要点一 力传感器的应用电子秤,F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化越大如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压
3、变大，下面应变片两端的电压变小传感器把这两个电压的差值输出力F越大，输出的电压差值也就越大,应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量,用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动时的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个压力传感器A和B.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量m2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器A、B上，其压力的大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出当弹簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传感器上的力为拉力时，示数为负现将装置沿运动方向固定在汽车上汽车静止时，A、B的示数均为10 N(g取10 m/s2),例
4、1,(1)若传感器A的示数为14.0 N，B的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向； (2)当汽车以什么样的加速度运动时，传感器A的示数为零？,【答案】 (1)4 m/s2，方向向右即A指向B (2)汽车a10 m/s2；方向向左即B指向A,【方法总结】 力学传感器的分析方法： (1)分析清楚力传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键 (2)涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的应用,(2017武邑中学月考)某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(
5、要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压,变式训练 1-1,(1)如图所示，E为直流电源；S为开关；R为滑动变阻器；V为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图 (2)若将质量为m0的砖码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m_. 解析：(1)分析题意可知，要求电压的调节范围尽可能大，故滑动变阻器采用分压接法，电路如图所示：,要点二 温度传感器的应用,(3)电熨斗的结构 如图所示(4)工作原理
6、电熨斗是利用内部装有的双金属片温度传感器工作的 电熨斗通过电热丝对电熨斗的金属底板进行加热，两根导线分别接在开关两端,电熨斗内部装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，如上图所示常温下，上、下触点是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复其原来状态，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用,用电熨斗熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度通过调温旋钮调节升降螺丝的高度来实现不同温度的设定如需设定的温度较高，则应使升降螺丝
7、下降；反之，则应升高,(3)电饭锅的工作原理 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，触点接通，电饭锅通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100 不变，故感温磁体继续与永磁体相吸，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度达到居里点103 时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热,如果电饭锅用于烧水，在水沸腾后不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 才能自动断电,(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率与温度t的关系如图所示由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功
8、能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是( )A通电后，其电功率先增大后减小 B通电后，其电功率先减小后增大,例 2,C当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变 D当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1t2间的某一值不变,【解析】 从图线上可以看出，如果通电前PTC的温度tt2时，温度会降低故温控点在t1t2，即温度保持在t1t2间的某一值综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间故选AD. 【答案】 AD,【方法总结】 (1)明确所用敏感元件的特征 (2)注意串、并联电路的分析与计算,热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热
9、敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙为传感器制作的简单自动报警器线路图，其中R1是热敏电阻则：(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在_(选填“a”或“b”) (2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P点向_移动(选填“左”或“右”),变式训练 2-1,解析：(1)分析图甲可知，温度越高，热敏电阻阻值越小，为了使温度过高时报警器响铃，开关c应该接在a处 (2)要提高报警器的灵敏度，即温度更高时才可报警，滑动变阻器接入电路的阻值应大些，滑动变阻器的滑片P向左移动 答案：(1)a (2)左,要点三 光传感器的应用火灾报警器,如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为
10、光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是( )A当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大 B当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小 C当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变 D无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变,例 3,【分析】 由滑动触头的移动方向可判断出流过二极管电流的变化情况(即二极管发光强弱的变化情况)，进而判断出光敏电阻R的变化情况，最后，根据串联电路的有关知识分析灯泡L消耗功率的变化情况 【解析】 电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变
11、大 【答案】 A,【方法总结】 光传感器是重要的传感器之一，往往用来制作路灯的自动开关处理这类问题的关键是：抓住光敏元件的特点，即光照强度增大(或减小)引起光敏元件阻值变小(或变大),如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是_；小车速度的表达式为v_；行程的表达式为s_.,变式训练 3-
12、1,知识反馈 自查自评,课堂巩固训练,1.街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( ) A压敏性 B光敏性 C热敏性 D三特性都利用了 解析：分析题意可知，要求航标灯夜晚亮、白天熄通过光来控制电路电流的变化，所以电路中必须存在光传感器，通过光传感器来实现自动控制，利用半导体的光敏性，B选项正确 答案：B,2.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是
13、( )A进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报 B光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报,C进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 D以上说法均不正确 解析：由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对 答案：C,3(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)设踏板的质量可忽略
14、不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 ，电阻R随压力变化的函数式为R300.01F(F和R的单位分别是N和 )下列说法正确的是( ),A该秤能测量的最大体重是1 400 N B该秤能测量的最大体重是2 800 N C该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处 D该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处,踏板空载时F0，代入R300.01F，解得R30 ，根据欧姆定律得，I0.375 A，该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，C选项正确，D选项错误 答案：BC,4(20
15、17福建月考)同学们在研究传感器特点时，做了如下两个实验： (1)利用传感器和计算机可以研究快速变化力的大小，实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落用这种方法获得的弹性绳的弹力随时间变化图线如图乙所示根据图线所提供的信息，以下判断正确的是_,At1、t2时刻小球速度最大 Bt2、t5时刻小球的动能最小 Ct3、t4时刻小球的速度相同 D小球在运动过程中机械能守恒 (2)温度传感器是对温度敏感的元件，它将感受到的温度信号转变成测量的量(一般是电学量)，从而直接反映出其变化某种材料的Rt图线如图丙所示 它_(选填“能”或“不能”)作为温度传感器的感应元件,把这种材料制成的电
16、阻和一个电热器串联，如图丁，可达到何种自动控制效果？ _. 解析：(1)分析小球的运动可知，小球先做自由落体运动，当绳子出现弹力后，小球做加速度减小的加速运动，当重力等于弹力时，速度最大，弹力大于重力时，小球做加速度增大的减速运动，在最低点时，速度为零，小球做往复运动，最终处于静止状态，重力等于弹力,对应图乙可知，t1、t3、t4、t6时刻，弹性绳处于原长，弹力为零，t2、t5时刻，弹力最大，处于最低点，速度为零，故A选项错误，B选项正确；小球运动过程中受到重力、弹力和阻力作用，t3、t4时刻小球的速度不等，小球运动过程中机械能不守恒，C、D选项错误 (2)分析图丙可知，该传感器电阻随温度的变化明显，可以作为温度传感器的感应元件 根据温度传感器的特性可知，电阻随温度的升高而增大，根据闭合电路欧姆定律可知，温度升高后，电流减小，功率减小温度降低时，电流增大，功率增大，可以起到保持一定温度的效果 答案：(1)B (2)能 可达到使电热器保持一定温度的效果,
