高中物理导学案高二备课组
课题传感器主备人唐琦
学习目标知道非电学量转换成电学量的意义,了解常见传感器的原理及应用
重难点知道几种常见传感器的应用
自主学习
一、传感器的概念和分类:
1.传感器是将被测的___________转换为便于测量的________的一类元件,其工作过程是按一定规律使某一元件对某一物理量敏感,将这一物理量转换成便于利用的信号,如光电传感器利用__________将光信号转化为电信号,电信号便于与其他仪器连接,进行监测或自动化控制.传感器一般由___________、___________、___________三部分组成。(非电学量,电信号,光敏电阻,敏感元件,转换元件,转换电路)
2、传感器的分类:
(1)按被测量进行划分为:加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器
(2)按工作原理划分为:电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压式传感器
二、传感器的原理:
传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作.传感器原理如图:
合作探究
一、传感器中各元件的作用:
1、敏感元件是传感器的核心部分,它是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的.
2、转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.
3、转换电路的作用是将此电信号转换成易于传输或测量的电学量输出.
二、传感器常用敏感元件及应用:
1、常用的敏感元件:热敏电阻——温度传感器;光敏电阻——光传感器
2、应用实例:洗衣机水位控制装置(压力传感器),自动门(红外线传感器),指纹识别器(电容式传感器),机器人(多种传感器)
精讲点评
一、热敏电阻特性的应用:
1、例题讲解:如图是一火警报警装置的一部分电路示意图,其中R2是半导体热敏传感器,它的电阻随温度升高而减小,a、b接报警器.当传感器R2所在处出现火情时,电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比()
A.I变大,U变大
B.I变小,U变小
C.I变小,U变大
D.I变大,U变小
答案:D
2、变式训练:如图是观察电阻值随温度变化情况示意图.现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是()
A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显
B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显
D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显
答案:C
二、力、加速度传感器的应用:
1、例题讲解:惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中,这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计的构造原理的示意图如图所示:沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块,滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连;两弹簧的另一端与固定壁相连.滑块原来静止,弹簧处于自然长度.滑块上有指针,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离O点的距离为s,则这段时间内导弹的加速度()
A.方向向左,大小为ks/m
B.方向向右,大小为ks/m
C.方向向左,大小为2ks/m
D.方向向右,大小为2ks/m
答案:D
2、变式训练:压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同
学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图3-11甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程中,电流表示数变化与时间t的关系,如图乙所示,下列判断正确的是()
A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动
B.从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动
C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动
D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动
答案:D
当堂验收
1. 下面元件属于温度传感器应用的是()
A.电熨斗
B.话筒
C.测温仪
D.鼠标器
答案:AC
2. 下列说法正确的是()
A.热敏电阻是把热量这个热学量转为电阻这个电学量
B.金属热电阻的化学稳定性好,灵敏度高
C.电熨斗中的双金属片是温度传感器
D.霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件
答案:CD
3. 下列说法不正确的是()
A.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号
B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它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
C.电子秤所使用的测力装置是力传感器
D.热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
答案:A
4.如图所示,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间.若往R t上擦一些酒精,表针将向_______(填“左”或“右”)偏转;若用吹风机将热风吹向电阻,表
针将向_______(填“左”或“右”)偏转.
答案:左,右
拓展与提升
1、演示位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆P滑动,通过电压表显示的数据,来反映物体位移的大小s,假设电压表是理想的,则下列说法正确的是()
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时,电路中没有电流
D.物体M不动时,电压表没有示数
答案:B.
2.传感器是一种采集信息的重要器件.如图3-1-14所示是一种测定压力的电容式传感器.当待测压力F作用于可动膜片电极时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路,那么()
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.当F向上压膜片电极时,电容将增大
C.若电流计有示数,则压力F发生变化
D.若电流计有示数,则压力F不发生变化
BC
3、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图所示电路中的
A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是()
A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一
定是热敏电阻
B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化,这只元件一定
是定值电阻
C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数变化较大,这
只元件一定是光敏电阻
D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数相同,这只元件一定是定值电阻AC
课后巩固:
1、如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当照射光强度增大时()
A.电压表的示数增大