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高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）第三节传感器的应用第四节用传感器制作自控装置1．随着家用电器的普及，传感器进入了千家万户．温度传感器应用在电饭煲、________、________、________、消毒碗柜等与温度控制相关的家电中；红外线传感器应用在________、______________、生命探测仪、________________________以及防盗、防火报警器等；光敏传感器应用在__________中，压力传感器应用在__________中等．2．传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制，例如：无人管理的自动灌溉系统，用到了________传感器；自动化温室种植用到了________传感器；现代粮库利用________传感器和________传感器，可对粮库上百个点进行温度和湿度监测．3．在工业生产中，由于传感器的大量使用，从而实现了生产的________或半________，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，降低了产品的成本，如工厂中的机器人、____________、____________、各种自动生产线或者系统，用到了各种传感器；生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现____________；自动控制系统中的检测环节也是用传感器对被控对象进行____________．4．在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多．例如：飞机能利用传感器给出所在高度与____________的差值．运载火箭，载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和____________系统使用，载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的____________传感器．5．下列器件是应用力传感器的是()A．鼠标器B．火灾报警器C．测温仪D．电子秤【概念规律练】知识点一温度传感器在电饭煲中的应用1．(双选)关于电饭锅的说法正确的是()A．电饭锅中温度传感器的主要元件是氧化铁B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位2．如图1所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．图1(1)分析电饭煲的工作原理．(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．知识点二双金属片——热敏功能器3．日光灯的启动器(结构如图2所示)也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？图24．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图3所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：图3(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？【方法技巧练】设计传感器电路的技巧5．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警．所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．6．已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图4所示器材设计一个路灯自动控制电路．图41．(双选)关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的2．如图5所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断()图5A．θ′＝θB．θ′<θC．θ′>θD．不能确定θ和θ′的关系3．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求如图6所示．其工作方式是()图6A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联4．(双选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图7甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中()图7A．物体处于失重状态B．物体处于超重状态C．升降机一定向上做匀加速运动D．升降机可能向下做匀减速运动5．传感器是一种采集信息的重要器件，如图8所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是()①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流④若电流表有示数，则说明压力F发生变化⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤图8图96．演示位移传感器的工作原理如图9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，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x.假设电压表是理想电压表，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，电压表没有示数题号12345 6答案7．如图10所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度，这实际上是一个传感器，它是将__________转化为__________来进行测量的．图108．说明下列各种场合分别选用的传感器(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路是__________．(2)马路两侧的路灯控制电路是________．(3)气垫导轨上用的光电门是________．(4)楼梯灯控制电路是________．(5)宾馆的自动门是________．(6)话筒是________．(7)非接触式体温计是________．(8)遥控电视机的接收器是________．第三节 传感器的应用第四节 用传感器制作自控装置答案课前预习练1．电冰箱 微波炉 空调机 自动门 家电遥控器 非接触红外测温仪 照相机 电子秤2．湿度 温度 温度 湿度3．自动化 自动化 自动化小车 自动机床 安全隐患 精确检测4．给定高度 遥控 生理5．D [鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于红外线传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D 正确．]课堂探究练1．BD [电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A 选项错，B 选项正确；因水开时温度约为100℃，达不到居里温度(103℃)，故不能自动断电，则选项C 错；温控开关只能手动闭合，故D 正确．]2．(1)见解析 (2)不能 (3)12∶1解析 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．(2)如果不闭合开关S 1，则不能将饭煮熟，因为最高只能加热到80℃.(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P 1＝U 2R 并，保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并，两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50 Ω.从而有P 1∶P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋500/11500/11＝12∶1. 点评 (1)电饭煲的工作过程：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，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．(2)如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭煲不能自动断电．只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温．3．见解析解析日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同．开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片触点，电路接通；温度降低时，U形动触片向里收缩，离开触点，电路断开．4．见解析解析(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，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，双金属片恢复原状，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．(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的．点评双金属片的膨胀系数不同，导致受热膨胀时，膨胀的长短不同，而使双金属片发生弯曲，以此来实现电路的通断．5．实验电路如下图所示解析当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的．6．见解析解析电路如图所示控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．方法总结在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．课后巩固练1．CD[干簧管能感知磁场，是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时，就会吸引，所以是做开关来使用，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开．] 2．B[光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．]3．A[A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.] 4．BD[由乙图知电流强度变为原来的二倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重状态，故选B、D.]5．A[当F向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大．当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q＝CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数．反之，电流计有示数时，压力F必发生变化．] 6．B[电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动不会改变电路的总电阻，也就不会改变电路中的电流，故A项错误；电压表测的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动，亦即随触头的运动而变化，故B正确，C、D错误．] 7．温度电阻8．(1)温度传感器(2)光传感器(3)光传感器(4)光传感器和声传感器(5)红外线(光)传感器(6)声传感器(7)红外线(光)传感器(8)红外线(光)传感器。
