精选2017_2018高中物理第三章传感器第三节传感器的应用第四节用传感器制作自控装置学案粤教版选修3_2

第四节用传感器制作自控装置【思维激活】想想我们在哪些方面引用了传感器。

提示：生活中的传感器，如遥控器、电冰箱，农业方面如自动灌溉，工业方面如机器人等。

【自主整理】磁控防盗报警原理：磁控防盗报警器的主要元件是自动控制开关即干簧管，干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性。

当有磁场存在时，簧片被磁场互相吸引，移去磁铁，即磁场消失，簧片失去磁性，而簧片恢复原状。

蜂鸣器一般选用YMD和HMB型的，蜂鸣器能正常工作的条件是它两端的直流电压为4-6V，超过这个范围，蜂鸣器是不会鸣叫的，所以演示不成功时，可以检查电路中蜂鸣器两端电压是否在此范围之内。

【高手笔记】学习“传感器的应用实例”这一节必须对前面三节加以复习，彻底理解其应用原理，并对传感器的构造和制成它的主要元件有一个清楚、详实的认识。

传感器在应用实例中主要起自动控制开关、远程谋取信息等作用，在电路中起控制和转化等作用，所以要对实例具体对待、具体分析。

【名师解惑】怎样理解光控开关的工作原理？剖析：图3-4-1所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω。

图3-4-1当天黑时，光线变弱，R G电阻变小，串联电路中R G分得电压降低，而相应二极管LED两端电压相应增加，当达到一定值时自动发光。

黎明时，光线变强，R G电阻增加，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使R G电路中起到自动控制电路的作用。

【讲练互动】例1.如图3-4-2所示是一种延时开关.当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。

当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。

则（）ABCDSSF12图3-4-2A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的电键S2，无延时作用D.如果断开B线圈的电键S2，延时将变长解析：本题以延时开关作为密切联系实际的新情境，考查考生对电磁感应现象的理解程度和推理能力。

第三节传感器的应用[先填空]1．温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器．2．红外线控制器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．3．光敏传感器的应用：照相机中．4．压力传感器的应用：电子秤中．[再判断]1．洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器．(√)2．自动门利用了红外线传感器．(√)3．指纹识别器是利用压力传感器．(×)[后思考]如图3­3­1，压力传感器在全自动洗衣机中实现了怎样的信号转化？其作用是什么？自动洗衣机水位控制原理图3­3­1【提示】传感器的膜盒中的膜片受力大小不同，膜片凸起情况不同，当压力达到一定程度时凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路．压力传感器将压力这个力学信号转化成电路的通断，相当于电路中的开关．[合作探讨]在机场的出入口等公共场所快速准确地筛查体温偏高的人员，应用普通的体温计不可能完成，现在用非接触式测温仪可以很好地完成检测．探讨1：这种测温仪利用了什么传感器？【提示】红外线传感器．由于物体的温度不同，发射红外线的情况不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温．探讨2：这种测温仪的优点是什么？【提示】(1)非接触式红外测温仪在测温时不必与被测物体表面接触．(2)可立即显示体温值．[核心点击]1．常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻．2．半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量．1．电子秤使用的传感器是( )A．超声波传感器B．温度传感器C．压力传感器D．红外线传感器【解析】电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确．【答案】 C2．下列器件不是应用温度传感器的是( )【导学号：97192120】A电熨斗B．话筒C．电饭锅D．测温仪【解析】电熨斗、电饭锅和测温仪都是把非电学量温度转换为电学量，都要使用温度传感器．话筒把非电学量声音转换为电学量，没有使用温度传感器．【答案】 B3．洗衣机中的水位控制装置使用的是( )A．光传感器B．压力传感器C．湿度传感器D．温度传感器【解析】当洗衣机内水位升高时，传感器的膜片受到的压力变大，当达到设定值时，关闭进水电磁阀门．【答案】 B[先填空]1．农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．2．工业生产中的传感器生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)对位移测量，从而实现精密加工．3．飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．[再判断]1．无人管理的自动灌溉系统，用到了温度传感器．(×)2．位移测量装置用到了位移传感器．(√)[后思考]人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用哪种传感器来感知太阳方位？【提示】光传感器[核心点击]1．农业生产中的传感器(1)湿度传感器可用来判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．(2)温度传感器和湿度传感器可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．2．工业生产中的传感器生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统来代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．3．飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多．在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．4．类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯．下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )【导学号：97192121】A．是力传感器B．是光传感器C．是温度传感器D．是声音传感器【解析】遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B对，A、C、D错．【答案】 B5．如图3­3­2甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，R T为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压U ab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压U ab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )图3­3­2A．10 ℃B．20 ℃C．30 ℃D．45 ℃【解析】由题可知U ab＝0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路图可知，在R 1、R 2、R 3给定的条件下，热敏电阻R T 的阻值决定了U ab 的正负．设电源负极的电势为零，则φa ＝R 2R 1＋R 2U ，φb ＝R T R 3＋R T U ，其中U 为电源的路端电压，令φa ＝φb ，即U ab ＝0，则可得R 2R 1＝R T R 3，代入数据得R T ＝20 k Ω，查表得对应的温度为30℃，C 正确．【答案】 C本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路.正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键.。

第三节、传感器及其应用一、教学目标：（一）知识与技术1．明白什么是传感器，了解传感器的作用和功能，明白传感器在现代社会中有普遍的应用。

2．了解传感器的分类原则和方式．3．了解几种常见传感器，如温度传感器、红别传感器、生物传感器的工作原理及典型应用。

（二）进程与方式通过观察、实验、回忆或切身经历，体会传感器的应用给咱们生活带来的庞大便利。

（三）情感态度与价值观1．通过观察、经历传感器给咱们生活带来的方便，激发学生参与科技活动的热情。

2．培育学生把物理知识应用于生产生活实际的意识，培育尊重科技、酷爱科技追求真理的良好品质．二、重点·难点1．重点：通过观察、实验，体会传感器在日常生活中的运用。

2．难点：传感器的原理三、教学方式：实验、启发、讨论、教授等四、教学器材：温度传感器、红别传感器、声音传感器、光传感器等各类传感器，多媒体、铁架台、烧杯、导线、学生电源等五、资源预备：本节课主如果通过观察、实验、回忆或切身经历，体会传感器的应用给咱们生活带来的庞大便利，所以一切的预备要从生活中入手，我开始了资料的搜集和整理，从网络上我搜集了大量有关传感器在生活中应用的图片、文字、视频等资料，同时预备了一些常见的传感器，如温度传感器、红别传感器、声音传感器、光传感器等各类传感器。

六、学生情形分析：学生对传感器有必然的了解，但很模糊，但对于生活中的高科技知识却是比较有兴趣，我想通过生活中的实例让学生从感性的熟悉入手，在必然的情景当中，用所学习的物理知识去分析、去解决问题，去感受物理世界的魅力，去体会传感器的应用给咱们生活带来的庞大便利。

六、教学进程（一）、课题引入：播放视频，初步了解传感器的应用，激发学生学习兴趣。

（二）、新课教学：一、什么是传感器（1）、人体获取信息的感觉器官：视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉（2）、传感器：能象人的感觉器官那样感受外界信息，并能依照必然的规律和要求把这些信息转换成可输出信息的器件或装置传感器是人的感觉器官的替代、扩展和延伸实例：光传感器、声音传感器、震动传感器2、体验生活中的传感器（实验）连接电路注意事项：一、接“直流2A”接线柱二、电压旋纽转到“6V”档3、正负极的连接要求：一、如何才能使电路中的小灯泡发光？二、如何才能使电路中蜂鸣器发声？3、如何才能使电路中的计数器计数？试探一、你明白光传感器是把什么信号转化为什么信号吗？在生活中能够有哪些应用？试探二、你明白压力传感器是把什么信号转化为什么信号吗？在生活中能够有哪些应用？试探3、你明白声音传感器是把什么信号转化为什么信号吗？在生活中能够有哪些应用？试探4、你明白温度传感器是把什么信号转化为什么信号吗？在生活中能够有哪些应用？试探5、你明白光电传感器是把什么信号转化为什么信号吗？在生活中能够有哪些应用？3、常常利用传感器：（1）、常常利用传感器：（学生查找资料并进行介绍）温度传感器（演示实验）红别传感器（演示实验）生物传感器（2）、传感器分类：a、按感受信息的学科特点分：物理型、化学型、生物型物理型：位移传感器、压力传感器、速度传感器、化学型：气敏传感器、味敏传感器、酸度计等、生物型：各类酶传感器、荧光生物传感器b、按输出量的性质分：模拟式和数字式4、传感器的进展方向一、向高精度、一体化、小型化方向进展。

第四节用传感器制作自控装置【思维激活】想想我们在哪些方面引用了传感器。

提示：生活中的传感器，如遥控器、电冰箱，农业方面如自动灌溉，工业方面如机器人等。

【自主整理】磁控防盗报警原理：磁控防盗报警器的主要元件是自动控制开关即干簧管，干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性。

当有磁场存在时，簧片被磁场互相吸引，移去磁铁，即磁场消失，簧片失去磁性，而簧片恢复原状。

蜂鸣器一般选用YMD和HMB型的，蜂鸣器能正常工作的条件是它两端的直流电压为4-6V，超过这个范围，蜂鸣器是不会鸣叫的，所以演示不成功时，可以检查电路中蜂鸣器两端电压是否在此范围之内。

【高手笔记】学习“传感器的应用实例”这一节必须对前面三节加以复习，彻底理解其应用原理，并对传感器的构造和制成它的主要元件有一个清楚、详实的认识。

传感器在应用实例中主要起自动控制开关、远程谋取信息等作用，在电路中起控制和转化等作用，所以要对实例具体对待、具体分析。

【名师解惑】怎样理解光控开关的工作原理？剖析：图3-4-1所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω。

图3-4-1当天黑时，光线变弱，R G电阻变小，串联电路中R G分得电压降低，而相应二极管LED两端电压相应增加，当达到一定值时自动发光。

黎明时，光线变强，R G电阻增加，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使R G电路中起到自动控制电路的作用。

【讲练互动】例1.如图3-4-2所示是一种延时开关.当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。

当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。

则（）图3-4-2A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的电键S2，无延时作用D.如果断开B线圈的电键S2，延时将变长解析：本题以延时开关作为密切联系实际的新情境，考查考生对电磁感应现象的理解程度和推理能力。

第四节用传感器制作自控装置课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路一、实验目的了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．二、实验器材二极管V D、晶闸管V S、光敏电阻R G、电阻R（7.5 MΩ）、灯泡L．三、实验原理由晶闸管V S与电灯L构成主回路，控制回路由R与R G组成的分压器及二极管V D构成，如下图所示．1．白天自然光较强时，光敏电阻呈低电阻与R分压后使晶闸管V S门电极处于低电平，V S关断．2．当夜幕降临时，照在R G上的自然光减弱，R G呈高阻，使V S的门电极处于高电平．V S 获正向触发电压而导通，灯L亮．3．改变R的阻值，即改变其与R G的分压比，可调整电路的起控点．4．二极管V D，晶闸管V S的特性（1）二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．（2）晶闸管V S：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．四、实验步骤1．将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．2．将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．3．将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．4．按照电路图，将各元件焊接，安装好．5．检查各元件的连接，确保无误．6．接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．五、注意事项1．安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．2．焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不宜过长．3．注意二极管、晶闸管各极正确接入电路，不可错接、反接．【例题】下图是一个简单的磁控防盗报警装置．门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路．睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来．请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作．答案：见解析．解析：当门闭着时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警．1．如下图所示为小型电磁继电器的构造示意图，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．其工作方式是（）．A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联答案：A解析：由图可知A、B是电磁继电器线圈，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排斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，所以选项A正确．2．传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器……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，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x．假设电压表是理想的，则下列说法中正确的是（）．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解析：物体M运动时会使滑片P左右移动，由于电压表的示数为变阻器左侧部分的电压，所以电压表示数会发生变化，所以A项错误，B项正确；但物体M的运动不会影响主电路，因此，物体M运动与否电路中仍会有电流且保持不变，但电压表会有示数且示数会发生变化，所以C、D两项都是错误的．3．如下图所示，1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路，试说明这种简单温度自动报警电路的工作原理．答案：见解析解析：当热敏电阻温度升高时，电磁铁电路中的电流增大，电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃报警；当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声．4．某市一所农村初级中学，常常因为不能及时给水塔注水而停水，小明知道后，想利用如下图所示的器材设计一个自动注水装置，A是浮子，B是金属触头，C为水塔上的柱形蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，K1、K2分别为触头开关．（1）连接上面的电路实物图．（2）简述其工作原理（涉及的元件可以用字母代替）．答案：见解析．解析：（1）如下图所示：（2）按图接好电路，合上开关S1、S2，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到K1时，左侧电路（控制电路）工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使K2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与K1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使K2接通，M工作．5．一路灯控制装置如下图所示，R G为光敏电阻，光照射R G时，R G变小．白天时，继电器J两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节R1?答案：较小 使R 1变小解析：由题可知，按照逻辑分析法，引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻R G 的光的强弱．白天光照强，R G 的阻值较小，R 1两端的电压11G 1ER U R R =+较大，即A 点电势较高，则Y 端为低电平，继电器两端电压较小，不工作，路灯不亮．而夜间的情形恰好相反．所以白天时，继电器J 两端电压较小．若使路灯早一些亮，首先要明确继电器的动作电压U J 一定，Y 端电平一定，A 端电平一定，则R 1两端的电压U 1一定，因11G G 111ER E U R R R R ==++，则可知要使路灯早些亮时，环境光线仍较强，R G 较小，要保证U 1一定，必须调节R 1使其变小．。

第四节用传感器制作自控装置【思维激活】想想我们在哪些方面引用了传感器。

提示：生活中的传感器，如遥控器、电冰箱，农业方面如自动灌溉，工业方面如机器人等。

【自主整理】磁控防盗报警原理：磁控防盗报警器的主要元件是自动控制开关即干簧管，干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性。

当有磁场存在时，簧片被磁场互相吸引，移去磁铁，即磁场消失，簧片失去磁性，而簧片恢复原状。

蜂鸣器一般选用YMD和HMB型的，蜂鸣器能正常工作的条件是它两端的直流电压为4-6V，超过这个范围，蜂鸣器是不会鸣叫的，所以演示不成功时，可以检查电路中蜂鸣器两端电压是否在此范围之内。

【高手笔记】学习“传感器的应用实例”这一节必须对前面三节加以复习，彻底理解其应用原理，并对传感器的构造和制成它的主要元件有一个清楚、详实的认识。

传感器在应用实例中主要起自动控制开关、远程谋取信息等作用，在电路中起控制和转化等作用，所以要对实例具体对待、具体分析。

【名师解惑】怎样理解光控开关的工作原理？剖析：图3-4-1所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω。

图3-4-1当天黑时，光线变弱，R G电阻变小，串联电路中R G分得电压降低，而相应二极管LED两端电压相应增加，当达到一定值时自动发光。

黎明时，光线变强，R G电阻增加，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使R G电路中起到自动控制电路的作用。

【讲练互动】例1.如图3-4-2所示是一种延时开关.当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。

当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。

则（）ABCDSSF12图3-4-2A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的电键S2，无延时作用D.如果断开B线圈的电键S2，延时将变长解析：本题以延时开关作为密切联系实际的新情境，考查考生对电磁感应现象的理解程度和推理能力。