2018_2019學(xué)年高中物理 傳感器3生活中的傳感器4簡(jiǎn)單的光控和溫控電路選學(xué)學(xué)案教科版 .docx

3生活中的傳感器4簡(jiǎn)單的光控和溫控電路(選學(xué))學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解傳感器在洗衣機(jī)、電冰箱、家用報(bào)警器中的應(yīng)用(重點(diǎn))2.了解簡(jiǎn)單的光控和溫控電路的工作原理及敏感元件所起的作用(重點(diǎn))3.理解傳感器的工作原理及敏感元件所起的作用(難點(diǎn))4.自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路(難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識(shí)梳理一、生活中的傳感器1洗衣機(jī)中的傳感器全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用傳感器和電腦技術(shù)對(duì)洗滌全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和控制近年來(lái)的模糊洗衣機(jī)中的傳感器大致有以下幾類：水位傳感器、負(fù)載量傳感器、水溫傳感器、布質(zhì)傳感器、洗滌粉傳感器、臟污程度傳感器、脫水(壓電)傳感器，這些傳感器收集到的信息，經(jīng)微電腦綜合推理判斷后，執(zhí)行最佳的工作程序2電冰箱中的傳感器電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成控制系統(tǒng)主要包括：溫度自動(dòng)控制、除霜溫度控制、過(guò)熱及過(guò)電流保護(hù)等3家用報(bào)警器(1)居家生活中，煤氣泄漏會(huì)危及人身安全，需要加以防范我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報(bào)警器和可燃?xì)怏w報(bào)警器(2)有一種敲擊防盜報(bào)警器，它利用壓電式傳感器對(duì)門(mén)窗玻璃損毀產(chǎn)生反應(yīng)，形成對(duì)報(bào)警裝置的啟動(dòng)還有一種沖擊防盜報(bào)警器，由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成4傳感器與人的感官(1)光傳感器和由它制成的錄像頭和監(jiān)控探頭，可以類比人的眼睛(2)對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)控的化學(xué)和生物傳感器，相當(dāng)于人的鼻和舌等嗅覺(jué)、味覺(jué)器官(3)力學(xué)和振動(dòng)傳感器，以及溫度傳感器可以認(rèn)為相當(dāng)于人的觸覺(jué)器官，如手、足、皮膚等(4)聲傳感器相當(dāng)于人的耳朵在有些探測(cè)活動(dòng)中，傳感器可以比人靈敏，或者可以報(bào)告更準(zhǔn)確的結(jié)果，傳感器確實(shí)有“過(guò)人”之處二、簡(jiǎn)單的光控和溫控電路1光控自動(dòng)照明電路(1)電路原理圖(如圖331所示)圖331(2)功能利用光敏電阻作控制元件從而通過(guò)光線來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使電路在天亮?xí)r自動(dòng)切斷，天黑時(shí)自動(dòng)導(dǎo)通(3)調(diào)試將光敏電阻用黑紙包住使它不被光照亮，如果發(fā)光二極管不亮，則調(diào)節(jié)電位器R1，直到發(fā)光二極管發(fā)光為止然后將包裹光敏電阻的黑紙打開(kāi)，看它是否熄滅，如果此時(shí)發(fā)光二極管不熄滅，則再調(diào)節(jié)電位器反復(fù)使光敏電阻遮光或見(jiàn)光，直到可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在光敏電阻有光照時(shí)熄滅，無(wú)光照時(shí)發(fā)光為止此時(shí)發(fā)光二極管就相當(dāng)于一個(gè)由環(huán)境明暗變化而自動(dòng)控制的燈2溫控電熨斗(1)電路原理圖(如圖332所示)圖332(2)功能利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時(shí)，電熱器供電加熱，否則將電源關(guān)閉(3)調(diào)試室溫下，如果發(fā)光二極管不亮，則調(diào)節(jié)電位器R1，直到發(fā)光二極管發(fā)光為止然后將電烤燈通電并靠近熱敏電阻加熱，看它是否熄滅，如果此時(shí)發(fā)光二極管不熄滅，則再調(diào)節(jié)電位器反復(fù)將電烤燈靠近或遠(yuǎn)離熱敏電阻，直到可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在熱敏電阻溫度升高時(shí)熄滅，正常室溫時(shí)發(fā)光為止基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(1)通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制()(2)傳感器可以用來(lái)采集信息()(3)傳感器可以將感受到的一些信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量()(4)洗衣機(jī)的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動(dòng)作的()(5)電冰箱是利用溫度傳感器自動(dòng)控溫的()2(多選)電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成，在控制系統(tǒng)中，傳感器起著非常重要的作用關(guān)于電冰箱中的傳感器，下列說(shuō)法正確的是()A電冰箱中的溫控器是由溫度傳感器控制的B電冰箱中的溫控器是由濕度傳感器控制的C電冰箱由溫度傳感器控制制冷壓縮機(jī)的啟動(dòng)與停止D電冰箱由溫度傳感器控制除霜溫控器的啟動(dòng)與停止ACD電冰箱中溫度控制系統(tǒng)主要是溫度傳感器，與濕度無(wú)關(guān)3.如圖333所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈P為可經(jīng)O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求其工作方式是()圖333AA與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián)BA與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián)CC與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián)DC與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián)A由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開(kāi)，進(jìn)而起到控制作用所以選項(xiàng)A正確合 作 探 究攻 重 難傳感器的應(yīng)用1.傳感器問(wèn)題的分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電學(xué)量的器件我們可以把傳感器的應(yīng)用過(guò)程分為三個(gè)步驟：2分析傳感器問(wèn)題的四點(diǎn)注意感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等輸出信號(hào)分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程如圖334所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4連接盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫(huà)出)控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7的拉力圖334(1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)壓縮機(jī)能夠自動(dòng)開(kāi)始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動(dòng)停止工作？(2)為什么用凸輪可以改變?cè)O(shè)定的溫度？【解析】(1)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盒體膨脹，膜盒3通過(guò)小柱體帶動(dòng)彈簧片4，使動(dòng)觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動(dòng)開(kāi)始工作，而在達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)彈簧帶動(dòng)彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開(kāi)，使壓縮機(jī)停止工作(2)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)加大連桿9對(duì)彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動(dòng)，而彈簧7上彈力的變化會(huì)改變?cè)O(shè)定的溫度【答案】見(jiàn)解析針對(duì)訓(xùn)練1(多選)為了保證汽車車輪在制動(dòng)時(shí)不是完全剎死滑行，而是讓車輪仍有一定的滾動(dòng)，我們用一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)車速的傳感器來(lái)控制車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，其原理如圖335所示(鐵質(zhì)齒輪P與車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，右端是一個(gè)繞有線圈的磁體)，下列說(shuō)法正確的是()圖335AM是一個(gè)電流檢測(cè)器BM是一個(gè)定值電阻C該傳感器是把運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為電學(xué)物理量D該傳感器是把運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為力學(xué)物理量AC當(dāng)車輪帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中會(huì)有電流，這是由于輪齒靠近線圈時(shí)被磁化，使磁場(chǎng)增強(qiáng)，輪齒離開(kāi)線圈時(shí)磁場(chǎng)減弱，磁通量變化使線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流將這個(gè)電流放大后去控制制動(dòng)機(jī)構(gòu)，可有效地防止車輪被制動(dòng)抱死所以，A，C兩項(xiàng)正確2小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無(wú)法自動(dòng)控制經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒(méi)有故障參照?qǐng)D336，下列對(duì)故障判斷正確的是()圖336A只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障C熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障D可能是加熱器出現(xiàn)故障C由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定出現(xiàn)故障都會(huì)向控制器傳遞錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，故C正確，A、B錯(cuò)誤；若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會(huì)使溫度持續(xù)升高，故D錯(cuò)誤簡(jiǎn)單的光控和溫控電路設(shè)計(jì)求解傳感器控制電路類問(wèn)題的一般思路(1)首先明確控制電路的工作原理；(2)然后分清所應(yīng)用的傳感器及其特性；(3)最后結(jié)合電路知識(shí)完成設(shè)計(jì)在城市街道的路燈用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡(jiǎn)化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0；照射光較弱(如黑天)時(shí)電阻接近于無(wú)窮大利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉，黑天打開(kāi)電磁開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖337所示.1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50 mA時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，3、4斷開(kāi)；電流小于50 mA時(shí)，3、4接通勵(lì)磁線圈中允許通過(guò)的最大電流為100 mA.圖337(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路，畫(huà)出電路原理圖光敏電阻R1，符號(hào)燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號(hào)保護(hù)電阻R2，符號(hào)電磁開(kāi)關(guān)，符號(hào)蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很?。婚_(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干(2)回答下列問(wèn)題：如果勵(lì)磁線圈的電阻為200 ，勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為_(kāi)V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍是_.在有些應(yīng)用電磁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí)，接線柱3、4之間從斷開(kāi)變?yōu)榻油榇?，電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明【解析】(1)電路原理如圖所示(2)由題意知，最大電流Im100 mA，則UmImR100103200 V20 V又EI(R2R)因50 mAI100 mA代入數(shù)據(jù)解得160 R20時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在()甲乙圖338A10 B20 C30 D45 C由題可知Uab0是一個(gè)電壓的臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著開(kāi)關(guān)S的動(dòng)作，而開(kāi)關(guān)的動(dòng)作對(duì)應(yīng)著溫度的上升或下降由電路圖可知，在R1、R2、R3給定的條件下，熱敏電阻RT的阻值決定了Uab的正負(fù)設(shè)電源負(fù)極的電勢(shì)為零，則aU，bU，其中U為電源的路端電壓，令ab，即Uab0，則可得，代入數(shù)據(jù)得RT20 k，由題圖乙得對(duì)應(yīng)的溫度為30 ，C正確4傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(通常是電學(xué)量)例如，熱敏傳感器主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的圖線如圖339甲所示，圖339乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器的線路圖，問(wèn)：甲乙圖339(1)為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警鈴響，c應(yīng)接在_(選填“a”或“b”)點(diǎn)(2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P向_(選填“左”或“右”)移動(dòng)(3)如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)最低報(bào)警溫度時(shí)，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P都不能使報(bào)警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路實(shí)際不能工作的原因可能是_.【解析】(1)由圖甲可知當(dāng)溫度升高時(shí)Rt的阻值減小，通過(guò)線圈的電流變大，電磁鐵的磁場(chǎng)變強(qiáng)，對(duì)銜鐵的引力變大，可與a點(diǎn)接觸，欲使報(bào)警器報(bào)警，c應(yīng)接在a點(diǎn)(2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些，可使電路的相對(duì)電流減小一些，以使得熱敏電阻Rt的阻值減小得更大一些，所以將滑動(dòng)變阻器滑片P向左移動(dòng)，增大滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值(3)在調(diào)試報(bào)警器達(dá)最低報(bào)警溫度時(shí)，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P都不能使報(bào)警器工作，可能是通過(guò)線圈的電流太小，電磁鐵的磁場(chǎng)弱，對(duì)銜鐵的引力較小，也可能是彈簧的彈力較大，電磁鐵對(duì)銜鐵的引力不能將銜鐵吸引到和a接觸的狀態(tài)，還可能是乙圖電源電壓太低或繼電器線圈匝數(shù)太少【答案】(1)a(2)左(3)乙圖中的電源電壓太低或繼電器線圈匝數(shù)太少或彈簧勁度系數(shù)太大(任選一條)當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1下列器件是應(yīng)用力傳感器的是()A鼠標(biāo)器B火災(zāi)報(bào)警器C測(cè)溫儀 D電子秤D鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災(zāi)報(bào)警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測(cè)溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D正確2壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖3310(a)所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖3310(b)所示，下列判斷正確的是()(a)(b)圖3310A從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D由題意知，壓敏電阻中的電流隨所受壓力而變化，壓力不變時(shí)，電流一定，壓力變化時(shí)，電流變化，由牛頓第三定律，壓敏電阻對(duì)重球也產(chǎn)生大小相同的壓力由題圖(b)可知，在t2t3時(shí)間內(nèi)電流不變，表示壓力不變，小車做勻加速運(yùn)動(dòng)，在t1t2時(shí)間內(nèi)電流增大，壓力增大，小車做加速度增大的運(yùn)動(dòng)，故A、B、C均錯(cuò)誤，D正確3如圖3311所示是一種煙霧報(bào)警器的控制電路圖，其原理簡(jiǎn)化如下：調(diào)節(jié)可變電阻R1使U230.當(dāng)有煙霧時(shí)，開(kāi)始觸發(fā)工作，其中Rg是光敏電阻由此可知，要使開(kāi)始工作，則應(yīng)滿足() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622104】圖3311A23 B23時(shí)，控制電路開(kāi)始工作4傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種