山東省臨清實(shí)驗(yàn)高中物理 第2節(jié)傳感器的應(yīng)用(一)學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、選修3-2第六章第2節(jié)：傳感器的應(yīng)用（一）學(xué)案 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 【預(yù)習(xí)目的】：理解傳感器應(yīng)用的一般模式，電子秤、話(huà)筒、電熨斗的工作原理 傳感器 1、概念：_____________________________________________。 2、原理圖： 3、三種常用的敏感元件 （1）光敏電阻 ①材料及構(gòu)造 ②工作原理 ③功能：把__________（光學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____（電學(xué)量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 ①熱敏電阻 a）材料 b）

2、特點(diǎn) c）功能：把_______轉(zhuǎn)換為_(kāi)______（電學(xué)量）。 d）分類(lèi)： 正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻（特點(diǎn)） 負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻（特點(diǎn)） ②金屬熱電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_______轉(zhuǎn)換為_(kāi)______（電學(xué)量）。 （3）霍爾元件 ①材料及構(gòu)造 ②霍爾電壓：_________________________。 推導(dǎo)： ③功能：把_________（磁學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)______（電學(xué)量）。傳感器功

3、能：能將力、溫度、光、聲、物質(zhì)成分等_________轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____的元件。 課內(nèi)探究學(xué)案 【學(xué)習(xí)目的】 （1）、理解傳感器應(yīng)用的一般模式； （2）、理解電子秤、話(huà)筒、電熨斗的工作原理。 （3）、會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)樸的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。 （4）、通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)，探究電子秤、話(huà)筒、電熨斗等的工作原理，從而理解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應(yīng)用，進(jìn)一步總結(jié)出傳感器應(yīng)用的一般模式。 （5）、通過(guò)實(shí)驗(yàn)激發(fā)的學(xué)習(xí)愛(ài)好，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新意識(shí)，提高物理理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的綜合實(shí)踐能力。 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】：多種傳感器的應(yīng)用原理及構(gòu)造。 【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】：多種傳感器的應(yīng)用

4、原理及構(gòu)造。 【學(xué)習(xí)措施】：探究實(shí)驗(yàn) 【合伙探究】 問(wèn)題1：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？ 1、傳感器應(yīng)用的一般模式 閱讀教材開(kāi)頭幾段，然后合上書(shū)，在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。 提示：一般狀況下，傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常單薄，要想觸發(fā)控制電路，此信號(hào)必須進(jìn)一步放大才可以，因此需要放大電路，即放大器。 閱讀教材并在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。 傳感器 2、下面學(xué)習(xí)幾種傳感器應(yīng)用的實(shí)例。 （1）．力傳感器的應(yīng)用——電子秤 師：閱讀教材56頁(yè)最后一段，思考并回答問(wèn)題。 問(wèn)題2：

5、電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件構(gòu)成的？ 問(wèn)題3：簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。 問(wèn)題4：應(yīng)變片可以把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？ （2）．聲傳感器的應(yīng)用——話(huà)筒 閱讀教材56頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考并回答問(wèn)題。 問(wèn)題5：話(huà)筒的作用是什么？ 問(wèn)題6：闡明動(dòng)圈式話(huà)筒的工作原理和工作過(guò)程。 問(wèn)題7：闡明電容式話(huà)筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話(huà)筒的長(zhǎng)處是什么？ 問(wèn)題8：駐極體話(huà)筒的工作原理是什么？有何長(zhǎng)處？ 閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。 指出：駐極體話(huà)筒運(yùn)用了電介質(zhì)的 現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場(chǎng)中，在前后兩個(gè)表面

6、上會(huì)分別浮現(xiàn) 與 的現(xiàn)象．某些電介質(zhì)在電場(chǎng)中被極化后，去掉外加電場(chǎng)，仍然會(huì)長(zhǎng)期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱(chēng)為 ． 演示實(shí)驗(yàn)： 按照如圖所示的連接駐極體話(huà)筒的工作電路，話(huà)筒的輸出端通過(guò)隔直電容接到示波器。 對(duì)著話(huà)筒喊話(huà)，觀測(cè)示波器的熒光屏上的波形，再用此外一人同樣對(duì)話(huà)筒喊話(huà)，比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什么不同樣。 上述過(guò)程，就是話(huà)筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程。 觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 結(jié)論： （3）．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗 溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高下轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，一般是運(yùn)用物體的某一物理性質(zhì)隨

7、溫度的變化而變化的特性制成的．電熨斗就是靠溫度傳感器來(lái)控制溫度的。 實(shí)驗(yàn)：取一種報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外殼，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一種U型的雙金屬片，雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰接近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。 把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的 。 做實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。 投影：電熨斗構(gòu)造圖（如圖所示） 思考與討論： （1）常溫下，上、下

8、觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將如何起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？ （4）、拓展：溫度傳感器的另一應(yīng)用——電冰箱的溫控裝置 如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的構(gòu)造，銅質(zhì)的測(cè)溫泡1，細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一種溫度傳感器，膜盒3為扁圓形，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)盒靜觸點(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盒連桿9上

9、。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。 自動(dòng)控溫原理：如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的構(gòu)造，銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一種溫度傳感器，膜盒為扁圓形，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和連桿9上，連桿9的下端裝在機(jī)箱上的軸，凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)

10、彈簧7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高時(shí)，1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒3的左端膨脹，推動(dòng)彈簧片4向左轉(zhuǎn)動(dòng)，使5、6接觸，控制的壓縮機(jī)電路開(kāi)始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定限度，氯甲烷受冷收縮，5、6又分開(kāi)，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再反復(fù)上述過(guò)程。 溫度設(shè)定原理：將凸輪8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9向右頂，使得彈簧7彈力增大，此時(shí)要將5、6觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高某些，即溫控?fù)鯌?yīng)低某些（例如1級(jí)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)凸輪8，控制的溫度低某些，控溫?fù)跻吣承? 典型例題 例1.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一種

11、由力敏電阻構(gòu)成的壓力傳感器．用兩根相似的輕彈簧夾著一種質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 m／s2）． （1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車(chē)的加速度大小和方向． （2）當(dāng)汽車(chē)以如何的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零． 例2、如圖5是電容式話(huà)筒的示意圖，它是運(yùn)用電容制作的傳感器，話(huà)筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜

12、后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話(huà)筒所在電路中的其他量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話(huà)筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的因素也許是容器兩板間的（ ） 金屬板 金屬膜 振動(dòng)膜 外電路 圖5 （A）距離變化 （B）正對(duì)面積變化 （C）介質(zhì)變化 （D）電壓變化 課后練習(xí)與提高： 1．如圖所示，甲、乙是兩類(lèi)熱敏電阻的R-t特性圖線(xiàn)，如果想用熱敏電阻作傳感器，并與繼電器相連，構(gòu)成一種簡(jiǎn)樸的自動(dòng)報(bào)警線(xiàn)路，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，由繼電器接通電路

13、報(bào)警，采用圖________類(lèi)熱敏電阻較好. 2．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度減少時(shí)（ ） A.R1兩端的電壓增大 B.電流表的示數(shù)增大 C.小燈泡的亮度變強(qiáng) D.小燈泡的亮度變?nèi)? 3．下列說(shuō)法對(duì)的的是 （ ） A、應(yīng)變式力傳感器可以測(cè)重力，也可以用來(lái)測(cè)牽引力 B、電子秤的核心元件是應(yīng)變片，它多用金屬材料制成，是一種敏感元件 C、應(yīng)變片能把力學(xué)量―――物體形變轉(zhuǎn)換為電學(xué)量―――電壓 D、所有電子秤都應(yīng)用了應(yīng)變式力傳

14、感器 4．有關(guān)話(huà)筒，下列說(shuō)法對(duì)的的是 （ ） A、無(wú)論動(dòng)圈式話(huà)筒、電容式話(huà)筒、還是駐極體話(huà)筒，作用相似都將聲波――力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了電壓（或電流）――電學(xué)量 B、電容式話(huà)筒和駐極體話(huà)筒原理相似，都是聲波的變化引起電容變化，進(jìn)而引起輸出電壓的變化 C、動(dòng)圈式話(huà)筒運(yùn)用通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受安培力振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲向電的轉(zhuǎn)化 D、由于駐極體話(huà)筒價(jià)格便宜、敏捷度高，會(huì)場(chǎng)大都用駐極體話(huà)筒 5．下列說(shuō)法對(duì)的的 A、電熨斗能自動(dòng)控制溫度重要運(yùn)用了雙金屬片，兩片金屬的膨脹系數(shù)相似 B、常溫下，上下觸點(diǎn)是分享的；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分享 C、需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)溫度旋鈕，使升

15、降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移 D、電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料 6、為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一種傳感器與電燈控制電路相接．當(dāng)樓道內(nèi)有人走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即被接通電源而發(fā)光，這種傳感器為＿＿＿＿＿，它輸入的是＿＿＿＿＿＿信號(hào)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是＿＿＿＿＿信號(hào)． G b a R F 7．傳感器是一種采集信息的重要器件，圖1是由電容器作為傳感器來(lái)測(cè)定壓力變化的電路，當(dāng)待測(cè)壓力為F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，如下說(shuō)法中對(duì)的的 ( ) A、若F向上壓膜片電極，電路中有從a和b的電流 B、若F向上壓膜片電極，電路中有從b和a的電流 C、若F向上壓膜片電極，電

16、路中不會(huì)浮現(xiàn)電流 D、若電流表有示數(shù)，則闡明壓力F發(fā)生變化 8、1999年7月12日，日本原子能公司所屬敦賀灣電站由于水管破裂導(dǎo)致國(guó)徽冷卻劑外流，在檢測(cè)此重大事故中應(yīng)用了非電量變化（冷卻劑外泄使管中液面變化）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)．如圖所示是一種測(cè)定導(dǎo)電液體深度的裝置；包著一層電介質(zhì)的金屬棒與導(dǎo)電液體形成一種電容器，電容量的變化能反映液面的升降狀況，則下列論述中對(duì)的的是 ( ) 導(dǎo)電液 電解質(zhì) 芯線(xiàn) A．電容增大反映h增大 B．電容增大反映h減少 C．將金屬棒間的電壓和導(dǎo)電液體分別接電源兩極再斷開(kāi)后，液體深度變化時(shí)導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓增大反映h減小 D．將金

17、屬棒和導(dǎo)電液體分別接電源兩極再斷開(kāi)后，液體深度變化時(shí)導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓增大反映h增大 9、街道旁的路燈、江海里的航標(biāo)燈都規(guī)定夜晚亮、白天熄，運(yùn)用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是運(yùn)用半導(dǎo)體的（ ） A、壓敏性 B、光敏性 C、熱敏性 D、三特性都運(yùn)用了 10、若超導(dǎo)體線(xiàn)圈連接在電路中，則（ ） A.超導(dǎo)體線(xiàn)圈中有較小的電流通過(guò) B.有強(qiáng)大的電流通過(guò)線(xiàn)圈，不能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng) C.電流通過(guò)超導(dǎo)體線(xiàn)圈，能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng) D.電流在超導(dǎo)體線(xiàn)圈中，會(huì)有部分能量消失

18、 11．如圖所示是繼電器的原理圖，A為常閉觸點(diǎn)，B為常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)在接線(xiàn)柱2、3間通入一定的電流時(shí)，電磁鐵便使銜鐵P脫離A而與B接觸，從而達(dá)到控制電路的目的.接線(xiàn)柱____________與有電源的熱敏電阻串聯(lián).接線(xiàn)柱____________與外電路串聯(lián)，即可在溫度過(guò)高時(shí)切斷外電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的自動(dòng)控制.若規(guī)定切斷此電路的同步接通另一種外電路，則需要接通的電路應(yīng)連在____________兩個(gè)接線(xiàn)柱上. 12．計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)是由兩片金屬切片構(gòu)成的小電容器．該電容器的電容可用公式C=ε計(jì)算，式中ε=9×10-12,S為金屬片的正對(duì)面積，d表達(dá)兩金屬片間距．當(dāng)鍵被按下時(shí)，此電容器的電容發(fā)生變化

19、，與之相連的電子線(xiàn)路就能檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)．設(shè)每個(gè)金屬片的正對(duì)面積為50 mm2，鍵未按下時(shí)的金屬片間距為0．6 mm．如果電容變化0．25 pF，電子線(xiàn)路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則鍵至少需要被按下（ ） A．0．15 mm B．0．25 mm C．0．35 mm D．0．45 mm 13．一光敏電阻和一用電器串聯(lián)后接在一電源上，如圖所示.當(dāng)電路中的光敏電阻受到光照射時(shí)，用電器__________正常工作；當(dāng)光敏電阻不受光照射時(shí)，阻值__________，電流___________，用電器_________

20、__工作. 14．如圖所示為一自動(dòng)控溫的電加熱器的電路圖，R1是熱敏電阻，R2是加熱電阻，試闡明它是如何控制溫度的. 【學(xué)習(xí)小結(jié)】 本節(jié)課重要學(xué)習(xí)了如下幾種問(wèn)題： 力傳感器的應(yīng)用—— 傳感器的應(yīng)用 聲傳感器的應(yīng)用—— 溫度傳感器的應(yīng)用—— 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制． 【課后作業(yè)】課本P58-59 1、2、3 參照答案： 1、答案：甲 2、答案：C 3、答案：ACD 4、答案：AB 5、答案：C 6、答案：聲，聲，電 7、答案：BC 8、答案：AC 9、答案：B 10、答案：C 11、答案： 2、3 1、5 1、4 12、答案：A 13、答案：開(kāi)始 增大 減小 停止 14、思路解析：閉合開(kāi)關(guān)，電壓加在R1和R2上，它們產(chǎn)生的熱功率為，隨著溫度的升高，熱敏電阻R1阻值增大，她們產(chǎn)生的電熱功率就減小，選擇合適的熱敏電阻和加熱電阻，就可以將加熱的溫度控制在某一溫度上，加熱功率等于散熱功率，物體的溫度保持在這一溫度上不變.