《2016-2017學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)常見傳感器的工作原理+第3節(jié)大顯身手的傳感器課件魯科版選修.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2016-2017學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)常見傳感器的工作原理+第3節(jié)大顯身手的傳感器課件魯科版選修.ppt（38頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、知 識 點 一 知 識 點 二 學(xué) 業(yè) 分 層 測 評 第 2 節(jié) 常見傳感器的工作原理 第 3 節(jié) 大顯身手的傳感器 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1. 認識光敏電阻和熱敏電阻這兩種敏感元件 ， 知 道其特性 ( 重點 ) 2. 理解光電傳感器和溫度傳感器的工作原 理 ( 難點 ) 3. 了解生活中傳感器的簡單應(yīng)用及給人類生產(chǎn)、 生活帶來的便利 . 4. 了解傳感器的設(shè)計思路 . 常 見 傳 感 器 的 工 作 原 理 先填空 1 光傳感器和溫度傳感器 光傳感器 溫度傳感器 定義 一種能夠感受 ， 并按照一定 規(guī)律把光信號轉(zhuǎn)換成 的器 件或裝置 一種將 轉(zhuǎn)換成電學(xué) 量變化的裝置 光信號 電
2、信號 溫度變化 作用 將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變 化 常見敏感 元件 、光敏晶體管、 等 熱敏電阻、 等 構(gòu)造 光敏電阻由金屬硫化物等 材料制成 熱敏電阻由 材料制成 光敏電阻 光電池 熱電偶 半導(dǎo)體 半導(dǎo)體 特性 照射光 ， 則電阻小 ， 照射光弱 ， 則電阻大 ， 其倍數(shù)可達 倍 靈敏度 ， 響應(yīng)非常快 NTC 熱敏電阻 ( 負溫度系數(shù) ) 其阻值 隨溫度 而減小 ， PT C 熱敏 電阻 ( 正溫度系數(shù) ) 其阻值隨溫 度升高而增大 強 100 1000 極高 升高 2. 干簧管繼電器 (1) 干簧管的工作原理 干簧管可以感受外界磁場 ， 當(dāng)干簧管的兩個鐵質(zhì)簧片處有磁
3、場時 ， 兩簧片 被磁化 ， 在磁力作用下由原來的分離狀 態(tài)變成閉合狀態(tài)，磁場減弱時兩簧片分 開 (2) 干簧管繼電器 構(gòu)造：由干簧管和繞在管外的 組成 作用：在電路中 ， 可以根據(jù)流經(jīng)線圈的電流大小控制電路的 如圖 5 2 1 所示電路符號 圖 5 2 1 線圈 通斷 3 電容式傳感器 電容式傳感器以各種類型的電容器為傳感元件 ， 它將被測量的非電學(xué)量的 變化 ， 轉(zhuǎn)化成 的變化 根據(jù)改變電容的方式不同 ， 電容式傳感器可分為變間隙式、變 式 和變 式三種 電容量 極板面積 介電常數(shù) 再判斷 1 熱敏電阻是用金屬鉑制成的 ， 它對溫度的感知很靈敏 ( ) 2 半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時電
4、阻大幅度變化 ( ) 3 光照越強 ， 光敏電阻的阻值越小 ( ) 后思考 光敏傳感器的 敏感元件一定是光敏電阻嗎？ 【提示】 不一定 ， 凡是在光照條件下電學(xué)特性隨之改變的都可用作光敏 傳感器的敏感元件 合作探討 許多辦公場所樓道燈具有這樣的功能：天黑時 ， 出現(xiàn)聲音它就開啟 ， 而在 白天 ， 即使有聲音它也沒有反應(yīng) 探討 1 ： 請分析滿足上述條件的控制電路中有哪些傳感器？是 物理傳感器還 是化學(xué)傳感器？ 【提示】 接入了兩種傳感器：光傳感器 ( 光敏電阻 ) ；聲傳感器 ( 通常用微 型駐極體話筒 ) 以上兩種傳感器均為物理傳感器 探 討 2 ： 光敏電阻一般由什么材料組成？和電學(xué)中的
5、一般電阻一樣嗎？ 【提示】 光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成 ， 而電學(xué)中常見電阻一般由金 屬材料制成 核心點擊 1 光敏電阻的特性 當(dāng)光敏電阻受到光照射時 ， 會有更多的電子獲得能量成為自由電子 ， 同時 也形成更多的空穴 ， 于是導(dǎo)電性明顯地增強 ， 電阻減小 2 熱敏電阻的兩種類型 熱敏電阻的電阻率隨溫度變化而明顯變化 ， 常見的有兩種類型 ， 圖中甲為 PTC 型 ， 乙為 NTC 型 PTC 型為正溫度系數(shù)熱敏電阻 ， NTC 型為負溫度系數(shù)熱 敏電阻 圖 5 2 2 3 熱敏電阻的應(yīng)用 (1) 電熨斗 電熨斗的構(gòu)造：如圖 5 2 3 所示 圖 5 2 3 電熨斗的自動控溫原理 其內(nèi)部裝
6、有雙金屬片溫度傳感器 ， 其作用是控制電路的通斷 常溫下 ， 上、下觸點是接觸的 ， 當(dāng)溫度過高時 ， 由于雙金屬片的熱膨脹系 數(shù)不同 ， 上部金屬膨脹系數(shù)大 ， 下部金屬膨脹系數(shù)小 ， 雙金屬片向下彎曲 ， 使 觸點分離 ， 從而切斷電源 ， 停止加熱溫度降低后 ， 雙金屬片恢復(fù)原狀 ， 重新 接通加熱 ， 這樣 循環(huán)進行 ， 起 到自動控制溫度的作用 (2) 電冰箱 電冰箱中的自動控制系統(tǒng)要獲取的信息都要通過傳感器轉(zhuǎn)化為容易傳輸和 處理的電信號 電子溫控的核心之一是冷藏室傳感器和冷凍室傳感器它們是一種負溫度 系數(shù)的熱敏電阻當(dāng)溫度升高時 ， 其阻值減?。划?dāng)溫度降低時 ， 其阻值增加 1 如圖
7、 5 2 4 所示 ， R 1 、 R 2 為定值電阻 ， L 為電阻絲 ， R 3 為光 敏電阻，當(dāng) 照射光強度增大時，下列選項中不正確的是 ( ) 圖 5 2 4 A 電壓表的示數(shù)增大 B R 2 中電流減小 C 電阻絲的功率增大 D 電路的路端電壓增大 【解析】 當(dāng)光照強度增大時 ， R 3 阻值減小 ， 外電路電阻隨 R 3 的減小而減 小 ， 干路電流增大 ， R 1 兩端電壓因干路電流增大而增大 ， 同時內(nèi)電壓增大 ， 故 電路路端電壓減小 ， 而電壓表的示數(shù)增大；由路端電壓減小 ， 而 R 1 兩端電壓增 大知 ， R 2 兩端電壓必減小 ， 則 R 2 中電 流減??；結(jié)合干路電
8、流增大知流過電阻絲 的電流必增大 ， 則電阻絲的功率增大 ， 故本題選項為 D . 【答案】 D 2 溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中 ， 它是利用 熱敏 電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的 ， 如圖 5 2 5 甲所示 ， 電源的電動勢 E 9 V ， 內(nèi)阻不計 ， G 為靈敏電流表 ， 內(nèi)阻 R g 保持不變； R 為熱敏電阻 ， 其電阻阻 值與溫度的關(guān)系如圖乙所示閉合 S ， 當(dāng) R 的溫度等于 20 時 ， 電流表示數(shù) I 1 2 mA ；當(dāng)電流表的示數(shù) I 2 3. 6 mA 時 ， 熱敏電阻的溫度是多少？ 圖 5 2 5 【解析】 由乙圖知 ， t 20 時 ， R
9、 4 k 根據(jù)閉合電路歐姆定律 I E R R g 得 2 10 3 9 4 10 3 R g . 求得 R g 500 . 又因 I 2 E R R g 即 3.6 10 3 9 R 500 故 R 2 k . 由乙圖知 t 120 . 【答案】 120 光電傳感器電路的分析方法 對含光電傳感器的電路一般按以下思路分析： (1) 判斷電路的整體連接特點 (2) 由光敏電阻的變化判斷出整個電路總電阻 的變化 (3) 根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化 (4) 根據(jù)電路串并聯(lián)特點和歐姆定 律判斷出各部分電路電壓和電流的變化 ， 進而得出電壓表、電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化 大 顯 身
10、 手 的 傳 感 器 先填空 1 洗衣機的水位控制裝置 全自動洗衣機的水位控制裝置中使用 傳感器 ， 當(dāng)筒內(nèi)水位到達設(shè)定高 度時 ， 凸起的膜片使動觸點接觸控制電路的靜觸點 ， 使控制電路接通 ， 進 水電磁閥門 ， 洗滌電動機電源 壓力 關(guān)閉 接通 2 自動門 (1) 控制自動門開關(guān)的是一種紅外 線傳感器 (2) 自動門工作流程 傳感 器 處理 電路 驅(qū)動 電路 繼電器自動門 電動機 3 指紋識別器 指紋識別器是通過 傳感器來識別指紋的手指皮膚與電容傳感器表面 構(gòu)成了 ， 由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異 電容 電容陣列 延時電路 4 傳感器與機器人 (1) 機器人傳感器的分類 機器人傳
11、感器分為外部傳感器和 傳感器 (2) 傳感器用途 外部傳感器用于感知外部 和外界事物對機器人的 使機器 人擁有類似人的視覺、 、觸覺、嗅覺、味覺等感覺 ， 從而使機械人具有擬 人化的特點 內(nèi)部傳感器 ( 如角度傳感器、 等 ) 用于檢測機器人自身的狀態(tài) 內(nèi)部 工作環(huán)境 刺激 聽 覺 關(guān)節(jié)傳感器 再判斷 1 洗衣機的自動控制裝置利用了壓力傳感器 ( ) 2 自動門利用了紅外線傳感器 ( ) 3 指紋識別器是利用壓力傳感器 ( ) 后思考 壓力傳感器在洗衣機中實現(xiàn)了怎樣的信號轉(zhuǎn)化？其作用是什么？ 【提示】 傳感器的膜盒中的膜片受力大小不同 ， 膜片凸起情況不同 ， 當(dāng) 壓力達到一定程度 時凸起的膜
12、片使動觸點 a 與靜觸點 b 脫離 ， 并與靜觸點 c 接觸 ， 從而接通控制電路壓力傳感器將壓力這個力學(xué)信號轉(zhuǎn)化成電路的通斷 ， 相當(dāng) 于電路中的開關(guān) 合作探討 在機場的出入口等公共場所快速準確地篩查體溫偏高的人員 ， 應(yīng)用普通的 體溫計不可能完成 ， 現(xiàn)在用非接觸 式測溫儀可以很好地完成檢測 探討 1 ： 這種測溫儀利用了什么傳感器？ 【 提示】 紅外線傳感器由于物體的溫度不同 ， 發(fā)射紅外線的情況不同 ， 因此利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫 探討 2 ： 這種測溫儀的優(yōu)點是什么？ 【提示】 有兩大優(yōu)點： (1) 非接觸式紅外測溫儀在測溫時不必與被測物體 表面接觸 (2) 可立即顯示
13、體溫值 核心點擊 1 洗衣機水位控制裝置 壓力傳感器 工作原理圖及 結(jié)構(gòu)： 圖 5 3 1 (1) 結(jié)構(gòu) ： 1 是洗衣機的外筒 ， 2 是洗衣機的內(nèi)筒 ， 3 是氣室 ， 4 是傳感器的膜盒 (2) 工作原理： 如圖 ( a ) 所示 ， 氣室下部與外筒連通 ， 上部與軟管、傳感器的膜盒連通當(dāng) 向桶內(nèi)注水后 ， 有一部分水進入氣室 ， 氣室內(nèi)被密封的空氣壓強增大 ， 使傳感 器的膜盒中的膜片受力向上凸起 ， 如圖 ( b ) 所示 ， 當(dāng)筒中水位達到設(shè)定的高度時 ， 凸起的膜片使動觸點 a 與靜觸點 b 脫離 ， 并與靜觸點 c 接觸 ， 從而接通控制電路 ， 關(guān)閉進水電磁閥 門，接通洗滌電
14、動機電源，洗衣機開始工作 2 自動門 紅外線傳感器 (1) 工作原理 當(dāng)有人接近自動門時 ， 人體發(fā)出的紅外線被傳感 器接收到 ， 就會產(chǎn)生電壓 輸出信號 ， 信號經(jīng)過電路處理后 ， 使定時器工作 ， 由定時器構(gòu)成的電路使繼電 器通電 ， 自動門電動機轉(zhuǎn)動 ， 門自動打開；當(dāng)人通過自動門幾秒后 ， 定時器又 使繼電器斷電 ， 自動門電動機反轉(zhuǎn) ， 門自動關(guān)閉 (2) 工作流程圖 3 指紋識別器 電容傳感 器 工作原理：指紋識別器是通過電容器來識別指紋的傳感器表面集合了很 多個電容器的極板 ， 其外面是絕緣表面 ， 當(dāng)用戶的手指放在絕緣表面上時 ， 手 指的皮膚就成了電容器的另一個極板 ， 由于
15、指紋的脊和谷相對于另一個極板的 距離不同 ， 使電容陣列不同位置的電容器的電容值也不同通過讀取這些電容 的差異 ， 就能夠獲取指紋信息這樣就把指紋的信息轉(zhuǎn)化成了電信號 ， 再經(jīng)過 電路對電信號的比較 ， 就可以實現(xiàn)對指紋的識別 4 機器人與傳感器 (1) 機器人： 定義：是一種擬人化的電子機械裝置 ，具有一定的運動、感覺和判斷功 能 組成：機械系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、信息處理和控制系統(tǒng) (2) 傳感器系統(tǒng) 作用：機器人的感覺器官 分類：外部傳感器和內(nèi)部傳感器 3 電子秤使用的傳感器是 ( ) A 超聲波傳感器 B 溫度傳感器 C 壓力傳感器 D 紅外線傳感器 【解析】 電子秤通過感知物體對它的壓力
16、， 將其轉(zhuǎn)換為電信號 ， 并由儀 表顯示 ， 來測量物體質(zhì)量 ， 所以它感知的是壓力 ， 使用了壓力傳感器 ， 故 C 選 項正確 【答案】 C 4 在發(fā)生地震及泥石流災(zāi)害時 ， 救援隊借助 “ 生命探測儀 ” 可以發(fā)現(xiàn)深埋 在廢墟中的傷員 ， 根據(jù)所學(xué)知識 ， 你認為 “ 生命探測儀 ” 可能用到了 ( ) A 紅外線傳感器 B 壓力傳感器 C 振動傳感器 D 電容傳感器 【解析】 傷員被深埋在廢墟中 ， 借助紅外線傳感器 ， 可以感知人與周圍 環(huán)境的差別 ， 因傷員與尸體的溫度不同 ， 借助探測儀可 以探測到活著的被困人 員 A 正確 【答案】 A 5 ( 2016 大同期末 ) 傳感器是
17、把非電學(xué)物理量 ( 如位移、壓力、流量、聲強等 ) 轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件如圖 5 3 2 所示為一種電容傳感器 ， 電路可將聲音 信號轉(zhuǎn)化為電信號電路中 a 、 b 構(gòu)成一個電容器 ， b 是固定不動的金屬板 ， a 是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜若聲源 S 發(fā)出頻率 恒定的聲波使 a 振動 ， 則 a 在振動過程中 ( ) 圖 5 3 2 A a 、 b 板之間的電場強度不變 B a 、 b 板所帶的電荷量不變 C 電路中始終有方向不變的電流 D 向右位移最大時 ， 電容器的電容最大 【解析】 a 、 b 始終跟電源相連 ， 電勢差 U 不變 ， 由于 a 、 b 間距離變化 ， 由 E U d 知場強變化 ， A 錯誤由 C S 4 kd 知 d 變化時 C 變化 ， a 向右位移最大 時 ， 電容最大 ， D 正確由 Q CU 知 a 、 b 所帶電荷量變化 ， 電路中電流方向 改變 ， B 、 C 錯誤 【答案】 D 壓力傳感器 1 常見壓力傳感器的敏感元件 是金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體力敏電阻 2 半導(dǎo)體力敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小 ， 常將力敏電阻與電流計串 聯(lián)起來 ， 壓力變化 ， 力敏電阻變化 ， 電 流變化 ， 把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量
2016-2017學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)常見傳感器的工作原理+第3節(jié)大顯身手的傳感器課件魯科版選修.ppt
