2019-2020年高中物理 第六章第3節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）學(xué)案 新人教版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 第六章第3節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）學(xué)案 新人教版選修3-2 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) 預(yù)習(xí)四種傳感器的工作原理 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 1、溫度傳感器——電飯鍋 （1）、電飯鍋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖6－3－1所示）：電飯鍋主要由接線螺釘、觸點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸、開關(guān)按鈕、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、彈簧、內(nèi)膽底等構(gòu)成．其中＿＿＿＿＿＿為主要元件，它是用＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿混合燒結(jié)而成的．它的特點(diǎn)主要有：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是上升到＿＿＿＿＿＿時，就失去＿＿＿＿＿＿性，不能被磁體吸引了．該溫度在物理學(xué)中稱為該材料的＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿． （2）、電飯鍋的工作原理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿． 手動開關(guān) 接線螺絲 觸點(diǎn) 永磁鐵 電熱板 內(nèi)膽底 轉(zhuǎn)軸 感溫鐵氧體 2．溫度傳感器的應(yīng)用——測溫儀 測溫儀的原理：溫度傳感器要以把＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換成＿＿＿＿＿＿，再由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來．這就是指針式測溫儀和數(shù)字式測溫儀的原理．由于電信號可以遠(yuǎn)距離傳輸，所以應(yīng)用溫度傳感器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫． 測溫元件：它可以是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿（利用該元件可以實現(xiàn)無接觸測溫）． 3．光傳感器的應(yīng)用——鼠標(biāo)器 （1）、機(jī)械式鼠標(biāo)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由一個滾球、兩個滾軸、兩個＿＿＿＿＿＿（它的邊緣開有許多等間距的小齒）、兩個＿＿＿＿＿＿（LED）、還有兩個＿＿＿＿＿＿（兩個光傳感器）等組成的． (2)、機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動時，滾球的運(yùn)動通過＿＿＿＿＿＿帶動兩個＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)動，紅外線接收管就收到的＿＿＿＿＿＿，輸出相應(yīng)的＿＿＿＿＿＿．計算機(jī)分別統(tǒng)計x，y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的＿＿＿＿＿＿． (3)、鼠標(biāo)器的主要組成？ (4)、鼠標(biāo)器中光傳感器的主要部件是什么？。 發(fā)光二極管 紅外接收管 滾軸 碼盤 滾球 (5)、鼠標(biāo)器的工作原理？ 4．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器 (1)、煙霧散射火災(zāi)報警器的構(gòu)造：帶孔的罩子內(nèi)裝有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和不透明的檔板． （2）\煙霧散射式火災(zāi)報警器的工作原理：平時，＿＿＿＿＿＿收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)＿＿＿＿＿＿狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有＿＿＿＿＿＿作用，使部分光線照射到＿＿＿＿＿＿，其電阻變＿＿＿＿＿＿，與傳感器連接的電路檢測發(fā)出這種變化，就會發(fā)出警報． （3）、以利用煙霧對光的散射來工作的火災(zāi)報警器為例，簡述其工作原理。 三、提出疑惑 同學(xué)們，通過你的自主學(xué)習(xí)，你還有哪些疑惑，請把它填在下面的表格中 疑惑點(diǎn) 疑惑內(nèi)容 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 正確理解四種傳感器的工作原理 二、學(xué)習(xí)過程 探究一：溫度傳感器——電飯鍋 電飯鍋的主要部件鐵氧體，它的特點(diǎn)是常溫下，具有鐵氧體，能夠被磁鐵吸引，但是手動開關(guān) 接線螺絲 觸點(diǎn) 永磁鐵 電熱板 內(nèi)膽底 轉(zhuǎn)軸 感溫鐵氧體 溫度上升到約為103℃時，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。我們把103℃就叫做該材料的居里溫度或居里點(diǎn)。 問題：取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一小塊的永磁體吸在一起，用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，經(jīng)過一段時間后會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 思考與討論： （1）開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？ （2）煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度？為什么？ （3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？ （4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？ 探究二：溫度傳感器的應(yīng)用——測溫儀 應(yīng)用溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換成電信號，由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來，由于電信號可以由測溫地點(diǎn)傳輸?shù)狡渌攸c(diǎn)，所以應(yīng)用溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值，這是吧非電學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的一大優(yōu)點(diǎn)。 幾種常見的測溫儀，測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶等，還有紅外線敏感元件。 （1）溫度傳感器測溫儀有何優(yōu)點(diǎn)？ A B 2 1 （2）常見的測溫元件有哪些？ (3) 測溫儀是如何工作的 (4) 什么是熱電偶？ 探究三．光傳感器的應(yīng)用——鼠標(biāo)器 （1）鼠標(biāo)器的主要組成？ 發(fā)光二極管 紅外接收管 滾軸 碼盤 滾球 （2）鼠標(biāo)器中光傳感器的主要部件是什么？ （3）鼠標(biāo)器的工作原理？ 探究四．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器 許多會議室、賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報警器，火災(zāi)報警器是光傳感器應(yīng)用的又一實例。 （1）學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，思考并回答有關(guān)問題。 （2）以利用煙霧對光的散射來工作的火災(zāi)報警器為例，簡述其工作原理。 （3）實驗：把光敏電阻、多用表的直流電流檔和干電池按照圖甲連成電路，對光照的強(qiáng)度進(jìn)行比較性測量。光敏電阻受到的光照越強(qiáng)，電路中的電流越大。 白天，將它放在教室中適合閱讀的地方，記下電流表的讀數(shù)，晚上，用它來測燈光對書桌的照明。比較兩者的差別。 還可以按照圖乙，把光敏電阻R 的引腳穿過硬泡沫塑料板Z 而固定，再罩上內(nèi)壁涂黑、長度足夠的遮光簡T ，避免雜散光的干擾然后分別把不同的光源L （如蠟燭、幾種不同功率的白熾燈泡、日光燈管等）都放在與光敏電阻相同距離（例如1m ）的位置，比較它們的亮度。 這個實驗也可以用硅光電池來做。由于光電池在受到光照時可以自己產(chǎn)生電動勢，所以電路中不用電源。 想一想，怎樣用如圖所示的裝置來制作一個攝影用的曝光表？ 三、反思總結(jié) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題： 溫度傳感器 光傳感器 傳感器的應(yīng)用 4、 當(dāng)堂檢測 1．計算機(jī)的鼠標(biāo)器：它內(nèi)部的兩個__________就是兩個光傳感器，分別負(fù)責(zé)x、y兩個方向的移動信息． 2．火災(zāi)報警器：內(nèi)部敏感元件是光電三極管，無光照射時呈__________狀態(tài)，有光照射時其__________變?。@種變化被電路檢測后就會發(fā)出警報． 3．溫度傳感器：應(yīng)用溫度傳感器可以把__________轉(zhuǎn)換成__________，由__________或__________顯示出來． 4．如圖所示為小型斷電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱．?dāng)嚯娖髋c傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是（ ） A．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路并聯(lián) 5．家用電飯煲中的電熱部分是在電路中串聯(lián)一個PTC元件（以鈦酸鋇為主要材料的熱敏電阻器），其電阻率隨溫度變化的規(guī)律如圖所示．由于這種特性，它具有溫控功能，能使電飯煲自動地處于煮飯和保溫狀態(tài)．對于PTC元件在電飯煲中的作用，以下說法中正確的是（ ） A．通電后功率先增大，后減小 B．通電后功率先減小，后增大 C．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在T1不變 D．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在T1~T2之間的某一值不變 6、用多用電表的同一檔位測量熱敏電阻和光敏電阻的阻值時，下列說法正確的是 （ ） A、測熱敏電阻時，溫度越高，多用電表指針偏角越大 B、測熱敏電阻時，溫度越高，多用電表指針偏角越小 C、測光敏電阻時，光照越弱，多用電表指針偏角越大 D、測光敏電阻時，光照越弱，多用電表指針偏角越小 7、隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已經(jīng)進(jìn)入家庭．洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近自動干手機(jī)能使傳感器工作，是因為 A、改變了濕度 B、改變了溫度 C、改變了磁場 D、改變了電容 8、下面的器件不屬于溫度傳感器應(yīng)用的是（ ） A、電熨斗 B、電飯鍋 C、測溫儀 D、鼠標(biāo)器 課后練習(xí)與提高 1.(xx江蘇泰州第一次聯(lián)考)（考查傳感器兼顧考查超重失重）壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷電梯運(yùn)動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數(shù)為I0，電梯在不同的運(yùn)動過程中，電流表的示數(shù)分別如圖甲、乙、丙、丁所示，下列判斷中不正確的是 I0 2I0 I t I0 2I0 I t I0 2I0 I t 甲 乙 丙 丁 I0 2I0 I t A．甲圖表示電梯可能做勻速直線運(yùn)動 B．乙圖表示電梯可能做勻加速上升運(yùn)動 C．丙圖表示電梯可能做勻加速上升運(yùn)動 D．丁圖表示電梯可能做變減速下降運(yùn)動 2.如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20 kΩ，R2=10 kΩ，R3=40 kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當(dāng) a、b端電壓 Uab<0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃． 3.如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是 ,小車速度的表達(dá)式為v= ；行程的表達(dá)式為= 。 答案：當(dāng)堂檢測 1、答案：紅外接收管 2、答案：高電阻 電阻 3、答案：溫度 電信號 指針式儀表 數(shù)字式儀表 4、答案： AB 5、答案： AD 思路解析：當(dāng)電飯煲內(nèi)的溫度從T0升高到T1的過程中，熱敏電阻的電阻率ρ隨溫度的升高而減小，則電阻R也隨著溫度的升高而減小，而加在電飯煲上的電壓U保持不變，由P1=知，此過程中電飯煲生熱功率P1隨溫度升高而增大，當(dāng)T=T1時，P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度從T1上升到T2過程中，隨著溫度的升高，ρ增大，R增大，所以P1減小；而溫度越高，溫度與外界環(huán)境溫度的差別越大，電飯煲的散熱功率P2就越大；因此，在這之間的某一溫度會有P2=P1，即達(dá)到保溫狀態(tài)，設(shè)此時的溫度為T3，當(dāng)TP2，使溫度自動上升至T3，當(dāng)T>T3時，P2>P1，會使電飯煲的溫度自動降為T3，實現(xiàn)自動保溫效果． 6、答案：AD 7、答案：D 8、答案：D 課后練習(xí)與提高 1.C 【解析】勻速時物體受力與靜止時相同，電流應(yīng)為I0，A項正確；勻加速上升時物體超重，壓力恒定，電流恒定且變大，B項正確，C項錯誤；丁圖電流減小，電路中的電阻增大，故此過程壓力減小，可能為變減速下降，D項正確。故本題選C項。 2.解析：設(shè)電路兩端電壓為U，當(dāng)Uab=0時，有 解得Rt=20 kΩ 由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 kΩ時，t=35℃。 答案：35 3.解析：這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。 根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2πR f，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因此有，代入上式，有。 同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而，所以?？梢姡€必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。 答案：車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P；；