5.3　大顯身手的傳感器 ［課時(shí)安排］1課時(shí) ［教學(xué)目標(biāo)］： （一）知識(shí)與技能 1．了解傳感器在洗衣機(jī)水位控制裝置上的應(yīng)用。 2．了解傳感器在自動(dòng)門上的應(yīng)用。 3．了解傳感器在指紋識(shí)別器上的應(yīng)用。 4．了解傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 （二）過(guò)程與方法 通過(guò)實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 在了解傳感器原理及應(yīng)用時(shí)，知道已學(xué)知識(shí)在生活、生產(chǎn)、科技社會(huì)中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。 ［教學(xué)重點(diǎn)］各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ［教學(xué)難點(diǎn)］：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ［教學(xué)器材］：投影儀、投影片 ［教學(xué)方法］：實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。 ［教學(xué)過(guò)程］ （一）引入新課 師：隨著人們生活水平的提高，傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如走廊里的聲、光控開(kāi)關(guān)、溫度報(bào)警器、孵小雞用的恒溫箱、路燈的自動(dòng)控制、銀行門口的自動(dòng)門等，都用到了傳感器．傳感器的工作離不開(kāi)電子電路，傳感器只是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，對(duì)電學(xué)量的放大，處理均是通過(guò)電子元件組成的電路來(lái)完成的． 傳感器在現(xiàn)代科技及日常生活中發(fā)揮著重要的作用。 （二）進(jìn)行新課 1．洗衣機(jī)水位控制裝置： 壓力傳感器在洗衣機(jī)水位控制裝置中的應(yīng)用 2．自動(dòng)門： 紅外線傳感器在自動(dòng)門中的應(yīng)用，及自動(dòng)門的工作流程。 3．指紋識(shí)別器 電容傳感器在指紋識(shí)別器上的應(yīng)用。 4．傳感器與機(jī)器人 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 （三）實(shí)例探究 力傳感器的應(yīng)用 【例1】用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)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)方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時(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)汽車的加速度大小和方向． （2）當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零． 分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大?。? 解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力 F2=6.0 N． 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向，即向前（向右）． （2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長(zhǎng)多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左． ☆溫度傳感器的應(yīng)用 【例2】 在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對(duì)此，以下判斷正確的是（ ） ①通電后，其電功率先增大，后減小 ②通電后，其電功率先減小，后增大 ③當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1不變 ④當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 分析：當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過(guò)程中，電阻器的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t=t1時(shí)，P=P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度由t1升高到t2的過(guò)程中增大，R增大，P減??；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P′也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會(huì)有P=P3= P′，即電熱功率P減小到等于散熱功率時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng)t<t3，P>P′，使溫度自動(dòng)升高到t3；當(dāng)t>t3，P<P′，使溫度自動(dòng)降為t3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫，正確答案為D。 點(diǎn)評(píng)：對(duì)給定圖象的題目，要注意分析圖象信息，把握變化規(guī)律，并結(jié)合所學(xué)物理規(guī)律進(jìn)行分析討論． 【例3】如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)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(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)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(shí)，電壓鑒別器使 S斷開(kāi)，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃． 解析：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時(shí)，有 解得Rt=20 kΩ 由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 kΩ時(shí)，t=35℃． 答案：35 ☆光傳感器的應(yīng)用 【例4】如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測(cè)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(dòng)時(shí)，A發(fā)出的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電子電路記錄和顯示。若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)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= 。 解析：這是一道以實(shí)際問(wèn)題為背景的實(shí)驗(yàn)題，顯然無(wú)法通過(guò)遷移課本實(shí)驗(yàn)中的方法來(lái)解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關(guān)說(shuō)明給我們一定提示，光束原來(lái)是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個(gè)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(gè)行程中車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)；而，所以?？梢?jiàn)，還必須測(cè)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；； ［教學(xué)反思］：