2017_2018學(xué)年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì)同步備課（課件學(xué)案）（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,傳感器,現(xiàn)代社會(huì),同步,備課,課件,打包,滬科版 2用傳感器做實(shí)驗(yàn)信息時(shí)代離不開傳感器 第4章傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 目標(biāo)定位1 知道溫度傳感器 力傳感器的原理和應(yīng)用 2 理解霍爾元件的原理 3 了解現(xiàn)代生產(chǎn) 生活中常用的傳感器 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 1 一 實(shí)驗(yàn)中常見的幾種傳感器的分析 1 溫度傳感器的原理溫度傳感器是利用電阻的阻值會(huì)隨的變化而變化的原理制成的 它能把這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 如各種家用電器 空調(diào) 冰箱 熱水器 飲水機(jī)等 的溫度控制器 火警報(bào)警器 恒溫箱等 2 力傳感器的原理如圖1所示 力傳感器可以用來(lái)測(cè)重力 壓力 拉力等各種力 應(yīng)變片能夠把這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量 物體形變 熱敏 電壓 溫度 溫度 3 磁傳感器的原理 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 1 霍爾元件是一種元件 2 霍爾效應(yīng) 如圖2所示 在金屬薄片相對(duì)的兩側(cè)面通以控制電流I 在與薄片垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng) 那么 在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的另外兩個(gè)側(cè)面將產(chǎn)生與控制電流和磁場(chǎng)成正比的 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 即UH 圖1圖2 電動(dòng)勢(shì)UH 磁敏感 例1 多選 如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖 如果用d表示薄片的厚度 k為霍爾系數(shù) 對(duì)于一個(gè)霍爾元件d k為定值 如果保持I恒定 則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況 以下說(shuō)法中正確的是 工作面是指較大的平面 A 將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面 UH將變大B 在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí) 霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C 在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí) 霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D 改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角 UH將發(fā)生變化 圖3 答案 解析 將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí) B增大 I恒定 由公式UH 知UH將變大 選項(xiàng)A正確 地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上 所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 使B與工作面垂直 選項(xiàng)B正確 地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向 只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時(shí) B才與工作面垂直 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角 B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化 UH將發(fā)生變化 選項(xiàng)D正確 例2按圖4所示連接好電路 合上S 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 原因是 用電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻吹一會(huì)兒 會(huì)發(fā)現(xiàn)小燈泡 原因是 停止吹風(fēng) 會(huì)發(fā)現(xiàn) 把熱敏電阻放入冷水中會(huì)發(fā)現(xiàn) 圖4 答案 由于熱 敏電阻阻值較大 左側(cè)電路電流較小 電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵 右側(cè)電路接通 亮了 電吹風(fēng) 對(duì)熱敏電阻加熱使其阻值變小 電路中電流增大 電磁鐵吸住銜鐵 小燈泡熄滅 溫度仍然較高 小燈泡不會(huì)立即熄滅 因?yàn)闊崦?二 隨處可見的傳感器1 紅外測(cè)溫儀 是一種將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感裝置 2 數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī) 敏感元件叫做 CCD 它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào) 模擬電信號(hào)再通過(guò)A D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào) 3 酒精濃度測(cè)試儀 敏感元件是酒精傳感器 在生活中還有報(bào)警器 火警報(bào)警器 紅外報(bào)警器 防盜報(bào)警器等等 工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線上的傳感器 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器 土壤濕度傳感器 土壤營(yíng)養(yǎng)傳感器等等 紅外輻射波 煤氣 電荷耦合器件 例3如圖5所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖 罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) 發(fā)生火災(zāi)時(shí) 下列說(shuō)法正確的是A 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線 使光電三極管電阻更大 檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)B 光電三極管溫度升高 電阻變小 檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào)C 進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用 部分光線照到光電三極管上 電阻變小 發(fā)出警報(bào)D 以上說(shuō)法均不正確 答案 解析 圖5 由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知 發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi) 使光發(fā)生散射 部分光線照到光電三極管上 電阻變小 與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化 發(fā)出警報(bào) C對(duì) 例4電飯煲的工作原理如圖6所示 可分為兩部分 即控制部分 由S2 R1和黃燈組成 工作 加熱 部分 由發(fā)熱電阻R3 R2和紅燈組成 S1是一個(gè)磁鐵限溫開關(guān) 手動(dòng)閉合 當(dāng)此開關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn) 103 時(shí) 自動(dòng)斷開 且不能自動(dòng)復(fù)位 閉合 S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開關(guān) 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí) 自動(dòng)斷開 低于70 時(shí) 自動(dòng)閉合 紅燈 黃燈是指示燈 圖6 通過(guò)的電流必須較小 所以R1 R2起 作用 R3是發(fā)熱電阻 由于煮飯前溫度低于70 所以S2是 填 斷開的 或 閉合的 接通電源并按下S1后 黃燈滅而紅燈亮 R3發(fā)熱 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí) S2斷開 當(dāng)溫度達(dá)到103 時(shí)飯熟 S1斷開 當(dāng)溫度降到70 以下時(shí) S2閉合 電飯煲處于保溫狀態(tài) 由以上描述可知R2 R3 填 或 若用電飯煲燒水時(shí) 直到水被燒干S1才會(huì)斷開 試解釋此現(xiàn)象 答案 解析 圖6 見解析 R1 R2起的作用是限流 防止指示燈 氖泡 因電流過(guò)大而燒毀 S2是自動(dòng)控制溫度開關(guān) 當(dāng)溫度低于70 時(shí)自動(dòng)閉合 當(dāng)溫度達(dá)到70 80 時(shí)又自動(dòng)斷開 使電飯煲處于保溫狀態(tài) 由于R3的功率較大 因此R2 R3 由于開關(guān)S1必須當(dāng)溫度達(dá)到103 時(shí)才自動(dòng)斷開 而水的沸點(diǎn)只有100 因此用電飯煲燒水時(shí) 直到水被燒干后S1才會(huì)斷開 三 信息社會(huì)離不開傳感器智能式傳感器集信息 信息 信息 邏輯思維和判斷功能于一身 把計(jì)算機(jī) 各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制在同一塊芯片上 即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器 四 遙測(cè)與遙感遙感遙測(cè)的基本原理是通過(guò)遙感傳感器對(duì)觀測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的 進(jìn)行遠(yuǎn)距離收集 轉(zhuǎn)換 用計(jì)算機(jī)處理 識(shí)別 得出結(jié)論 主要應(yīng)用在地球資源勘測(cè) 環(huán)境監(jiān)控 氣象預(yù)報(bào) 軍事偵察等方面 檢測(cè) 處理 記憶 電磁波 熱輻射 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 2 1 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 多選 壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小 一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置 如圖7甲所示 將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi) 受壓面朝上 在上面放一物體m 升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0 某過(guò)程中電流表的示數(shù)如圖乙所示 則在此過(guò)程A 物體處于失重狀態(tài)B 物體處于超重狀態(tài)C 升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)D 升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng) 答案 解析 圖7 1 2 3 電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變 說(shuō)明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小 壓敏電阻所受壓力變大 物體處于超重狀態(tài) 即物體具有向上的加速度 B D正確 A C錯(cuò)誤 1 2 3 2 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 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8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 通電后 其電功率先增大后減小 通電后 其電功率先減小后增大 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 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 B C D 圖8 答案 解析 1 2 3 當(dāng)溫度由零升到t1的過(guò)程中 PTC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)溫度繼續(xù)升高 增大 R增大 P減小 而溫度越高 其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大 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時(shí) P P 使溫度自動(dòng)升高到t3 當(dāng)t t3時(shí) P P 使溫度自動(dòng)降到t3 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保溫 正確選項(xiàng)為D 1 2 3 3 傳感器的應(yīng)用分析 如圖9所示是一種自動(dòng)控制水溫的裝置 加熱電路的兩個(gè)端點(diǎn)P Q應(yīng)接到觸頭a b上還是c d上 熱敏電阻兩端M N應(yīng)接到哪兩個(gè)觸頭上 答案 解析 圖9 見解析 1 2 3 P Q應(yīng)該分別接在觸頭a b上 同時(shí) M N應(yīng)該分別接e f 其工作原理是 當(dāng)水溫升高時(shí) 熱敏電阻阻值減小 電磁鐵中電流增大 吸引力增大 使銜鐵被吸下 a b斷開 使加熱裝置停止加熱 當(dāng)水溫降低到一定程度時(shí) 熱敏電阻阻值增大 電磁鐵中電流減小 吸引力減小 銜鐵被彈簧彈上去 使a b之間連接 加熱裝置開始加熱 從而實(shí)現(xiàn)水溫控制 1 2 3