高二物理第六章：传感器3~4节人教实验版知识精讲

1、高二物理第六章：传感器 34 节人教实验版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 第六章：传感器 34 节 二. 知识要点： 知识与技能 （1）知道温度传感器的应用电饭锅的结构和工作原理 （2）知道温度传感器的应用测温仪的工作原理 （3）知道光传感器的应用鼠标器、火灾报警器的结构和工作原理 （4）了解两个开关的控制原理。 三. 重点、难点解析： 1. 温度传感器的应用电饭锅 （1）感温铁氧体 组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约 103，失去铁磁性 居里点：又称居里温度，即指 103 （2）电饭锅的结构 如图所示 （3）电饭锅的工作原理

2、 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢 复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持 100不 变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底 温度升高，当温度升至“居里点 103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下， 永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热 如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在 100，故不能自动断电，只 有水烧干后，温度升高到 103，才能自动断电 2. 温度传感器的应用测温仪 （1）温度传感器测温仪的优点：可以远距离读取温度的数值因为温度信号 变成电信号后可以远距离传输 （2

3、）常见的测温元件：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件 等 3. 光传感器的应用 （1）机械式鼠标器 内部组成：滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管 （光传感器，如 图所示） 工作原理：鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收 到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计 x、y 两个方向的 脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移 （2）火灾报警器 如图所示为利用烟雾对光的散射工作的一种火灾报警器，其工作原理是： 带孔的罩子内装有发光二极管 LED、光电三极管和不透明的挡板平时，光电三极 管收不到 LED 发出的光，呈现高电阻状态烟雾进入罩内

4、后对光有散射作用，使部 分光线照射到光电三极管上其电阻变小与传感器连接的电路检测出这种变化， 就会发出警报 （3）常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等 4. 光控开关 （1）如图所示光控电路，用发光二极管 LED 模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的 最大电阻为 51k，R2为 330k 工作原理 白天，光强度较大光敏电阻 RG电阻值较小，加在斯密特触发器 A 端的电压较低， 则输出端 Y 输出高电平，发光二极管 LED 不导通；当天色暗到一定程度时，RG的 阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到某个值（1.6V） ，输出 端 Y 突然从高电平跳到低电平，则

5、发光二极管 LED 导通发光（相当于路灯亮了） ， 这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的 （2）下图电路分析 电磁继电器工作原理 由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启 闭工作电路如图所示其中图中虚线框内即为电磁继电器 J，D 为动触点，E 为 静触点当线圈 A 中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁 B 向下运动，从而带动动 触点 D 向下与 E 接触，将工作电路接通，当线圈 A 中电流为零时，电磁铁失去磁性， 衔铁 B 在弹簧作用下拉起，带动触点 D 与 E 分离，自动切断工作电路 控制电路原理 天较亮时。光敏电阻 RG阻值较小，斯密特触发器输入端

6、A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻 RG电阻增大， 斯密特触发器输入端 A 电势升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳到低 电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天 明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平跳到高电平，则线圈 A 不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路 的电源，路灯熄灭 5. 温度报警器 （1）温度报警器电路如图所示 （2）工作原理 常温下，调整 R1的阻值使斯密特触发器的输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处 于高电平，无电

7、流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻 Rt 阻值 减小，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当达到某一值（高电平） ，其输出端由高 电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不 同 【典型例题】 例 1. 如下图是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温 度达到居里点（103）时，会自动断开S2是一个自动控温开关，当温度低于 70时，会自动闭合；温度高于 80时，会自动断开红灯是加热时的指示灯， 黄灯是保温时的指示灯分流电阻 R1=R2=500 欧姆，加热电阻丝 R3=50 欧姆，两灯 电阻不计 （1）分析电饭煲的工作原理 （2）计算加

8、热和保温两种状态下，电饭煲 消耗的电功率之比 （3）简要回答，如果不闭合开关 S1，能将饭煮熟吗? 【解析】 （1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合 S1这时 黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态加热到 80时，S2自动断开，S1仍闭 合；水烧开后，温度升高到 103时，开关 S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯 亮电饭煲处于保温状态由于散热，待温度降至 70时，S2自动闭合，电饭煲 重新加热，温度达到 80时，S2又自动断开再次处于保温状态 （2）加热时电饭煲消耗的电功率 2 1 U P R 并 ，保温时电饭煲消耗的电功率 2 1 1 U P RR 并 ， 两式中R R R

9、 RR 并 23 23 50050 50050 500 11 从而有 P P RR R 1 2 1500500 11 500 11 12 1 并 并 / / （3）如果不闭合开关 S1，开始 S2总是闭合的，R1被短路，功率为 P1，当温度 上升到 80时。S2自动断开，功率降为 P2，温度降低到 70S2自动闭合温 度只能在 7080之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭 答案：（1）见解析 （2）12：1 （3）见解析 例 2. 如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A 为 光源B 为光电接收器，A、B 均固定在车身上，C 为小车的车轮，D 为与 C 同轴相 连的齿轮车

10、轮转动时，A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号， 被 B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示若实验显示单位时间内的脉冲 数为 n，累计脉冲数为 N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是 ；小车速度的表达式为 v= ；行程的表达式为 s= 【解析】小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积设车轮的 半径为 R，单位时间内车轮转动圈数为，则有2vR 若齿轮的齿数为 P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为 P，已知单位时间内 的脉冲数为 n所以单位时间内齿轮转动圈数为n P 由于齿轮与车轮同轴相连， 它们在单位时间内转动圈数相等，即 n P 由以上两式可

11、得： 2 Rn v P 同理，设车轮转动的累计圈数为，则有2sR ，且 N P ，所以 2 RN s P 可见，要测小车的速度 v 和行程 s，必须测出单位时间内的脉冲数 n 和累计脉 冲数 N车轮半径 R 和齿轮的齿数 P 答案：车轮半径 R 和齿轮的齿数 P 2 Rn P 2 RN P 例 3. 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若 干如图所示，试设计一个温控电路要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电 供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程 【解析】热敏电阻 R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路 答案:（1）电路图如图所示 （2）工

12、作过程：闭合 S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继 电器的电流不能使它工作，K 接通电炉丝加热当温度达到设计值时，热敏电阻减 小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K 断开，电炉丝断电，停止供 热当温度低于设计值，又重复前述过程 【模拟试题】 l. 关于电饭锅的说法正确的是（ ） A. 电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁 B. 铁氧体在常温下具有磁性，温度达到“居里温度”后会失去铁磁性 C. 用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D. 用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位 2. 如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为 103时，下 列说法中正确

13、的是（ ） A. 常温下感温磁体具有较强的磁性 B. 当温度超过 103时，感温磁体的磁性较强 C. 饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过 103，这时开关按钮会跳起 D. 常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到 103，开关按钮就不会自 动跳起 3. 如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中 R2为用半导体热敏材料 制成的传感器，电流表为值班室的显示器a、b 之间接报警器当传感器 R2所在 处出现火情时，显示器的电流表示数 I、报警器两端的电压 U 的变化情况是（ ） A. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小 C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小 4.

14、如图是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是（ ） A. 当 RT的温度升高时， RT减小，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报 警声 B. 当 RT的温度升高时， RT减小，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报 警声 C. 当增大 RT时，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 D. 当增大 RT时，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声 5. 如图所示的光控电路用发光二极管 LED 模拟路灯，RG为光敏电阻A 是具有 特殊功能的非门，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值时，输出端 Y 会突 然从高电平跳到低电平，而当输入端

15、A 的电压下降到另一个值时，Y 会从低电平跳 到高电平，在天暗时路灯（发光二极管）会点亮，下列说法中正确的是（ ） A. 天暗时，Y 处于高电平 B. 天暗时，Y 处于低电平 C. 当 R1调大时，A 端的电压降低，灯（发光二极管）点亮 D. 当 R1调大时，A 端的电压降低，灯（发光二极管）熄灭 6. 电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由 S2、R1和黄灯 组成；工作（加热）部分：由发热电阻 R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关， 手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103）时，自动断开，且不能自动复位 （闭合） ，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到 7080时，自动断开，低 于 70时，自动闭合红灯、黄灯是指示灯通过其电流必须较小，所以 R1、R2 起 作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于 70，所以 S2是 （填“断开的”或“闭合的” ） 接通电源并按下 S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热， 当温度达到 7080时，S2断开，当温度达到 103时饭熟，S1断开当温度降 到 70以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知 R2 （填“” ）R3若用电饭煲烧水时，直到水被烧干 S