金榜夺冠物理(0006)名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第二单元传感器

第3课时传感器原理及其应用

选修3－2

第十一章交变电流传感器第1页第2页基础回顾考点一传感器含义及元件1．传感器：传感器是指这么一类元件：它能感受比如力、温度、光、声、化学成份等________量，并能把它们转换成电压、电流等________量，或转换为电路________．从而能方便地进行测量、传输、处理和控制．2．传感器元件：制作传感器时经常使用元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等．(1)热敏电阻是由半导体材料制成，常态时其阻值约为10kΩ，其电阻率随温度改变而改变，温度升高时，其电阻率显著________；答案：1．非电学电学电压2．(1)减小第3页(2)光敏电阻也是由半导体材料制成，其电阻率在光照射下显著________；在没有光照射下其阻值能够到达几十兆欧．在普通室内光照射下，电阻能够降到几千欧，利用多用电表欧姆挡测量不一样温度下热敏电阻以及不一样光照射条件下光敏电阻阻值，就能够了解热敏电阻随温度以及光敏电阻随光照改变规律．(3)霍尔元件能够把磁感应强度转换成电压，当电流一定时，霍尔电压UH与磁感应强度B成________比．答案：(2)减小(3)正第4页关键点深化1．传感器定义国家标准GB7665－87对传感器有以下定义，“能感受要求被测量，并按照一定规律转换成可用信号器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”．通俗地说，传感器在当代技术中是指这么一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量，而且能够按照一定规律转换为电压、电流等电学量；其工作过程是经过对某一物理量敏感元件，将感受到信号按一定规律转变为便于利用电信号，把非电学量转换为电学量以后，就能够方便进行测量、传输、处理和控制了．第5页2．传感器原理传感器感受到通常是非电学量，如电压、温度、位移、浓度、速度等，而它传输通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号非常微弱，通常经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作．传感器原理也能够用下列图表示：第6页基础回顾考点二传感器应用1．传感器应用普通模式传感器电路放大转换执行机构显示器（指针式电表，数字屏）计算机系统第7页2．传感器分类当前对传感器尚无一个统一分类方法，惯用分类方法有两个(1)按________分类，如输入量分别是温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，对应传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．这种分类方法给使用者提供了方便，轻易依据测量对象选择需要传感器等．(2)按传感器________分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等．答案：2．(1)输入量(2)工作原理第8页关键点深化1．力传感器应用——电子秤(1)电子秤有应变片、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器等器件．电阻应变片受到力作用时，它电阻会发生改变，把应变片放在适当电路中，他能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．第9页(2)工作原理：以下列图所表示，弹簧钢制成梁形元件右端固定，在梁上下表面各贴一个应变片，在梁自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片电阻变大，下表面应变片电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片阻值改变就越大．假如让应变片中经过电流保持恒定，那么上面应变片两端电压变大，下面应变片两端电压变小．传感器把这两个电压差值输出，外力越大，输出电压差值也就越大.第10页2．声传感器应用——话筒(1)以下列图所表示话筒是一个把声信号转换为电信号传感器．(2)工作原理：金属膜片M和固定电极N形成一个电容器，Q是两个绝缘支架．电容器被直流电源充电后，当声波冲击薄金属膜片M而使之周期性振动时，电容器两极间距离改变而造成电容大小发生改变，电容器电荷量随之发生改变，电路中形成改变电流，于是电阻R两端就输出了与声音改变规律相同电压．第11页3．温度传感器应用——电熨斗、电饭锅(1)以下列图所表示，温度传感器普通由半导体材料制成热敏电阻和金属热电阻制成，它是把热信号转换为电压信号而进行自动控制．电熨斗内部装有双金属片温度传感器，双金属片膨胀系数不一样，上层金属膨胀大于下层金属，温度改变时，因为双金属片膨胀系数不一样从而控制电路通断，以到达控制温度目标．第12页(2)如右图所表示，电饭锅中应用温度传感器，其主要元件是感温铁氧体．感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成．它特点是：常温下含有铁磁性，能够被磁体吸引，不过当温度上升到“居里温度”或“居里点”(约103℃)时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．电饭锅中温度传感器起限温开关作用，手动闭合，当感温铁氧体温度上升到“居里点”时，开关自动断开，且不能自动复位，以此来控制电饭锅中温度．第13页第14页题型一结合传感器选择题结合传感器选择题在近几年可谓雨后春笋、千姿百态，给人们耳目一新感觉．那么，解答这类题关键是要明确各类元件特点，结合动力学和电学知识进行分析，从而作出正确选择．第15页惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统主要元件之一是加速度计．加速度计结构原理示意图如右图所表示．沿导弹长度方向安装固定光滑杆上套一质量为m滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k弹簧相连；两弹簧另一端与固定壁相连．滑块原来静止于O点，弹簧处于自然长度，滑块上有指针可经过标尺测出滑块位移，然后经过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点距离为x，则这段时间内导弹加速度()A．方向向左，大小为kx/mB．方向向右，大小为kx/mC．方向向左，大小为2kx/mD．方向向右，大小为2kx/m第16页解析：撇开陌生信息，经过相同性联络，抓住主要信息并加以比较和分析，从而找到解答试题正确方法．分析这类问题可知它与平时受力问题是类似，问题就转化为我们所熟悉物理信息，即弹簧受力问题．由导弹沿水平向左偏移x，则以导弹为研究对象，弹簧一边受挤压，一边受拉伸，其受力情况如图：，则协力F＝mg＝2kx，加速度a＝，显然方向是向右，故D项正确．答案：D第17页题型训练1.演示位移传感器工作原理如图所表示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器金属滑杆P，经过电压表显示数据，来反应物体位移大小x.假设电压表是理想，则以下说法正确是()A．物体M运动时，电源内电流会发生改变B．物体M运动时，电压表示数会发生改变C．物体M不动时，电路中没有电流D．物体M不动时，电压表没有示数第18页解析：物体M运动时，电压表测对应电阻发生改变，所以其示数会发生改变，但整个电路总电阻没改变，所以电路中电流不变．答案：B第19页这类题目不包括传感器技术细节，在考查知识同时，更多考查同学们对所学知识了解能力，对实际问题分析和判断能力、对图象信息提取和加工能力．一样是知识考查，但经过命题者匠心组合，题目标内容愈加新奇、形式愈加灵活，这是现今高考热点趋势，有同学因读不透材料、看不懂图象、得不到信息而坠入云里雾中，但若设置成直接考查直线运动、圆周运动等知识题目，又显得索然无味．将基本知识、基本规律融入新情景中，正是命题教授绞尽脑汁、苦心经营结果．题型二结合传感器综合题第20页将金属块m用压缩轻弹簧卡在一个矩形箱中，如右图所表示，在箱上顶板和下底板装有压力传感器，箱能够沿竖直轨道运动．当箱以a＝2.0m/s2加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板压力传感器显示压力为6.0N，下底板压力传感器显示压力为10.0N．(取g＝10m/s2)(1)若上顶板压力传感器示数是下底板压力传感器示数二分之一，试判断箱运动情况．(2)要使上顶板压力传感器示数为零，箱沿竖直方向运动情况可能是怎样？第21页解析：(1)当箱子以a＝2.0m/s2加速度竖直向上做匀减速运动时，对金属块进行受力分析得：mg＋FN－F＝ma①代入数值得m＝0.50kg.因为弹簧长度不变，F＝10N当上顶板压力传感器示数是下底板压力传感器示数二分之一时，对金属块受力分析应用牛顿第二定律可得mg＋F－F＝ma1，可解得a1＝0，箱子处于静止或匀速直线运动．(2)当上顶板压力传感器示数为零时，FN＝0，由牛顿第二定律得mg－F＝ma2②解得a2＝－10m/s2，负号表示a方向向上．第22页若箱和金属块加速度a>10m/s2时，深入压缩弹簧，此时传感器示数也为0，所以，只要a≥10m/s2，均能使上顶板压力传感器示数为零．所以箱子可能做a≥10m/s2竖直向上匀加速直线运动或竖直向下匀减速直线运动．答案：(1)箱子处于静止或匀速直线运动；(2)箱子可能做a≥10m/s2竖直向上匀加速直线运动或竖直向下匀减速直线运动．点评：经过压力传感器，能够把物体运动状态问题转换为力测量问题，只要测得所受力就能够知其运动状态．本题最关键一点是上下板都有示数，弹簧长度不变则弹力不变，故下底板示数仍为10N.第23页题型训练2.如图所表示为某种电子秤原理示意图，AB为一均匀滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头．P1可在竖直绝缘光滑固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，经过信号转换后在显示器上将显示物体重力大小．已知弹簧劲度系数为k，托盘本身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地重力加速度为g.求：第24页题型训练(1)托盘上未放物体时，在托盘本身重力作用下，P1离A距离x1；(2)托盘上放有质量为m物体时，P1离A距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调整P2，使P2离A点距离也为x1，从而使P1、P2间电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间电压U之间函数关系式．第25页解析：移动托盘带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差大小反应了托盘向下移动距离大小，因R为均匀滑线电阻器，故其阻值与长度成正比．(1)由平衡条件得：m0g＝kx1，解得：(2)托盘放上重物重新平衡后有：m0g＋mg＝kx2，解得：(3)设电路中电流为I，由闭合电路欧姆定律知E＝IR设P1、P2间电阻为Rx，距离为x，则依据部分电路欧姆定律得U＝IRx，又解得答案：(1)x1＝第26页第27页压敏电阻阻值随所受压力增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态装置，其工作原理以下列图(a)所表示．将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数以下列图(b)所表示．以下判断正确是()A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动警示不能正确分析力电传感器关系第28页错解：由图(b)可知，在t1～t2时间内，电流是均匀增加，说明小车正在向右做匀加速直线运动，故B正确；在t2～t3时间内，电流大小不变，说明压敏电阻大小不变，小车加速度等于零，说明小车正在向右做匀速直线运动，故C正确．选BC.第29页分析纠