【同步】高中物理鲁科版（2019）选择性必修2：第5章 第3节 大显身手的传感器课件

第3节大显身手的传感器第5章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.了解传感器应用的一般模式。(物理观念)2.感受传感器技术给人类生活带来的便利,了解传感器应用的设计思路。(科学思维)3.理解传感器在洗衣机水位控制、自动感应门、指纹识别器、机器人中的工作原理。(科学探究)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、自动感应门1.组成:红外线传感器。2.工作原理:人体发出的红外线,经红外感应器入射窗的滤光片后,聚焦到感应器的电子元件上。热电元件感知温度上升后,会因为热电效应释放电荷,使电路中的电阻、电流、电压等电学量发生变化。由此,红外传感器便把门前有无人的非电学信息转换成可识别的电学信息了。3.自动门工作流程

想一想在电梯门口放置一障碍物,会发现电梯门不停地开关,这是由于在电梯门上装有什么传感器?提示

在电梯门口放置一障碍物,电梯门不停地开关,说明电梯门口有一个光传感器。二、洗衣机水位控制1.全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。2.组成:外筒和内筒、气室、传感器的膜盒。3.工作原理:当洗衣机筒内的水位达到设定标准时,气体压强增大,使传感器的膜片向上凸起,凸起的膜片使动触点与静触点脱离,并与另外一个静触点接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。想一想洗衣机水位控制装置损坏可能导致哪些现象?提示

洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣。三、指纹识别器1.组成:电容传感器。2.工作原理:当用户的手指放在绝缘表面时,皮肤便组成了电容阵列极板的另一面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同。通过读取这些电容的差异,就能够获取指纹信息。想一想指纹识别器是怎样实现对指纹的识别?提示

指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。四、机器人1.机器人传感器的分类机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。2.传感器用途(1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激,使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉,从而使机器人具有拟人化的特点。(2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。【自我检测】1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因)(1)全自动洗衣机水位控制装置应用了红外线传感器。(

)解析

全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。答案

×(2)压力传感器是将压力信号转变为电信号,常见有电子秤。(

)答案

√(3)自动门应用了压力传感器。(

)解析

自动门应用了红外线传感器。答案

×(4)红外线传感器接收携带着信息的红外线,转换成电信号,从而得知辐射源的相关参数或信息。(

)答案

√2.(2020广东执信中学检测)传感器的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是(

)A.生物传感器 B.红外传感器C.温度传感器 D.压力传感器解析

空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,故C正确。答案

C课堂篇探究学习问题一传感器与自动控制【情境探究】当人们走近和离开一些宾馆或商场的自动门时,门会自动开关,这就是传感器在起作用。(1)传感器由哪几部分组成?(2)你所了解的敏感元件有哪些?要点提示

(1)传感器主要由敏感元件和转换元件组成;(2)敏感元件有热敏元件、光敏元件、气敏元件、磁敏元件、力敏元件、温敏元件等。【知识点拨】1.洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是一种开关型的传感器。当向内筒注水时,部分水进入气室,气室内压强增大,使传感器的膜片向上凸起,从而使动触点与下面的静触点分离,并与上面的静触点接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。2.自动门上的红外线传感器,也是一种开关型的传感器。人走近自动门传感器输出电压信号;信号经过处理后,使定时器工作;由定时器构成的电路使继电器通电,自动门电动机转动,门自动打开;当人通过自动门几秒钟后,自动门电动机反转,门自动关闭。3.指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。画龙点睛

涉及压力传感器应用问题,其基本原理是通过压力改变电阻,从而改变电路中的电流,通过电流表示数反映压力的大小。【典例剖析】例1(2021福建三明第一中学期中)如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比(

)A.红灯亮,UR2变大

B.绿灯亮,UR2变大C.绿灯亮,UR2变小

D.红灯亮,UR2变小解析

门打开时R3减小,导致R总减小和I总增加,Ur和UR1变大,UR2=E-(UR1+Ur)减小,=I总-增加,电磁继电器磁性增强把衔铁拉下,红灯亮,绿灯灭,选项A、B、C错误,选项D正确。答案

D规律方法

传感器与自动控制问题利用传感器中的敏感元件与电路结合分析,要把握两点:(1)明确组成传感器的敏感元件的特性。(2)注意电路的结构及串、并联的分析计算方法。变式训练1(2020浙江杭州二中模拟)如图是测量汽车质量的地磅示意图,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是(

)A.电流表的示数越大说明被测汽车质量越大B.电流表的示数越大说明被测汽车质量越小C.把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量D.地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关解析

汽车质量越大,弹簧受到的压力就越大,P点越向下,连入电路的电阻就越小,所以电流表的示数就越大,故A正确,B错误;如果换成电压表,因为电压表的内阻较大,所以滑动变阻器的阻值发生变化时,电压表的示数变化范围较小,不能准确地测量,故C错误;因为通过滑动变阻器的阻值变化,将力信号转换成了电信号,所以D错误。答案

A问题二传感器系统在机器人中的作用【情境探究】2021年4月3日消息,宁夏首个机器人微创手术中心成立,引进世界最先进手术机器人。机器人是自动控制机器的俗称,自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗、机器猫等)。在当代工业中,机器人指能自动执行任务的人造机器装置,用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物,目前科学界正在向此方向研究开发。机器人安装的传感器和人类感官有怎样的相对应关系?要点提示

光电传感器——视觉;声电传感器——听觉;气敏传感器——嗅觉;化学传感器——味觉;压敏、温敏、流体传感器——触觉。【知识点拨】传感器系统在机器人中起着非常重要的作用,是机器人的感觉器官,可以分为外部传感器和内部传感器。1.外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。外部传感器包括视觉传感器(相当于眼睛),超声波传感器和语音识别装置(相当于耳朵),温度传感器(相当于皮肤),压力传感器、位移传感器和温度传感器(相当于手),嗅觉、味觉传感器等。2.内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。画龙点睛

机器人主要包括三个部分:环境信息采集部分(相当于人的感觉器官)、环境识别和动作控制部分(相当于人的大脑)、动作部分(相当于人的手、脚等)。【典例剖析】例2(多选)(2021吉林调研)下列传感器中机器人能应用到的传感器是(

)A.视觉传感器

B.位移传感器C.压力传感器

D.语言识别装置解析

视觉传感器相当于机器人的“眼睛”,压力传感器、位移传感器使机器人有了“感觉”,语言识别装置相当于机器人的“耳朵”,故选A、B、C、D。答案

ABCD规律方法

传感器与机器人感觉对应表

感觉所用传感器效果当前发展水平视觉视觉传感器(摄像机)使机器人拥有人眼的视觉功能离自然人的视觉水平相差甚远听觉超声波传感器、语音识别装置使机器人拥有类似人耳的听觉功能能理解一些简单的语句,不能真正实现人机对话嗅觉气体传感器使机器人拥有类似人鼻的功能只能识别有限的几种气体,一般机器人没有嗅觉触觉压力传感器、温度传感器、位移传感器使机器人拥有类似人的皮肤和手的功能发展水平较高,虽不如人的感觉敏锐,但能完成大部分要求变式训练2(2021河北石家庄期末)类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”、犹如大脑的“控制器”以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是(

)A.是力传感器

B.是光传感器C.是温度传感器

D.是声音传感器解析

遇到障碍物会绕开,说明它是光传感器,B正确,A、C、D错误。答案

B

随堂检测1.机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好完成的?(

)A.汽车工业中自动焊接领域 B.深水探险C.艺术体操和与人对话 D.机械加工解析

现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术,还很难达到人对肢体的控制能力,其动作精确但较僵硬,语音识别能力还很差,在其他几个方面机器人都有上佳表现。答案

C2.(2021河北邢台质检)为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求路灯昼熄夜亮,利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置,实现了自动控制。这是利用半导体的(

)A.压敏性

B.光敏性C.热敏性

D.三种特性都利用了解析

由题意可知,这一装置要对光敏感,能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗),所以选B。虽然白天与夜晚温度也不相同,但温度除与昼夜有关外,还与季节有关,因此不能选C。灯亮熄与压力更无关系,A、D错。答案

B3.日光灯启动器的结构如图所示,将启动器与灯泡、电源、开关连在一起,闭合开关时,灯泡将(

)A.不亮

B.一直亮C.亮、灭交替

D.以上都有可能解析

启动器中有一个U形的双金属片,与旁边的直立金属丝构成一对触点,常温下是分离的。闭合开关后,电源电压通过灯泡加到启动器上,启动器发