人教版高中物理选择性必修二 第五章《传感器单元复习》 教学课件

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第五章 传 感 器5.4传感器单元复习一、知识梳理与整合1、认识传感器一、知识梳理与整合2、传感器的组成与应用模式电信号被测量敏感元件转换元件信号调整与转换电路计算机系统显示器（指针式电表或数字屏）执行机构传感器基本部分一、知识梳理与整合3、常见传感器的工作原理及应用①光敏电阻光强电阻率小光弱电阻率大 应用一、知识梳理与整合3、常见传感器的工作原理及应用②金属热电阻和热敏电阻性热电阻应用热敏电阻应用用铂制作的电阻温度计一、知识梳理与整合3、常见传感器的工作原理及应用③电阻应变片应用原理金属电阻应变片半导体电阻应变片一、知识梳理与整合3、常见传感器的工作原理及应用④电容式位移传感器一、知识梳理与整合3、常见传感器的工作原理及应用⑤霍尔元件一、知识梳理与整合4、利用传感器制作简单的自动控制装置①门窗防盗报警装置一、知识梳理与整合4、利用传感器制作简单的自动控制装置②光控开关二、教材图片导练简析： 由题意知，工件做匀变速直线运动且相邻工件间距依次为5、10、15、20…，由下图知相邻时间间隔为T＝0.5 s，由Δx＝aT2得a＝0.2 m/s2 ， 故A、B错误；光敏电阻的特点，有光照射电阻较小，无光照射电阻较大，根据电路连接关系知当无光照射R1时，电阻较大，分压较大，R2分压较小，故光传感器就输出一次低电压，故C错误，D正确。故选DD二、教材图片导练简析： 应变片多用半导体材料制成，A正确，不符合题意；当应变片拉伸时，其电阻变大，B正确，不符合题意；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，符合题意、D正确，不符合题意。C二、教材图片导练简析：A三、生活·物理·社会【例题1】传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（　　）A.冰箱控温系统使用了温度传感器B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量解析：A　 冰箱控温系统使用了温度传感器，调节冰箱内的温度，A正确；夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。三、生活·物理·社会【例题2】电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压时两端产生电压,压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路,红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两个脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼拍照。则红灯亮时(　　 ) A.车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流B.车轮经过感应线的过程中,电容器先充电后放电C.车轮经过感应线的过程中,电阻R上的电流一直增大D.汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内,仍会被电子眼拍照解析：BD 　 车轮停在感应线上时,压力不变,则电压不变,电容器不充电,也不放电,电阻R上没有电流,故A错误。由乙图可知,当车轮经过时电流先增大后减小,然后再反向增大、减小;因电压是在受压时产生的,故说明电容器先充电后放电;故B正确,C错误。若汽车前轮越过感应线,又倒回线内,则前轮两次压线,仍形成两个脉冲电流,符合拍照条件,电子眼仍可拍照,故D正确。三、生活·物理·社会【例题3】如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层会形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知（　　）A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C.当用手指触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D.如果用戴了薄绝缘手套的手触摸屏幕，不能引起触摸屏动作解析：AB　 当手触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，改变手指的压力或接触面积，都能改变电容．故A正确；由平行板电容器的决定式可知，接触面积增大时，电容增大；故B正确，C错误；绝缘手套与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作，故D错误。三、生活·物理·社会【例题4】如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为(　　) 解析：D　三、思路·方法·策略一、传感器工作原理及常见敏感元件1.传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下面框图所示．非电学量―→敏感元件―→转换器件―→转换电路―→电学量2.常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．三、思路·方法·策略一、传感器工作原理及常见敏感元件 同电路的动态问题分析一样，先从部分到整体，再到部分。涉及到电路的计算问题时，由于敏感元件变化的特性，所以找准对应时刻、位置等，把握图象的信息非常重要。3.传感器电路的分析方法(4)电容：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。三、思路·方法·策略【例题1】如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I ­U关系曲线图。（1）为了通过测量得到如图所示I ­U关系的完整曲线，在图甲和乙两个电路中应选择的是图____；简要说明理由：________ ________ ________ ________ 。(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω) (2)在如图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。由热敏电阻的I ­U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为____ V；电阻R2的阻值为______ Ω。解析：甲电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大　5.0117.6二、传感器在实际问题中的应用四、思路·方法·策略光电传感器温度传感器力传感器电容传感器光敏电阻热敏电阻压敏电阻等电容器直流电路动态分析直流电路问题力学、运动学与直流电路力、运动与含容电路【例题2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 四、思路·方法·策略(1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试。电路图连接如答案所示。解析：【例题2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。(2)电路中应选用滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”)。四、思路·方法·策略R2【例题2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。(3)按照下列步骤调节此报警系统:①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为　　　 Ω;滑动变阻器的滑片应置于　　　　(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是　　　　　　　　　　　___________________________________________________。四、思路·方法·策略(3)①当热敏电阻阻值小于650 Ω时,报警器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值调到650 Ω。若接通电源后电路中的电流过大(超过20 mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于b端。650　　b　　接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏【例题2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。②将开关向　　　(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至　　　　　　　。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。四、思路·方法·策略②用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向c端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警。c　　报警器开始报警