(共15张PPT)
1.认识传感器
必备知识
自我检测
一、神奇的传感器
1.楼道灯安装了声控—光控开关,自动门安装了红外线传感器,酒精检测仪上安装了乙醇传感器。
2.传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类
根据被测量的不同,可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器;根据具体工作原理的不同,可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
必备知识
自我检测
三、传感器的组成与应用模式
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)传感器担负着信息采集的任务,它常常是将电学量转化为力学量。( )
解析:传感器是把非电学量转换为电学量。
答案:×
(2)干簧管是一种能够感知磁场的传感器,当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,起到开关的作用。( )
答案:√
必备知识
自我检测
2.关于传感器的下列说法正确的是( )
A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.以上说法都不正确
解析:半导体材料可以制成传感器,其他材料也可以制成传感器,如金属氧化物氧化锰就可以制成传感器,所以选项A错误,选项B正确;传感器不但能感知电压的变化,还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化,所以选项C错误。
答案:B
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传感器
情境探究
干簧管结构:如图甲所示,它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。将干簧管接入图乙电路,当磁铁靠近干簧管时:会发生什么现象,为什么?干簧管的作用是什么?
要点提示:灯泡会亮,因为当磁铁靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通;干簧管起到开关的作用,是一种能够感知磁场的传感器。
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知识归纳
1.传感器的工作流程
非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
2.传感器的组成
(1)敏感元件相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的,与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
(3)转换电路是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等。
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实例引导
例题全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理,某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图乙所示,其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端,R'是定值电阻,R'?R。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的 两点之间,请按照你的接法回答:当油箱中油量减少时,电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”)。?
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解析:由题图可知当油箱内液面高度变化时,R的金属滑片将会移动,从而引起R两端电压的变化,且当R'?R时,UR=IR可视为UR与R成正比,所以电压表应接在b、c两点之间,当油量减少时,电压表示数将增大。
答案:b、c 增大
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变式训练压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,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,电流表示数如图乙所示,下列判断正确的是( )
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
探究
随堂检测
解析:在0~t1内,I恒定,压敏电阻阻值不变,由小球的受力不变可知,小车可能做匀速或匀加速直线运动,在t1~t2内,I变大,压敏电阻阻值变小,压力变大,小车做变加速运动,A、B均错误;在t2~t3内,I不变,压力恒定,小车做匀加速直线运动,C错误,D正确。
答案:D
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1.在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干。手靠近自动干手机能使传感器工作,是因为( )
A.改变温度
B.改变湿度
C.改变磁场
D.改变电容
解析:自动干手机是一个电容器,当手靠近时,改变了电容器的电容,自动干手机开始工作,故选D。
答案:D
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2.(多选)传感器担负着信息采集的任务,它可以( )
A.将力学量(如形变量)转变成电学量
B.将热学量转变成电学量
C.将光学量转变成电学量
D.将电学量转变成力学量
解析:传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件,故选项A、B、C对,D错。
答案:ABC
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随堂检测
3.(多选)关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
解析:干簧管能感知磁场,是因为当两个簧片处于磁场中时,两个簧片被磁化而接通,所以是作为开关来使用的,当磁场靠近或远离的时候,就会实现闭合或断开。
答案:CD第五章传感器
1.认识传感器
课后篇巩固提升
基础巩固
1.位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑片P,通过电压表显示的数据,来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表,物体M不动时,滑片P位于滑动变阻器正中间位置,则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
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
解析电压表为理想电表,则电压表不分流,故触头移动时不会改变电路的电阻,也就不会改变电路中的电流,故A错误;电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压,故示数随物体M的移动亦即触头的运动而变化,故B正确,C、D错误。
答案B
2.如图所示的电路可将声音信号转换为电信号,该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器,a、b通过导线与恒定电源两极相接。若振动膜a周期性振动,则( )
A.a振动过程中,a、b板间的电场强度不变
B.a振动过程中,a、b板所带电荷量不变
C.a振动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D.a向右的位移最大时,a、b板所构成的电容器的电容最大
解析由于平行板电容器两极板与电池两极相连接,两极板间的电压U保持不变,根据场强E=,C=可判断A错、D对。再由Q=CU可知,B错。由于Q变化,使电容器出现充电、放电现象,电流计中电流方向不断变化,C错。
答案D
3.如图所示为测定压力的电容式传感器,将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路,当压力F作用于可动膜片电极上时,膜片发生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流表指针偏转,在开始对膜片施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中,灵敏电流表指针偏转情况为(电流从灵敏电流表右接线柱流入时指针向右偏)( )
A.向右偏到某一刻度后回到零刻度
B.向左偏到某一刻度后回到零刻度
C.向右偏到某一刻度后不动
D.向左偏到某一刻度后不动
解析压力F作用时,极板间距d变小,由C=知,电容器电容C变大,又电压U不变,根据Q=CU知,极板带电荷量变大,所以电容器应充电,电流由右接线柱流入灵敏电流表,所以指针将右偏。F不变时,极板保持固定后,充电结束,指针回到零刻度。故选A。
答案A
能力提升
1.如图所示,是一个测定液面高度的传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放在导电液体中,导线芯和导电液构成电容器的两极,把这两极接入外电路,当外电路的电流变化说明电容值增大时,则导电液体的深度h变化为( )
A.h增大
B.h减小
C.h不变
D.无法确定
解析由题意知,导线芯和导电液体构成电容器的两极,类似于平行板电容器的两极,当液面高度发生变化时,相当于两极正对面积发生变化,会引起电容的变化,与平行板电容器类比可得,导电液体深度h增大时,导电芯和导电液体正对面积增大,电容器的电容值变大,故选项A正确。
答案A
2.如图所示,将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一矩形的箱中。在箱的上顶板和下底板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2.0
m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力为6.0
N,下底板的压力传感器显示的压力为10.0
N(g取10
m/s2)。
(1)若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况;
(2)要使上顶板压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的?
解析上顶板、下底板的力传感器提供了上下底对物体的压力,对物体应用牛顿第二定律
F1+mg-F2=ma,代入数据得m=0.5kg。
(1)由于弹簧长度不改变,所以下底板的示数不变,F2=2F1',根据牛顿第二定律
F1'+mg-F2=ma1,代入数据得a1=0,物体做匀速直线运动。
(2)当上顶板压力传感器示数为零时,下底板压力传感器示数还是不变,由牛顿第二定律F2-mg=ma2,解得a2=10m/s2。加速度方向向上,物体可以向上做匀加速运动,也可以向下做匀减速运动。
答案(1)匀速直线运动 (2)做向上匀加速或向下匀减速直线运动
