2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第三章第三节

(共31张PPT)
第三节　传感器的应用
课标定位
学习目标：
1.了解生产生活中常用传感器的敏感元件及工作原理．
2．利用传感器的特点设计、制作简单的生产、生活用品．
重点难点：
传感器的原理与结构
第三节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、生活中的传感器
1．与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等，都用到_________________
2．红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．
3．光敏传感器和家用便携式电子秤的______传感器等．
温度传感器．
压力
二、农业生产中的传感器
1．温度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动决定供水或停水．
2．温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行_____和____监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．
三、工业生产中的传感器
1．生产的自动化和半自动化、机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．
温度
湿度
2．在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度_____传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．
四、飞向太空的传感器
　在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的状态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的_____传感器，如测量血压、心电图、体温等．
位移
生理
核心要点突破
一、传感器的一般应用模式
传感器是将所感受到的物理量(如力、热、光等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件．其工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量，一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如下面框表所示．
例如，
图3－3－1
许多食品加工设备(如电烤箱)都要控制在一定的温度范围内工作，可使食品味道鲜美且不失营养，如图3－3－1所示的控制电路，开始工作时，温度较低，Rt阻值较小，继电器吸合，A与C接通，电热丝L通电加热，达到一定温度T2时，电阻增大，继电器放开，A与B接通，灯亮铃响，停止加热，温度降低到某一值T1时，继电器又吸合，A与C接通，又开始加热……如此反复，维持在一定的温度范围(T1～T2)内．
空调、电冰箱就是利用这一原理维持在一定温度范围内的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
(2011年鞍山高二检测)按照你对以下几种传感器的理解填写下面表格中的空格.
传感器名称 输入(或感受)的量 输出的物理量
湿度计 湿度 电学量
光电二极管 电学量
压强传感器 电学量
话筒 电学量
热电偶 电学量
解析：光电二极管感受光信号，压强传感器受作用后，将位移信号转化为电信号，话筒、热电偶，分别感受声、温度信号．
答案：光　位移　声　温度
二、如何理解电子秤的工作原理？
　电子秤是一种力传感器的应用实例．这种传感器的工作原理如图3－3－2所示，弹性梁右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小，传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出电压差值也就越大．
图3－3－2
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量．如图3－3－3所示为电子秤的原理图．托盘和弹簧的电阻与质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零．设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电压表．当托盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时称量物体的质量．
图3－3－3
三、探究电冰箱中的传感器怎样工作？
　电子温控由于控温准确、使用寿命长、可靠性高等特点，在冰箱中被广泛采用．冷藏室传感器用于感知冷藏室温度，控制压缩机的启、停．当冷藏室蒸发器的表面温度上升到3.5℃以上时，冷藏室传感器发出指令，压缩机工作；当冷藏室蒸发器表面温度低到－25℃～－19℃(随温度调节位置而变化)时；冷藏室传感器发出指令，压缩机停止工作．冷冻室传感器是专为冷冻室除霜而设计的．冷冻室温度很低，结霜较多，通过安装在冷冻室内的电热丝开始加热，化霜开始，室内温度慢慢升高，当冷冻室内的温度上升到8.5℃以上时，冷冻室传感器发出指令，将加热器断电，化霜结束．
四、什么是感温铁氧体？它在电饭锅中起什么作用？
电饭锅中应用的温度传感器，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的．它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是当温度上升到“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．
电饭锅中的温度传感器起限温开关的作用，手动闭合，当感温铁氧体的温度上升到“居里点”(约103℃)时，开关自动断开，且不能自动复位，以此来控制电饭锅中的温度．
课堂互动讲练
生活中的传感器
如图3－3－4甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器做成的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50Ω，当继电器线圈中的电流大于或等于Ic(Ic＝20mA)时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6V，内阻可不计，试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？
例1
【思路点拨】　结合闭合电路的欧姆定律分析．
【答案】　50 ℃
【方法总结】　有关热敏电阻的传感器应用问题，实际上是电路中的电阻计算问题和阻值变化问题，基本方法是根据欧姆定律确定电阻，再找电阻和温度的关系，或先根据温度确定电阻，再求解其他物理量．
与现代科技相关的传感器分析
加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．图3－3－5为应变式加速度计的示意图．当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出．已知敏感元件的质量为m，两侧弹
例2
簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式．
图3－3－5
农业中的传感器
有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息．图3－3－6所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图．试结合图上信息，分析讨论：(1)在种植蔬菜大棚中要用到哪些传感器？它们的作用是什么？
(2)为了控制大棚中蔬菜的生长条件，还需要哪些设施与传感器配合使用？
例3
【精讲精析】　(1)在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器，检测温度的温度传感器，检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器，检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等．
(2)配套设施有调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置，调整湿度的通风加湿装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置．
【答案】　见精讲精析
变式训练 (单选)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地完成的(　　)
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：选C.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，还很难达到类似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表现很佳．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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