物理人教版 (新课标)选修3-2第六章 传感器3 传感器的应用(二)导学案
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学习目标理解温度传感器的应用――电饭锅的结构及工作原理了解温度传感器的应用――各种数字式测温仪的特点及测温元件理解光传感器的应用――机械式鼠标器的构造及工作原理了解光传感器的应用――火灾报警器的构造及工作原理会用各类传感器(光传感器、温度传感器等)设计简单的控制电路课本导读温度传感器的应用――电饭锅电饭锅的内部结构(如图6-3-1所示):电饭锅主要由接线螺钉、触点、转轴、开关按钮、______、______、______、弹簧、内胆底等构成.其中______为主要元件,它是用______、______和______混合烧结而成的.它的特点主要有:常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是上升到______时,就失去______性,不能被磁体吸引了.该温度在物理学中称为该材料的______或______.图6-3-1电饭锅的工作原理:______________________________.温度传感器的应用―――测量仪测温仪的原理:温度传感器要以把______转换成______,再由指针式仪表或数字式仪表显示出来.这就是指针式测温仪和数字式测温仪的原理.由于电信号可以远距离传输,所以应用温度传感器可以进行远距离测温.测温元件:它可以是______、______、______、______(利用该元件可以实现无接触测温).光传感器的应用――鼠标器机械式鼠标器的内部结构:它由一个滚球、两个滚轴、两个______(它的边缘开有许多等间距的小齿)、两个______(LED)、还有两个______(两个光传感器)等组成的.机械式鼠标器的工作原理:当鼠标器在桌面上移动时,滚球的运动通过______带动两个______转动,红外线接收管就收到的______,输出相应的______.计算机分别统计x,y两个方向的脉冲信号,处理后就使屏幕上的光标产生相应的______.光传感器的应用――烟雾散射式火灾报警器烟雾散射火灾报警器的构造:带孔的罩子内装有______、______和不透明的档板.烟雾散射式火灾报警器的工作原理:平时,______收不到LED发出的光,呈现______状态.烟雾进入罩内后对光有______作用,使部分光线照射到______,其电阻变______,与传感器连接的电路检测发出这种变化,就会发出警报.图6-3-2典型例题【例1】 如图6-3-2是电饭煲的电路图,S1是一个控温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103℃)时,会自动断开.S2是一个自动控控温开关,当温度低于70℃时,会自动闭合;温度高于80℃时会自动断开,红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,分流电阻R1=R2=500Ω,加热电阻丝R3=50Ω,两灯电阻不计.分析电饭煲的工作原理计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比.简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?【解析】(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80℃,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,温度升高到103℃时,开关S1自动断开,这时饭已经煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态.由于散热,待温度将至70℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态.(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1=U2/R并,保温时电饭煲消耗的功率P2= SKIPIF 1 < 0 ,两式中 SKIPIF 1 < 0 从而有 SKIPIF 1 < 0 如果不闭合开关S1,开始S2总是闭合的,R1被短路,功率为P1,当温度上升到80℃时,S2自动断开,功率降为P2,温度降到70℃,S2自动闭合……温度只能在70℃――80℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭.【例2】 如图6-3-3所示为实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在小车上,C为小车的车轮.车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,由电路记录和显示.若实验显示单位时间的脉冲数n,累积脉冲数为N,则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是_______;小车速度的表达式为V=_______;行程的表达式为s=_________.图6-3-3【解析】小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积.设车轮的半径为R,单位时间内车轮转动圈数为k,则有V=2πRk.若齿轮的齿数为P,则齿轮转一圈,电子电路显示的脉冲数即为P,已经单位时间内的脉冲数为n,所以单位时间内齿轮转动圈数为n/P.由于齿轮与车轮同轴相连,他们在单位时间内转动圈数相等,即k=n/P.由以上两式可得:v=2πRn/P.同理,设车轮转动的累积圈数为k,则有s=2πRk,,且k=N/P,所以s=2πRN/P可见,要测小车的速度v和行程s,必需测出单位时间的脉冲数n和累积脉冲数N,车轮半径R和齿轮的齿数P.【答案】 车轮的半径R和齿轮的齿数P:2πRn/P 2πRN/P
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