高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册3 传感器的应用举例背景图课件ppt

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一、传感器的应用举例1.温度传感器的应用——电熨斗　 通过旋转调温旋钮升降螺丝(1)工作特点:金属底板温度达到设定温度后不再升温,当底板温度降低到一定温度时又会继续加热,即底板总能保持在一定温度范围内。(2)传感器类型:　　　　　　　温度传感器。 2.温度传感器的应用——电饭锅(1)工作特点:煮饭时按下手动开关后自行完成烹煮过程。(2)传感器类型:感温铁氧体。温度达到103 ℃时失去磁性,加热开关断开
3.光传感器的应用——火灾报警器(1)工作特点:当密闭空间出现火灾时报警。(2)传感器类型:遮光型和　　　　型光传感器。 (3)工作原理:照射到　　　　　　上的光强发生变化时,破坏电路的正常状态而报警。 
二、自制简单的控制电路(1)光控LED灯。(2)温度报警器。
情境链接电饭锅的工作原理如图所示,煮饭时开关是闭合的,红色指示灯亮;饭熟后(温度大约为103 ℃)开关S自动断开,黄灯亮。通常情况下,用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能能不能起作用?为什么?
提示 不能。通常情况下水的沸腾温度为100 ℃,因此当水烧开时水温不会达到103 ℃,所以自动断电功能不起作用。
易错辨析(1)电饭锅自动煮饭时煮的是稀饭。(　　)(2)火灾报警器的原理是发生火灾时环境的温度升高而触发报警。(　　)(3)随着科技的发展,传感器会应用在各行各业和生活的方方面面,可以完全取代人的作用。(　　)(4)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻。(　　)(5)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。(　　)
探究点一　传感器应用实例
【例1】 (多选)电熨斗构造的示意图如图所示,其中温度敏感元件是双金属片,其作用是控制电路的通断。下列说法正确的是(　　)
A.当温度升高时,双金属片下层的膨胀大于上层B.常温下,电熨斗的上、下触点是分离的C.当温度过高时,双金属片向下弯曲D.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,这时可调节调温旋钮使调温旋钮下降
解析 平常温度低,双金属片膨胀几乎相同,上、下触点接触在一起;电热丝通电加热,双金属片温度升高,双金属片膨胀系数上层大、下层小,温度升到一定时双金属片向下弯曲使触点断开,故A、B错误,C正确。需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移,使双金属片稍向下弯曲,这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些,温度要更高一些,故D正确。
方法技巧　用温度传感器控制电路,首先要明确敏感传感元件热敏电阻的特性,要结合题目提供的信息,认真分析温度传感器所在的电路结构,并注意确定传感器所感受到的物理量,转换电路把输出转换成电学量信号,通过元件把热敏感元件的变化转换成电学量信号,用以处理显示、记录或控制的量。
对点演练1温度自动报警器的工作原理图如图所示,图中1是电磁铁,2是衔铁,5是水银温度计(水银导电)。常温下3触点处于断开状态,4触点处于闭合状态,则下列说法正确的是(　　)
A.当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强,3触点闭合4触点断开B.此装置为低温报警装置,温度低于警戒温度时,电铃报警C.此装置为高温报警装置,温度高于警戒温度时,指示灯亮D.要提高报警时的警戒温度,应缩短导线AB
解析 当温度低于警戒温度时电磁铁磁性不通电,无磁性,3触点断开,4触点闭合,故A错误;此装置为高温报警装置,温度高于警戒温度时,电磁铁有磁性,3触点闭合,4触点断开,电铃报警,指示灯熄灭,温度低于警戒温度时,电磁铁无磁性,3触点断开,4触点闭合,指示灯亮,电铃不响,故B、C错误;要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些,这样当温度升得更高时,控制电路才能接通,电磁铁才有磁性,电铃报警,故D正确。
探究点二　简单的控制电路
设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行:(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通过继电器相关联,继电器实际上是工作电路的开关。
(2)分析自控电路的合理性。电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。比如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭;晚上接通工作电路,使路灯点亮发光。
【例2】 图甲是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定,电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示,试根据图丙所给器材设计一个路灯自动光控电路,要求有光照时路灯不亮,无光照时路灯工作。
答案 见解析解析 由流过光敏电阻的电流和光强的关系曲线可以看出,当入射光增强时,流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示。
控制过程:当有光照射时,流过光敏电阻的电流增大,并经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸合,使两个常闭触点断开,当无光照时,电流减小,放大器输出电流也减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,控制路灯电路接通,路灯开始工作。
对点演练2为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RG在不同照度下的阻值如下表所示。
(1)根据表中的数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。
(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下:光敏电阻RG(符号 ,阻值见表);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。
答案 (1)图见解析　(2)图见解析解析 (1)阻值随照度变化曲线如图甲所示。
(2)原理:利用串联电路的分压规律设计电路。当照度降低至1.0 lx时,光敏电阻RG=20 kΩ,由题中信息可知U12=2 V,E=3 V, ,代入数据解得R=10 kΩ,所以定值电阻应选R1。电路原理图如图乙所示。
1.(传感器应用)(2023黑龙江齐齐哈尔高二期末)某学校创建绿色校园,新装了一批节能路灯,如图甲所示,该路灯通过光控开关实现自动控制,路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,RL为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。现减小光照强度,则下列判断不正确的是(　　)
A.电源的效率变大B.A灯和B灯都变亮C.R0两端电压变小D.电源内部发热的功率不变
强度,光敏电阻阻值增大,则外电阻增大,电源的效率增大,故A正确;光照强度增加时,其电阻值减小,现减小光照强度,其电阻值增大,总电流减小,路端电压增大,通过A灯的电流增大,A灯变亮,通过R0的电流减小,其两端电压减小,则B灯两端电压增大,B灯变亮,故B、C正确;减小光照强度,外电阻增大,总电流减小,根据P=I2r知,电源内部发热的功率减小,故D错误。由于本题选不正确的,故选D。
2.(设计自动控制电路)传感器在自动控制中发挥着重要作用。图甲是利用热敏电阻RT制作的自动报警装置,其中热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图乙所示。
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在　　　　(选填“a”或“b”)处; (2)若要提高启动报警的温度,应将滑动变阻器的滑片P向　　　　(选填“左”或“右”)移动。 
解析 (1)根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出,电阻随温度的升高而减小,因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时发送报警信息,则热敏电阻阻值最小,开关c应该接在a处;(2)若要使启动报警的温度提高一些,电路中电阻增大,则应将滑动变阻器R的滑片P向左移动。
3.(设计自动控制电路)某同学学习了传感器相关知识后,用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关等仪器设计了一个高温报警器,要求是:正常情况绿灯亮,温度过高时电铃报警。电路如图所示,图中仪器还不完整。请完成以下问题:(1)图中的甲还需要放入的元件是　　　　。 A.随温度升高电阻阻值增大的热敏电阻B.随温度升高电阻阻值减小的热敏电阻(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点。为了安全起见,要求在温度更低一点时就开始报警,则需要调节滑动变阻器的滑片往　　　　(选填“左”或“右”)移动一点。