物理选择性必修 第二册第五章 传感器3 传感器的应用举例课文ppt课件

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必备知识·自主预习储备
知识点一　传感器的应用举例1．温度传感器的应用——电熨斗(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)传感器内主要部件：__________温度传感器、永磁铁和弹簧。(3)温度调节：通过旋转测温旋钮的________。
2．温度传感器的应用——电饭锅(1)工作特点：煮饭时按下________后自行完成烹煮过程。(2)传感器内主要部件：________________________。(3)温度控制：感温铁氧体在温度达到___℃(居里点)时失去磁性，加热开关断开。
感温铁氧体、永磁铁和弹簧
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)传感器分类：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。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)当调温旋钮下调时，电熨斗底板的温度较高。(　　)(2)电饭锅自动煮饭时煮的是稀饭。(　　)(3)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。(　　)
知识点二　自制简单的控制电器1．光控LED灯：有光照的情况下，光敏电阻的阻值为____________，基极与发射极间电压__，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻阻值____，基极与发射极间电压__，发光二极管导通。2．温度报警器：接通电源后，常温下蜂鸣器不发声，当温度到达某一值时____电阻的阻值减小到某一值，可使蜂鸣器发出报警声。
体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮、熄灭的起控点。(　　)(2)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻。(　　)
关键能力·情境探究达成
考点1　传感器的应用实例
考点2　简单的控制电路
如图所示，在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上、下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等。当给金属梁施加竖直向下的力时，应变片的阻值如何变化？
提示：当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小。
考点1　传感器的应用实例1．温度传感器的应用——电熨斗电熨斗的内部装有双金属片温度传感器，如图所示：
常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
2．温度传感器的应用——电饭锅(1)结构：如图所示，它的主要元件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：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。
(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温铁氧体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103℃时，感温铁氧体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作。
3．光传感器的应用——火灾报警器(1)遮光型光电式烟雾报警器(图b)的发光元件和受光元件是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报。发生火灾时，烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。
(2)散射型光电式烟雾报警器(图c)中，发光元件和受光元件不是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。
【典例1】　(多选)如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是(　　)
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，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
CD　[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，双金属片膨胀系数为上层大、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，这时要使触点断开就要使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。]
[跟进训练]1．(多选)电饭锅工作原理电路如下图所示。下列关于电饭锅工作原理的说法中，正确的有(　　)
A．必须手动按下开关按键后，电饭锅才能开始正常工作B．插上电源插头后，电饭锅即正常工作，直至饭煮熟C．感温铁氧体的作用是在锅内温度达到约103℃时失去磁性，再在弹簧的作用下使电路断开D．通过如图所示电路即可实现加热和自动保温功能AC　[由于有弹性铜片的存在，必须手动按下开关按键，磁铁和感温铁氧体吸合后才能开始工作，故A正确，B错误；当温度升高到约103℃，软铁内分子热运动加剧，软铁无法被磁化，永久磁铁对其不再有吸力，电路断开，故C正确；通过题图所示电路只能实现加热和自动断开功能，没有保温功能，故D错误。]
2．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图。罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是(　　)
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确
C　[由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，光电三极管电阻变小，检测电路检测出这种变化，发出警报。]
考点2　简单的控制电路【典例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电路，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出Rp阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点____________________________________________。[解析]　光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V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：光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
[解析]　电路原理图如图所示。
控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1。
[跟进训练]3．如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接。则(　　)
A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
B　[当温度降低到某一数值时，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P的吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误；当温度升高到某一数值时，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确；恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误。]
4．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触点开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
[答案]　连接线路如图所示。
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。[答案]　按图连接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作。
学习效果·随堂评估自测
A　[火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B、C、D错误，A正确。]
1．如图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是(　　)A．光传感器　　　　B．压力传感器C．声音传感器D．温度传感器
2．(多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的，其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法中正确的是(　　)A．白天有光照时，光传感器自动闭合B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合
BC　[白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。]
3．(多选)某一电熨斗的温控电路原理如图。1是温控螺丝，2是有弹性的金属片，4是绝缘块，5是加热电阻，6是电熨斗底板。图中3是一种传感器，当温度升高到某一数值时，温控螺丝1与金属片2断开，不再接触，从而切断电源。则下列说法正确的是(　　)A．3可能是光敏电阻B．3可能是双金属片C．将1向下调，可提高熨斗的最高温度D．将1向下调，可降低熨斗的最高温度
BC　[电熨斗的温控是通过金属受热弯曲的原理来控制的，3是双金属片，不是光敏电阻，故A错误，B正确；由于弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，故当调温旋钮将1向下调时，弹簧铜片的形变程度变大，弹性势能增大，这样可提高熨斗的最高温度。故C正确，D错误。故选BC。]
4．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃。下列说法中正确的是(　　)
A．常温下感温磁体具有较强的磁性B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
ACD　[常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮时，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。故A、C、D正确，B错误。]