2019-2020年高中物理第三章傳感器第三節(jié)傳感器的應(yīng)用第四節(jié)用傳感器制作自控裝置學(xué)案粵教版.doc

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2019-2020年高中物理第三章傳感器第三節(jié)傳感器的應(yīng)用第四節(jié)用傳感器制作自控裝置學(xué)案粵教版 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解傳感器在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，嘗試運(yùn)用傳感器的知識(shí)解釋一些生活中的問(wèn)題.2.了解傳感器應(yīng)用的一般模式.3.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用傳感器的控制電路． 一、傳感器的應(yīng)用 [導(dǎo)學(xué)探究]　日常生活中的傳感器是一個(gè)大家族，也是我們的好朋友，假如沒(méi)有這些傳感器，將會(huì)給我們的生活帶來(lái)諸多不便，請(qǐng)觀察和思考一下，在生活中有哪些傳感器？ 答案　電冰箱、電熨斗、空調(diào)機(jī)中要用到溫度傳感器；自動(dòng)門(mén)、家電遙控器、防盜報(bào)警器中要用到紅外線傳感器． [知識(shí)梳理]　 1．生活中的傳感器 電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)、消毒碗柜等與溫度控制相關(guān)的家用電器，幾乎都要用到溫度傳感器；自動(dòng)門(mén)、家電搖控器、生命探測(cè)器、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等，均使用了紅外線傳感器；另外還有照相機(jī)中的光敏傳感器、家用便攜式電子秤的壓力傳感器等． 2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 無(wú)人管理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)利用了濕度傳感器；自動(dòng)化溫室種植中，溫室的自動(dòng)控溫就是在溫度傳感器的幫助下實(shí)現(xiàn)的；現(xiàn)代糧庫(kù)采用了溫度傳感器和濕度傳感器． 3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 生產(chǎn)安全中，如將一種埋入式光纖傳感器安置在大橋或水壩中，隨時(shí)可以監(jiān)測(cè)大橋或水壩的裂痕等安全隱患；在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床中的位移測(cè)量裝置就是利用高精度位移傳感器(如光柵傳感器)進(jìn)行位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的精密加工． 4．飛向太空的傳感器 在運(yùn)載火箭、載人飛船中，應(yīng)用傳感器供遙測(cè)和遙控系統(tǒng)使用；對(duì)宇航員各種生理狀況的測(cè)量有生理傳感器，如測(cè)量血壓、心電圖、體溫等． [即學(xué)即用]　判斷下列說(shuō)法的正誤． (1)電子秤使用了壓力傳感器．(　　) (2)在電梯門(mén)口放置障礙物，電梯門(mén)會(huì)不停地開(kāi)關(guān)，這是由于電梯門(mén)上有紅外線傳感器．(　　) (3)酒精濃度檢測(cè)器，使用了溫度傳感器．(　　) 答案　(1)√　(2)　(3) 二、用傳感器制作自控裝置 [導(dǎo)學(xué)探究]　城市里的路燈，能夠在天暗時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，而在天亮?xí)r，自動(dòng)熄滅，你知道該自動(dòng)控制電路中有什么傳感器嗎？ 答案　光電傳感器 [知識(shí)梳理]　課題：應(yīng)用光敏電阻制作光控自動(dòng)照明燈電路 圖1 實(shí)驗(yàn)器材 二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、電阻R(7.5MΩ)、燈泡L. 實(shí)驗(yàn)原理 由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖1所示． (1)當(dāng)白天自然光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS門(mén)電極處于低電平，VS關(guān)斷． (2)當(dāng)夜幕降臨時(shí)，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門(mén)電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈L亮． (3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點(diǎn)． [即學(xué)即用]　判斷下列說(shuō)法的正誤． (1)隨著科技的發(fā)展，傳感器會(huì)應(yīng)用在各行各業(yè)，生活的方方面面，可以完全取代人的作用．(　　) (2)當(dāng)路燈自動(dòng)控制電路做好后，不能隨意調(diào)整路燈點(diǎn)亮熄滅的起控點(diǎn)．(　　) (3)路燈自動(dòng)控制電路中的敏感元件是光敏電阻．(　　) 答案　(1)　(2)　(3)√ 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 分析傳感器應(yīng)注意的四個(gè)分析： (1)檢測(cè)量分析：要清楚傳感器所檢測(cè)的非電學(xué)量，如溫度、光、聲、力等． (2)敏感元件分析：分析敏感元件的輸入與輸出信號(hào)，及輸入與輸出信號(hào)間的聯(lián)系． (3)電路分析：分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，分析輸入信號(hào)變化對(duì)電路電流、電壓等產(chǎn)生的影響． (4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析：分析非電學(xué)量與電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，分析根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過(guò)程． 例1　(多選)為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，如圖2所示是原理圖．輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計(jì)，P與R1間的摩擦不計(jì))，彈簧勁度系數(shù)為100N/cm.定值電阻R0＝5Ω，ab是一根長(zhǎng)為5cm的均勻電阻絲，阻值R1＝25Ω，電源輸出電壓恒為U＝3V，理想電流表的量程為0～0.6A．當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P處于a端．下列關(guān)于這個(gè)電路的說(shuō)法正確的是(不計(jì)電源內(nèi)阻)(　　) 圖2 A．小明在電路中連入R0的目的是保護(hù)電路 B．當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)后電流表的讀數(shù)為0.1A C．當(dāng)拉力為400N時(shí)，電流表指針指在0.3A處 D．當(dāng)拉力為400N時(shí)，電流表指針指在0.5A處 答案　ABC 解析　若電路無(wú)電阻R0，且金屬滑片P在b端時(shí)，回路短路損壞電源，R0的存在使電路不出現(xiàn)短路，因此A正確；當(dāng)拉環(huán)不受力時(shí)，滑片P在a端，由閉合電路歐姆定律得，I＝＝0.1A，故B正確；拉力為400N時(shí)，由F＝kΔx，則Δx＝4cm，對(duì)應(yīng)的電阻為RaP＝20Ω，R1接入電路的電阻RPb＝5Ω，由閉合電路歐姆定律得，I′＝＝0.3A，故D錯(cuò)，C正確． 例2　(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103℃時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B．當(dāng)溫度超過(guò)103℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng) C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)達(dá)到103℃，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)跳起 D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103℃，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起 答案　ACD 1．(多選)如圖4所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖4 A．嚴(yán)重污染時(shí)，LDR是高電阻 B．輕度污染時(shí)，LDR是高電阻 C．無(wú)論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定 D．該儀器的使用會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? 答案　AD 解析　嚴(yán)重污染時(shí)，透過(guò)污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對(duì)，B錯(cuò)；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響，電阻會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)；白天和晚上自然光的強(qiáng)弱不同，或多或少會(huì)影響LDR的電阻，D對(duì)． 圖5 2．小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無(wú)法自動(dòng)控制．經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒(méi)有故障．參照?qǐng)D5，下列對(duì)故障判斷正確的是(　　) A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B．只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障 C．熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障 D．可能是加熱器出現(xiàn)故障 答案　C 解析　由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都會(huì)向控制器傳遞錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，故C正確，A、B錯(cuò)誤．若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會(huì)使溫度持續(xù)升高，故D錯(cuò)誤． 一、選擇題(1～8題全為單選題) 1．傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是(　　) A．生物傳感器 B．紅外傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器 答案　C 2．在電梯門(mén)口放置一障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)電梯門(mén)不停地開(kāi)關(guān)，這是由于在電梯門(mén)上裝有的傳感器是(　　) A．光傳感器 B．溫度傳感器 C．聲傳感器 D．壓力傳感器 答案　A 解析　在電梯門(mén)口放置一障礙物，電梯門(mén)不停地開(kāi)關(guān)，說(shuō)明電梯門(mén)口有一個(gè)光傳感器，故A選項(xiàng)正確． 3．當(dāng)出現(xiàn)某疫情時(shí)，在機(jī)場(chǎng)、車站等交通出入口，使用紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過(guò)紅外線遙感，可檢測(cè)出經(jīng)過(guò)它時(shí)的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播．關(guān)于紅外線熱像儀，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．選擇紅外線進(jìn)行檢測(cè)，主要是因?yàn)榧t外線具有熒光效應(yīng) B．紅外線熱像儀通過(guò)發(fā)射紅外線照射人體來(lái)檢測(cè) C．紅外線熱像儀同時(shí)還具有殺菌作用 D．一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同 答案　D 解析　紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的，故D正確． 4．如圖1所示是自動(dòng)調(diào)溫式電熨斗，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 圖1 A．常溫時(shí)上下觸點(diǎn)是接觸的 B．雙金屬片溫度升高時(shí)，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C．原來(lái)溫度控制在80℃斷開(kāi)電源，現(xiàn)要求60℃斷開(kāi)電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 答案　C 解析　常溫工作時(shí)，上下觸點(diǎn)是接通的，當(dāng)溫度升高時(shí)，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源，切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些，A、B、D對(duì)，C錯(cuò)． 5.如圖2所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈．P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求．其工作方式是 (　　) 圖2 A．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號(hào)電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號(hào)電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián) 答案　A 6．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖3所示的裝置．向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1.然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖3 A．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測(cè)量 B．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測(cè)量 C．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率大的擋 D．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率小的擋 答案　D 解析　測(cè)電阻應(yīng)選用歐姆擋．當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻受溫度變化的影響，偏轉(zhuǎn)角度增大，說(shuō)明電阻阻值變小，所以應(yīng)換用倍率小的擋． 7．如圖4所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫(huà)出)相連接．則 (　　) 圖4 A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 C．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端 D．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、C端 答案　B 解析　根據(jù)溫度變化，分析R的變化，確定電路中電流的變化，電流增大時(shí)，繼電器L對(duì)銜鐵P吸引力增大，P將會(huì)被吸下．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，熱敏電阻R的阻值增大，電路中電流減小，繼電器L對(duì)銜鐵P吸引力減小，P將不會(huì)被吸下，故A錯(cuò)誤．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，熱敏電阻R的阻值減小，電路中電流增大，繼電器L對(duì)銜鐵P吸引力增大，P將會(huì)被吸下，故B正確．恒溫箱內(nèi)溫度高到一定數(shù)值后，應(yīng)與電源斷開(kāi)停止加熱，由以上分析可知，溫度升高后，A、B端斷開(kāi)，所以工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端，故C、D錯(cuò)誤． 8．某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖5所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成．當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)K，從而切斷家庭電路．僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法不正確的有(　　) 圖5 A．家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零 B．家庭電路中使用的電器增多時(shí)，L2中的磁通量不變 C．家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起 D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起 答案　C 解析　由于零線、火線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，所以家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零，選項(xiàng)A正確；家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會(huì)引起L2中磁通量的變化，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，線圈L1中磁場(chǎng)變化引起L2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起K，切斷家庭電路，選項(xiàng)D正確． 二、非選擇題 9.如圖6所示是熱水器的恒溫集成電路，R0是熱敏電阻，溫度較低時(shí)其阻值很大，溫度較高時(shí)阻值很小．如果熱水器中沒(méi)有水或水溫較高時(shí)，繼電器會(huì)放開(kāi)簧片，發(fā)熱器斷路，反之會(huì)吸住簧片接通發(fā)熱器．如果熱水器中沒(méi)有水時(shí)，電路中BC部分就處于________(選填“斷路”或“短路”)狀態(tài)，則在電路圖的虛線框內(nèi)的門(mén)電路應(yīng)是________門(mén)，當(dāng)溫度較低時(shí)，門(mén)電路的輸入端A是________(選填“高”或“低”)電勢(shì)． 圖6 答案　斷路　與　高 解析　熱水器中沒(méi)有水，BC部分相當(dāng)于斷路．熱水器中沒(méi)有水或水溫較高時(shí)，繼電器都能使發(fā)熱器斷路，故可判斷虛線框內(nèi)應(yīng)是與門(mén)，當(dāng)溫度較低時(shí)，R0阻值較大，故門(mén)電路輸入端A是高電勢(shì)．