3.3生活中的传感器-3.4简单的光控和温控电路(选学) 学案（2020年教科版高中物理选修3-2）

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1、3 生活中的传感器生活中的传感器 4 简单的光控和温控电路简单的光控和温控电路(选学选学) 学科素养与目标要求 物理观念：1.了解洗衣机、电冰箱中的传感器.2.了解家用报警器的原理.3.了解传感器与人的 感官的类比，以及它们各自的优势.4.了解一些简单的自动控制电路 科学思维：能设计简单的传感器应用电路 科学态度与责任：通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增 强学习兴趣并培养正确的科学态度 一、生活中的传感器 1 洗衣机中的传感器： 全自动洗衣机实现了利用传感器和电脑技术对洗涤全过程进行检测和 控制 2电冰箱中的传感器：电冰箱主要由制冷系统和控制系统两大部分组成在控制

2、系统中，传 感器起着非常重要的作用 3家用报警器 (1)居家生活中，煤气泄漏，会危及人身安全，需要加以防范我们可以利用气敏元件制作有 害气体报警器和可燃气体报警器 (2)有一种敲击防盗报警器，它利用压电式传感器对门窗玻璃损毁产生反应，形成对报警装置 的启动还有一种冲击防盗报警器，由冲击传感器和执行电路两部分组成 4传感器与人的感官 (1)光传感器和由它制成的录像头、监控探头，可以类比人的眼睛 (2)对有毒有害气体进行监控的化学和生物传感器，相当于人的鼻和舌等嗅觉、味觉器官 (3)力学和振动传感器，以及温度传感器可以认为相当于人类的触觉器官，如手、足、皮肤等 (4)声传感器不妨认为是机器的耳朵

3、二、简单的光控和温控电路 1集成电路又称 IC，是在硅板上集合各种电子器件，实现某种特定功能的电路模块，它是 电子设备中最重要的部分 2光控自动照明电路 利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，使电路在天亮时自动切断，天黑 自动导通 3温控电熨斗 利用热敏电阻作控制元件，从而使电熨斗的温度在低于指定值时电加热器供电加热，温度高 于指定值时将电源关闭 1判断下列说法的正误 (1)通常的传感器可以直接用来进行自动控制( ) (2)传感器可以用来采集信息( ) (3)传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量( ) (4)洗衣机的脱水传感器是根据温度变化控制脱水动作的( ) (5)电冰箱是

4、利用温度传感器自动控温的( ) 2 电子打火机的点火原理是压电效应， 压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力 近似成正比现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图 1 所示压电片安装在电 梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压若发现电压表示 数增大， 则电梯加速度一定_(填“向上”或“向下”)， 电梯可能_(填“加速” 或“减速”)下降 图 1 答案 向上 减速 一、传感器的简单应用 传感器问题应注意的四个分析 (1)检测量分析：要清楚传感器所检测的非电学量，如温度、光、声、力等 (2)敏感元件分析：分析敏感元件的输入与输出信号，及输入与输出信号间的联系

5、(3)电路分析：分析传感器所在的电路结构，分析输入信号变化对电路电流、电压等产生的影 响 (4)执行机构分析：分析非电学量与电学量之间的转换过程，分析根据所获得的信息控制执行 机构进行工作的过程 例 1 如图 2 所示为某种电冰箱内温度控制器的结构铜制的测温泡 1、细管 2 和弹性金属 膜盒 3 连通成密封系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器膜盒 3 为扁 圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片 4 连接盒中气体的压 强增大时，盒体就会膨胀测温泡 1 安装在冰箱的冷藏室中.5、6 分别是电路的动触点和静触 点，控制制冷压缩机的工作弹簧 7 的两端分别连接

6、到弹簧片 4 和连杆 9 上连杆 9 的下端 是装在机箱上的轴凸轮 8 是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连 杆上端右移，从而加大对弹簧 7 的拉力 图 2 (1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止 工作？ (2)为什么用凸轮可以改变设定的温度？ 答案 见解析 解析 (1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒 3 通过小柱体带动弹 簧片 4，使动触点 5 与静触点 6 接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹 簧带动弹簧片 4 将触点 5、6 断开，使压缩机停止工作 (2)凸轮逆时针转动会加大连杆

7、9 对弹簧 7 的拉力，该拉力与弹性金属膜盒 3 共同控制弹簧片 4 的运动，而弹簧 7 上弹力的变化会改变设定的温度 例 2 如图 3 所示为冲击防盗报警器的冲击传感器的结构示意图 在外壳的绝缘基板上固定 一个螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们都是电的良导体，外壳也使 用电的良导体制成请简述这种装置防盗的原理 图 3 答案 在静止状态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳均呈断开状态不会导通，一旦 传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通， 便可触发执行电路，使报警装置开始工作 二、简单的光控和温控电路 例 3 如图 4 所示是一种烟

8、雾报警器的控制电路图，其原理简化如下：调节可变电阻 R1使 U230.当有烟雾时， M741 开始触发工作，其中 Rg是光敏电阻由此可知，要使 M741 开 始工作，则应满足( ) 图 4 A23 B23时，控制电路开始工作 三、自动控制电路的分析与设计 例 4 如图 5 所示为某小型电磁继电器的构造示意图，其中 L 为含铁芯的线圈P 为可绕 O 点转动的铁片，K 为弹簧，S 为一对触点，A、B、C、D 为四个接线柱电磁继电器与传感 器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是( ) 图 5 AA 与 B 接信号电压，C 与 D 跟被控电路串联 BA 与 B 接信号电压，C 与 D 跟被控电路并

9、联 CC 与 D 接信号电压，A 与 B 跟被控电路串联 DC 与 D 接信号电压，A 与 B 跟被控电路并联 答案 A 解析 A、B 接电磁继电器的线圈，所以 A、B 应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电 磁继电器吸引或释放 P，从而使 C、D 接通或断开，进而起到控制作用故正确答案为 A. 1(生活中的传感器)(多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计， 如图 6 所示是原理图轻质弹簧右端和金属滑片 P 固定在一起(弹簧的电阻不计，P 与 R1间 的摩擦不计)，弹簧劲度系数为 100 N/cm.定值电阻 R05 ，ab 是一根长为 5 cm 的均匀电阻 丝，阻值 R

10、125 ，电源输出电压恒为 U3 V，理想电流表的量程为 00.6 A当拉环不 受力时，滑片 P 处于 a 端下列关于这个电路的说法正确的是( ) 图 6 A小明在电路中连入 R0的目的是保护电路 B当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为 0.1 A C当拉力为 400 N 时，电流表指针指在 0.3 A 处 D当拉力为 400 N 时，电流表指针指在 0.5 A 处 答案 ABC 解析 若电路无电阻 R0，且金属滑片 P 在 b 端时，电路短路会损坏电源，R0的存在使电路不 出现短路， 因此 A 正确； 当拉环不受力时， 滑片 P 在 a 端， 由闭合电路欧姆定律得， I U R0R1 0

11、.1 A，故 B 正确；拉力为 400 N 时，由 Fkx，则 x4 cm，对应的电阻为 RaP20 ， R1接入电路的电阻 RPb5 ，由闭合电路欧姆定律得，I U R0RPb0.3 A，故 D 错误，C 正确 2(温度传感器的应用)如图 7 所示是自动调温式电熨斗的结构，下列说法不正确的是( ) 图 7 A常温时上、下触点是接触的 B双金属片温度升高时，上层的金属片形变较大，双金属片将向下弯曲 C原来温度控制在 80 断开电源，现要求 60 断开电源，应使调温旋钮下移一些 D由熨烫丝绸衣物状态(温度较低)转化为熨烫棉麻衣物状态(温度较高)，应使调温旋钮下移 一些 答案 C 解析 常温工作时

12、，上、下触点是接通的；当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲， 切断电源；切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D 正确，C 错误 3(压力传感器的应用)(2018 烟台市高二下学期期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减 小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图 8 甲 所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流 表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为 I1.下列判断正确的是( ) 图 8 A0 到 t1时间内，升降机一定静止 Bt1到 t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 Ct1到 t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 Dt2到 t3时间内，升降机可能向下匀加速运动 答案 C