河北省石家庄二中高中物理 6传感器的应用

河北省石家庄二中高中物理 6传感器的应用

第二节：传感器的应用（一） ‎ ‎【学习目标】‎ ‎（1）、了解传感器应用的一般模式；‎ ‎（2）、理解电子秤、话筒、电熨斗的工作原理。‎ ‎（3）、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。‎ ‎（4）、通过实验结合物理学的知识，探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理，从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用，进一步总结出传感器应用的一般模式。‎ ‎（5）、通过实验激发的学习兴趣，培养动手能力，提高创新意识，提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。‎ ‎【学习重点】：各种传感器的应用原理及结构。‎ ‎【学习难点】：各种传感器的应用原理及结构。‎ ‎【学习方法】：探究实验 ‎【学习过程】‎ 问题1：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？‎ ‎1、传感器应用的一般模式 阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。‎ 提示：一般情况下，传感器产生的信号非常微弱，要想触发控制电路，此信号必须进一步放大才可以，所以需要放大电路，即放大器。‎ 阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。‎ 传感器 ‎2、下面学习几个传感器应用的实例。‎ ‎（1）．力传感器的应用——电子秤 师：阅读教材56页最后一段，思考并回答问题。‎ 问题2：电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？‎ 问题3：简述力传感器的工作原理。‎ 问题4：应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？‎ ‎（2）．声传感器的应用——话筒 阅读教材56页有关内容，思考并回答问题。‎ 问题5：话筒的作用是什么？‎ 问题6：说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。‎ 问题7：说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？‎ 问题8：驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？‎ 阅读教材，思考并回答问题。‎ 指出：驻极体话筒利用了电介质的 现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现 与 的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为 ．‎ 演示实验：‎ 按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路，话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。‎ 对着话筒喊话，观察示波器的荧光屏上的波形，再用另外一人同样对话筒喊话，比较两次声音产生的波形有什么不一样。‎ 上述过程，就是话筒将声音信号转换为电信号的过程。‎ 观察实验现象。‎ 结论：‎ ‎（3）．温度传感器的应用——电熨斗 温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。‎ 实验：取一个报废的日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一个U型的双金属片，双金属片的旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点，常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。‎ 把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的 。‎ 做实验，观察实验现象。‎ 电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。‎ 投影：电熨斗结构图（如图所示）‎ 思考与讨论：‎ ‎（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？‎ ‎（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？‎ ‎（4）、拓展：温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置 如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜质的测温泡1，细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，构成一个温度传感器，膜盒3为扁圆形，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盒静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆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。‎ 自动控温原理：如图所示是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连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，构成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，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，拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9的下端装在机箱上的轴，凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，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。当冷藏室里的温度升高时，1、2、3中的氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3的左端膨胀，推动弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制的压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。‎ 温度设定原理：将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧7弹力增大，此时要将5、6触点接通，所需要的力就要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（例如1级），顺时针旋转凸轮8，控制的温度低一些，控温挡要高一些。‎ 典型例题 例1.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为‎2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=‎10 m／s2）．‎ ‎（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向．‎ ‎（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．‎ 例2、如图5是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ）‎ 金属板 金属膜 振动膜 外电路 图5‎ ‎（A）距离变化 ‎（B）正对面积变化 ‎（C）介质变化 ‎（D）电压变化 例3. .如图9所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4（如图10所示），左边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图11所示，试回答下列问题：‎ ‎（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？‎ ‎（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？‎ ‎（3）电阻变化后，电阻的A、B两点哪点电压高？它为什么能测量电压？‎ P 图9‎ F O P R1‎ R4‎ R2‎ R3‎ O 图10‎ V R1‎ R2‎ R3‎ R4‎ B A 图11‎ ‎(提示：当O点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的（由上图），因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽。)‎ ‎【学习小节】‎ 本节课主要学习了以下几个问题：‎ ‎ 力传感器的应用——‎ 传感器的应用 声传感器的应用——‎ 温度传感器的应用——‎ 力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．‎ ‎【学习心得】‎