高中物理 6.2傳感器的應(yīng)用（一）課件 新人教版選修3-2.ppt

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第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用（一）,第六章 傳感器,傳感器應(yīng)用的一般模式：,,,,一.力電傳感器的應(yīng)用——電子稱,閱讀教材，思考并回答問題：,（1）電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？ 它是由什么元件組成的？,（2）簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。,（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？,,,應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量,,,例1：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是 ( ) A. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化 B. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化 C. 物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流 D. 物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù),B,,,例2:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B．方向向右，大小為 k S/m C．方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為 2k S/m,D,,,(2)若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a 的函數(shù)關(guān)系式。,解：a=2kS/m,∴ S=ma/2k,U=U0 Rx / R = U0 S / L,=maU0 / 2kL,=mU0 a / 2kL∝a,,,例3:可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。,解：設(shè)彈簧伸長(zhǎng)x , 則,kx=m ω2(l+x),∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ),設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度 的電阻為r1,U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l,∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2),,,二. 聲傳感器的應(yīng)用——話筒,（1）話筒的作用是什么？,（2）說明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過程。,閱讀教材并思考,聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場(chǎng)里振動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。,,,（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？,（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？,利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電．當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓．優(yōu)點(diǎn)：保真度好。,駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。,,,例題4：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法正確的是 ( ) A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C 膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變 D 膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),B,,,,例題5：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（ ） （A）距離變化 （B）正對(duì)面積變化 （C）介質(zhì)變化 （D）電壓變化,A,,,三．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗,,,（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是 分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè) 定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？,思考與討論：,,,本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： 1、力傳感器的應(yīng)用——電子秤 2、聲傳感器的應(yīng)用——話筒 3、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是用來進(jìn)行自動(dòng)控制.,小結(jié)：,,,一.力電傳感器的應(yīng)用,力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。,1.測(cè)質(zhì)量,,2.測(cè) 力,3.測(cè)物體加（角）速度,4.測(cè) 位 移,聲電傳感器是指將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類傳感器，常見的電容式話筒和動(dòng)圈式話筒都是聲電傳感器。,二. 聲傳感器的應(yīng)用——話筒,,,三.熱電傳感器,,熱電傳感器是指將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一類傳感器，一般有兩類：一類是隨溫度變化引起傳感器中某個(gè)組件形狀的變化（如熱脹冷縮）達(dá)到轉(zhuǎn)換信號(hào)的目的；還有一類是隨溫度變化引起電阻的變化（如半導(dǎo)體材料中熱敏電阻隨溫度升高電阻減?。┻_(dá)到轉(zhuǎn)換信號(hào)的目的。,,