2017_2018學年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會同步備課（課件學案）（打包6套）滬科版.zip

2017_2018學年高中物理第4章傳感器與現(xiàn)代社會同步備課（課件學案）（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學年,高中物理,傳感器,現(xiàn)代社會,同步,備課,課件,打包,滬科版 2用傳感器做實驗信息時代離不開傳感器 第4章傳感器與現(xiàn)代社會 目標定位1 知道溫度傳感器 力傳感器的原理和應用 2 理解霍爾元件的原理 3 了解現(xiàn)代生產(chǎn) 生活中常用的傳感器 內(nèi)容索引 知識探究 達標檢測 知識探究 1 一 實驗中常見的幾種傳感器的分析 1 溫度傳感器的原理溫度傳感器是利用電阻的阻值會隨的變化而變化的原理制成的 它能把這個熱學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 如各種家用電器 空調(diào) 冰箱 熱水器 飲水機等 的溫度控制器 火警報警器 恒溫箱等 2 力傳感器的原理如圖1所示 力傳感器可以用來測重力 壓力 拉力等各種力 應變片能夠把這個力學量轉(zhuǎn)換為這個電學量 物體形變 熱敏 電壓 溫度 溫度 3 磁傳感器的原理 霍爾效應的應用 1 霍爾元件是一種元件 2 霍爾效應 如圖2所示 在金屬薄片相對的兩側面通以控制電流I 在與薄片垂直方向施加磁感應強度為B的磁場 那么 在垂直于電流和磁場方向的另外兩個側面將產(chǎn)生與控制電流和磁場成正比的 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 即UH 圖1圖2 電動勢UH 磁敏感 例1 多選 如圖3所示是霍爾元件的工作原理示意圖 如果用d表示薄片的厚度 k為霍爾系數(shù) 對于一個霍爾元件d k為定值 如果保持I恒定 則可以驗證UH隨B的變化情況 以下說法中正確的是 工作面是指較大的平面 A 將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面 UH將變大B 在測定地球兩極的磁場強弱時 霍爾元件的工作面應保持水平C 在測定地球赤道上的磁場強弱時 霍爾元件的工作面應保持水平D 改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角 UH將發(fā)生變化 圖3 答案 解析 將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時 B增大 I恒定 由公式UH 知UH將變大 選項A正確 地球兩極的磁場方向在豎直方向上 所以霍爾元件的工作面應保持水平 使B與工作面垂直 選項B正確 地球赤道上的磁場沿水平方向 只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時 B才與工作面垂直 選項C錯誤 改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角 B在垂直工作面方向上的大小發(fā)生變化 UH將發(fā)生變化 選項D正確 例2按圖4所示連接好電路 合上S 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 原因是 用電吹風對熱敏電阻吹一會兒 會發(fā)現(xiàn)小燈泡 原因是 停止吹風 會發(fā)現(xiàn) 把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn) 圖4 答案 由于熱 敏電阻阻值較大 左側電路電流較小 電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵 右側電路接通 亮了 電吹風 對熱敏電阻加熱使其阻值變小 電路中電流增大 電磁鐵吸住銜鐵 小燈泡熄滅 溫度仍然較高 小燈泡不會立即熄滅 因為熱敏 二 隨處可見的傳感器1 紅外測溫儀 是一種將轉(zhuǎn)換成電信號的傳感裝置 2 數(shù)碼相機和攝像機 敏感元件叫做 CCD 它能將光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號 模擬電信號再通過A D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號 3 酒精濃度測試儀 敏感元件是酒精傳感器 在生活中還有報警器 火警報警器 紅外報警器 防盜報警器等等 工業(yè)生產(chǎn)中有熱軋生產(chǎn)線上的傳感器 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有空氣濕度傳感器 土壤濕度傳感器 土壤營養(yǎng)傳感器等等 紅外輻射波 煤氣 電荷耦合器件 例3如圖5所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災報警器的結構原理圖 罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) 發(fā)生火災時 下列說法正確的是A 進入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線 使光電三極管電阻更大 檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B 光電三極管溫度升高 電阻變小 檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C 進入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用 部分光線照到光電三極管上 電阻變小 發(fā)出警報D 以上說法均不正確 答案 解析 圖5 由火災報警器的原理可知 發(fā)生火災時煙霧進入罩內(nèi) 使光發(fā)生散射 部分光線照到光電三極管上 電阻變小 與傳感器相連的電路檢測出這種變化 發(fā)出警報 C對 例4電飯煲的工作原理如圖6所示 可分為兩部分 即控制部分 由S2 R1和黃燈組成 工作 加熱 部分 由發(fā)熱電阻R3 R2和紅燈組成 S1是一個磁鐵限溫開關 手動閉合 當此開關的溫度達到居里點 103 時 自動斷開 且不能自動復位 閉合 S2是一個雙金屬片自動開關 當溫度達到70 80 時 自動斷開 低于70 時 自動閉合 紅燈 黃燈是指示燈 圖6 通過的電流必須較小 所以R1 R2起 作用 R3是發(fā)熱電阻 由于煮飯前溫度低于70 所以S2是 填 斷開的 或 閉合的 接通電源并按下S1后 黃燈滅而紅燈亮 R3發(fā)熱 當溫度達到70 80 時 S2斷開 當溫度達到103 時飯熟 S1斷開 當溫度降到70 以下時 S2閉合 電飯煲處于保溫狀態(tài) 由以上描述可知R2 R3 填 或 若用電飯煲燒水時 直到水被燒干S1才會斷開 試解釋此現(xiàn)象 答案 解析 圖6 見解析 R1 R2起的作用是限流 防止指示燈 氖泡 因電流過大而燒毀 S2是自動控制溫度開關 當溫度低于70 時自動閉合 當溫度達到70 80 時又自動斷開 使電飯煲處于保溫狀態(tài) 由于R3的功率較大 因此R2 R3 由于開關S1必須當溫度達到103 時才自動斷開 而水的沸點只有100 因此用電飯煲燒水時 直到水被燒干后S1才會斷開 三 信息社會離不開傳感器智能式傳感器集信息 信息 信息 邏輯思維和判斷功能于一身 把計算機 各種用途的傳感器和輸入輸出接口等制在同一塊芯片上 即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器 四 遙測與遙感遙感遙測的基本原理是通過遙感傳感器對觀測目標產(chǎn)生的 進行遠距離收集 轉(zhuǎn)換 用計算機處理 識別 得出結論 主要應用在地球資源勘測 環(huán)境監(jiān)控 氣象預報 軍事偵察等方面 檢測 處理 記憶 電磁波 熱輻射 達標檢測 2 1 傳感器的應用實例 多選 壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小 一同學利用壓敏電阻設計了判斷升降機運動狀態(tài)的裝置 如圖7甲所示 將壓敏電阻平放在升降機內(nèi) 受壓面朝上 在上面放一物體m 升降機靜止時電流表示數(shù)為I0 某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示 則在此過程A 物體處于失重狀態(tài)B 物體處于超重狀態(tài)C 升降機一定向上做勻加速運動D 升降機可能向下做勻減速運動 答案 解析 圖7 1 2 3 電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變 說明壓敏電阻的阻值比升降機靜止時小 壓敏電阻所受壓力變大 物體處于超重狀態(tài) 即物體具有向上的加速度 B D正確 A C錯誤 1 2 3 2 傳感器的應用實例 在家用電熱滅蚊器中 電熱部分主要元件是PTC元件 PTC元件是由鈦酸鋇等半導體材料制成的電阻器 其電阻率 隨溫度t的變化關系如圖8所示 由于這種特性 PTC元件具有發(fā)熱 保溫雙重功能 對此 以下判斷正確的是 通電后 其電功率先增大后減小 通電后 其電功率先減小后增大 當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時 溫度保持在t1不變 當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時 溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A B C D 圖8 答案 解析 1 2 3 當溫度由零升到t1的過程中 PTC的電阻率 隨溫度升高而減小 其電阻R隨之減小 由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變 滅蚊器的熱功率P隨之增大 當t t1時 P P1達到最大 當溫度繼續(xù)升高 增大 R增大 P減小 而溫度越高 其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大 電熱滅蚊器的散熱功率P 也就越大 因此在這之間的某一溫度t3會有P P3 P 即電熱功率P減小到等于散熱功率時 即達到保溫 當t t3時 P P 使溫度自動升高到t3 當t t3時 P P 使溫度自動降到t3 實現(xiàn)自動保溫 正確選項為D 1 2 3 3 傳感器的應用分析 如圖9所示是一種自動控制水溫的裝置 加熱電路的兩個端點P Q應接到觸頭a b上還是c d上 熱敏電阻兩端M N應接到哪兩個觸頭上 答案 解析 圖9 見解析 1 2 3 P Q應該分別接在觸頭a b上 同時 M N應該分別接e f 其工作原理是 當水溫升高時 熱敏電阻阻值減小 電磁鐵中電流增大 吸引力增大 使銜鐵被吸下 a b斷開 使加熱裝置停止加熱 當水溫降低到一定程度時 熱敏電阻阻值增大 電磁鐵中電流減小 吸引力減小 銜鐵被彈簧彈上去 使a b之間連接 加熱裝置開始加熱 從而實現(xiàn)水溫控制 1 2 3