高中物理必备知识点：传感器的应用实例总结

高中物理必备知识点：传感器的应用实例总结

第六章 传 感 器 6．4 传感器的应用实例 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解两个实验的基本原理。 2．通过实验，加深对传感器作用的体会，培养自己的动手能力。 （二）过程与方法 通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。 （三）情感、态度与价值观 在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度。 ★教学重点 1．了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。 2．温度报警器的电路工作原理。 ★教学难点 光控电路和温度报警器电路的工作原理。 ★教学方法[来源:学科网] 实验法、观察法、讨论法。 ★教学工具 实验过程中用到的有关器材、元器件等，由实验室统一准备 ★教学过程 （一）引入新课 师：随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、 光控开关、温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到 了传感器．传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的 放大，处理均是通过电子元件组成的电路来完成的． 这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。 （二）进行新课 高考学习网－中国最大高考学习网站 Gkxx.com | 我们负责传递知识！ 实验 1、光控开关 1．实验原理及知识准备 师：（投影）如图所示光控电路，用发光二极管 LED 模仿路灯，RG 为光敏电阻，R1 的最大 电阻为 51 kΩ，R2 为 330 kΩ，试分析其工作原理． 生：白天，光强度较大，光敏电阻 RG 电阻值较小，加在斯密特触发器 A 端的电压较低， 则输出端 Y 输出高电平，发光二极管 LED 不导通；当天色暗到一定程度时，RG 的阻值增大到 一定值，斯 密特触发器的输入端 A 的电压上升到某个值（1.6V），输出端 Y 突然从高电平跳到 低电平，则发光二极管 LED 导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天 暗自动开启的目的． 师：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把 R1 的阻值调大些还是调小些？为什么？生：应 该把 R1 的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端 A 电压达到某个值（如 1.6V，就需要 RG 的阻值达到更大，即天色更暗。。 师：用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？ 生：由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭 工作电路． 师：（投影）如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D 为动触点， E 为静触点．试分析电磁继电器的工作原理． 生：当线圈 A 中通电时，铁芯中产生磁场， 吸引衔铁 B 向下运动，从而带动动触点 D 向下与 E 接触，将工作电路接通，当线圈 A 中电流为零 时，电磁铁失去磁性，衔铁 B 在弹簧作用下拉起， 带动触点 D 与E 分离，自动切断工作电路． 师：试说明控制电路的工作原理。生：天较 亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线 圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输入端 A 电势 升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器 工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG 阻值减小，斯密特触发器输入端 A 电势 逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平跳到高电平，则线圈 A 不再有电流，则电磁 继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭． 高考学习网－中国最大高考学习网站 Gkxx.com | 我们负责传递知识！ 生：分组实验。 师：巡回指导，了解学生实验过程。 2．温度报警器 师：上一节我们学习了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起 光敏电阻的阻值变化，从而达到报警的目的．这种设计其敏感性是否值的怀疑，你想过吗？既 然发生火灾时，环境温度要升高，我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢？[来源:学科网] 师：（投影）温度报警器的工作电路，如图所示。试分析 其工作原理。 生：常温下，调整 R1 的阻值使斯密特触发器的输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂 鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻 RT 阻值减小，斯密特 触发器输入端 A 电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器 通电，从而发出报警声，Rl 的阻值不同，则报警温度不同． 师：怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？ 生：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小 R1 的阻值，R1 阻值越小，要使 斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高． 生：分组实验。 师：巡回指导，了解学生实验过程。 （三）课堂总结、点评 本节课主要学习了以下几个问题： （四）实例探究 ☆电磁继电器与自动控制 【例 1】现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如 图所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温 光控开关 温度报警器 传感器的应用实例 高考学习网－中国最大高考学习网站 Gkxx.com | 我们负责传递知识！ 度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程． 分析：热敏电阻 R1 与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路． 答案：（1）电路图如图所示 （2）工作过程：闭合 S 当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能 使它工作，K 接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器 的电流达到工作电流，K 断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．[来 源:Z#xx#k.Com] 点评：该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的内容，对于 培养能力、理论联系实际将起到推动作用，也是高考的趋向． ★课余作业 1、课下阅读教材附录，了解“一些元器件的原理和使用要点”。 2、思考并回答“问题与练习”。 ★教学体会 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学 生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质 的培养就成了镜中花，水中月。 ★课本“问题与练习”解答 1．当门闭着时，永久磁铁使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低 电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有磁铁作用，干簧管不通，斯密特 高考学习网－中国最大高考学习网站 Gkxx.com | 我们负责传递知识！ 触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警． 2．当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端 A 为高电平，则输出端 Y 应为低电平，故 LED 发光；当被测点为低电平时，A 即为低电平，则输出端 Y 为高电平，LED 不发光． 3．提示：参考本节例 1 设计． 4．略 ★资料袋 常用的传感器[来源:Zxxk.Com] 常用传感器是利用某些物理、 化学或生物效应进行工作的．根据检测量的不同，可将传 感器分为物理型、化学型和生物型三类． 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、电场、磁场等） 发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等． 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成 的． 生物传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分 的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传 感器、免疫传感器等等．[来源:学科网 ZXXK] 生物传感器最典型的应用是在医疗卫生行业，医院中各种进行生化分析检验的仪器大多要 用到生物传感器． 除了上述三种传感器外，还有压力传感器、气体传感器、味觉传感器等．随着材料科学和 自动化技术的发展，新的传感器正不断被发明出来，种类越来越多，功能也越来越强． 传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就没有现代化的自动控制技术．