高中物理 第6章 传感器 第2节 传感器的应用课堂探究素材 新人教版选修3-2（通用）

高中物理 第6章 传感器 第2节 传感器的应用课堂探究素材 新人教版选修3-2（通用）

传感器的应用 ‎ 课堂探究 探究一 传感器的应用分析 ‎·问题导引·‎ 电子警察(又称电子眼)利用自动化检测与测量技术捕获交通违法或交通事故，利用网络将采集的信息传回相关部门进行分析处理，并以此为证据对肇事者进行处罚，以减少事故发生。与交警监管相比，电子警察对事故的判断更准确，捕捉更迅速。请思考 ：电子眼最基本的工作原理是什么呢？‎ 提示：(1)电子眼采用感应线来感应路面上的汽车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器，送寄存器暂存(该数据在一个红灯周期内有效)。‎ ‎(2)在同一个时间间隔内(红灯周期内)，如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，也就是汽车闯红灯被“电子警察”抓到了，只得接受处罚。‎ ‎·名师精讲·‎ ‎1．传感器问题的分析思路 物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：‎ ‎(1)信息采集。‎ ‎(2)信息加工、放大、传输。‎ ‎(3)利用所获得的信息执行某种操作。‎ ‎2．分析传感器问题要注意四点 ‎(1)感受量分析 要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。‎ ‎(2)输出信号分析 明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。‎ ‎(3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。‎ ‎(4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。‎ ‎【例题1】 (多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中(　　)‎ A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动 解析：电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误。‎ 答案：BD 题后反思 (1)分析力传感器时，应明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量的。‎ ‎(2)涉及电路计算时，注意欧姆定律的应用。‎ 探究二 在生产、生活中常见传感器的应用 ‎·问题导引·‎ 如图为一红外生命探测仪，在救灾中，可有效地搜索处于不易发现位置的生命，请思考 ：这种探测仪的原理是什么？‎ 提示：红外生命探测仪能够探测出遇险者身体的热量，光学系统将接收到的人体热辐射能量聚焦在红外传感器上后转变成电信号，处理后经监视器显示红外热像图，从而帮助救援人员确定遇险者的位置。‎ ‎·名师精讲·‎ ‎1．生活中的传感器 ‎(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。‎ ‎(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、火灾报警器等。‎ ‎(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等。‎ ‎2．农业生产中的传感器 ‎(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。‎ ‎(2)温度传感器和湿度传感器，可对粮仓内上百个点进行温度和湿度监测，有效地减少了霉变现象。‎ ‎3．工业生产中的传感器 ‎(1)生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，来代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作，各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。‎ ‎(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。‎ ‎【例题2】 (多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是(　　)‎ A．通电后，其电功率先增大后减小 B．通电后，其电功率先减小后增大 C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变 D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变 解析：从图线上可以看出，如果通电前PTC的温度tt2时，温度会降低。故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值。综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间。‎ 答案：AD 题后反思 PTC元件的电阻率与温度的关系无法用明确的数学表达式来表示，但可以通过实验测定其电阻率与温度的关系曲线，正确理解图象的物理意义是解决问题的关键。‎ ‎【例题3】 如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是(　　)‎ A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变 点拨：由滑动触头的移动方向可判断出流过二极管电流的变化情况(即二极管发光强弱的变化情况)，进而判断出光敏电阻R的变化情况，最后，根据串联电路的有关知识分析灯泡L消耗功率的变化情况。‎ 解析：电源电压恒定，也就是说，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大。‎ 答案：A 题后反思 (1)弄清光敏电阻的特点。‎ ‎(2)注意电源两端电压恒定。‎