2020高中物理 3.3 传感器的应用、3.4 用传感器制作自控装置 学案（粤教版选修3-2）

2020高中物理 3.3 传感器的应用、3.4 用传感器制作自控装置 学案（粤教版选修3-2）

3.3传感器的应用、3.4用传感器制作自控装置学案（粤教版选修 3-2） 1．随着家用电器的普及，传感器进入了千家万户．温度传感器应用在电饭煲、 ________、________、________、消毒碗柜等与温度控制相关的家电中；红外线传 感器应用在________、______________、生命探测仪、________________________ 以及防盗、防火报警器等；光敏传感器应用在__________中，压力传感器应用在 __________中等． 2．传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制，例如： 无人管理的自动灌溉系统，用到了________传感器；自动化温室种植用到了________ 传感器；现代粮库利用________传感器和________传感器，可对粮库上百个点进行 温度和湿度监测． 3．在工业生产中，由于传感器的大量使用，从而实现了生产的________或半 ________，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，降低了产品的成本， 如工厂中的机器人、____________、____________、各种自动生产线或者系统，用 到 了 各 种 传 感 器 ； 生 产 的 安 全 设 施 中 ， 用 传 感 器 监 控 关 键 部 位 ， 随 时 发 现 ____________ ； 自 动 控 制 系 统 中 的 检 测 环 节 也 是 用 传 感 器 对 被 控 对 象 进 行 ____________． 4．在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多．例如：飞机能 利用传感器给出所在高度与____________的差值．运载火箭，载人飞船中，应用了 大量的传感器供遥测和____________系统使用，载人飞船中还使用了一类测量航天 员各种生理状况的____________传感器． 5．下列器件是应用力传感器的是(　　) A．鼠标器 B．火灾报警器 C．测温仪 D．电子秤 【概念规律练】 知识点一　温度传感器在电饭煲中的应用 1．(双选)关于电饭锅的说法正确的是(　　) A．电饭锅中温度传感器的主要元件是氧化铁 B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性 C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位 2．如图 1 所示是电饭煲的电路图，S1 是一个温控开关，手动闭合后，当此开关 温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2 是一个自动温控开关，当温度低于 70℃ 时会自动闭合；温度高于 80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温 时的指示灯，分流电阻 R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝 R3＝50 Ω，两灯电阻不计． 图 1 (1)分析电饭煲的工作原理． (2)简要回答，如果不闭合开关 S1，能将饭煮熟吗？ (3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比． 知识点二　双金属片——热敏功能器 3．日光灯的启动器(结构如图 2 所示)也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏 功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？ 图 2 4．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它 总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样 的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的 作用是控制电路的通断，如图 3 所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的 膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题： 图 3 (1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起 怎样的作用？ (2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮 来实现的？ 【方法技巧练】 设计传感器电路的技巧 5．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯 泡亮或响铃报警．所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、 干电池、滑动变阻器、开关． 6．已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图 4 所示器材设计一 个路灯自动控制电路． 图 4 参考答案 课前预习练 1．电冰箱　微波炉　空调机　自动门　家电遥控器　非接触红外测温仪　照相 机　电子秤 2．湿度　温度　温度　湿度 3．自动化　自动化　自动化小车　自动机床　安全隐患　精确检测 4．给定高度　遥控　生理 5．D　[鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于红外线传感器；火灾报警器中 传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元 件是应变片，是力传感器，D 正确．] 课堂探究练 1．BD　[电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故 A 选项错，B 选项正 确；因水开时温度约为 100℃，达不到居里温度(103℃)，故不能自动断电，则选项 C 错；温控开关只能手动闭合，故 D 正确．] 2．(1)见解析　(2)不能　(3)12∶1 解析　(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2 自动闭合，同时手动闭合 S1，这时 黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到 80℃时，S2 自动断开，S1 仍闭合； 水烧开后，温度升高到 103℃时，开关 S1 自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭 煲处于保温状态，由于散热，待温度降至 70℃时，S2 自动闭合，电饭煲重新加热， 温度达到 80 ℃时，S2 又自动断开，再次处于保温状态． (2)如果不闭合开关 S1，则不能将饭煮熟，因为最高只能加热到 80℃. (3)加热时电饭煲消耗的电功率为 P1＝ U2 R并，保温时电饭煲消耗的电功率 P2＝ U2 R1＋R并，两式中 R 并＝ R2R3 R2＋R3＝500 × 50 500＋50 Ω.从而有 P1∶P2＝R1＋R并 R并 ＝500＋500/11 500/11 ＝12∶1. 点评　(1)电饭煲的工作过程：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温 磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热， 水沸腾后，由于锅内保持 100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直 到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点 103℃”时，感 温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停 止加热． (2)如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持 100℃不变，温度低于“居里点 103 ℃”，电饭煲不能自动断电．只有水烧干后，温度升高到 103℃才能自动断电．因此， 电饭煲用来烧水不能实现自动控温． 3．见解析 解析　日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同．开关闭合后，启动器 两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使 U 形动触片受热膨胀向 外延伸，碰到静触片触点，电路接通；温度降低时，U 形动触片向里收缩，离开触 点，电路断开． 4．见解析 解析　(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、 下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯 曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热；温度降低后，双金属片恢复原状，重 新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用． (2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调 节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不 同温度的目的． 点评　双金属片的膨胀系数不同，导致受热膨胀时，膨胀的长短不同，而使双 金属片发生弯曲，以此来实现电路的通断． 5．实验电路如下图所示 解析　当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增 大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调 节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的． 6．见解析 解析　电路如图所示 控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电 磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小， 电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作． 方法总结　在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电 阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的 通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清 电路中的逻辑关系．