河南省沁陽市第一中學2013-2014學年高二物理 第六章傳感器 第二節傳感器的應用導學案 新人教版選修3-2、問題探究：1 力傳感器的應用電子秤閱讀教材，思考并回答問題。1 電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？力傳感器的工作原理。彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應變片，在梁的自由端施力f，則梁發生彎曲,上表面拉伸，下表面壓縮, 上表面應變片的電阻_，下表面應變片的電阻變小。f越大， 彎曲形變_，應變片的阻值變化就越大。如果讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上面應變片兩端的電壓變大，下面應變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個電壓的差值輸出。外力越大，輸出的電壓差值也就_。應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量？溫度傳感器的應用電熨斗，電熨斗結構圖（如圖所示）思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的還是分 離的？當溫度過高時，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定不同的溫度，這是如何使用調溫旋鈕來實現的？溫度傳感器電飯鍋手動開關接線螺絲觸點永磁鐵電熱板內膽底轉軸感溫鐵氧體電飯鍋的主要部件鐵氧體，它的特點是常溫下，具有鐵氧體，能夠被磁鐵吸引，但是溫度上升到約為103時，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。我們把103就叫做該材料的居里溫度或居里點。思考與討論：1 開始煮飯時為什么要壓下開關按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復到圖示的狀態？為什么？2 煮飯時水沸騰后鍋內是否會大致保持一定的溫度？為什么？3 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發生哪些動作？如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？4光傳感器的應用火災報警器以利用煙霧對光的散射來工作的火災報警器為例，簡述其工作原理。 【例題1】某學生為了測量一物體的質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數為k)，如圖所示，測量時先調節輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質量成正比的輸出電壓u。現有下列器材：力電轉換器、質量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、開關及導線若干、待測物體(可置于力電轉換器的受壓面上)。(1)設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調，并且使電壓的調節范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖；(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數k，并測出待測物體的質量m；(3)請設想實驗中可能會出現的一個問題【例題2】如圖所示甲為在溫度為10左右的環境中工作的自動恒溫箱簡圖，箱內電阻r120k，r210k，r340 k，r1為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當a、b端電壓uab0時，電壓鑒別器使s斷開，停止加熱，恒溫箱內的溫度恒定在 。甲 乙【當堂檢測】 1.如圖所示，電吉他的弦是磁性物質，當弦振動時，線圈中產生感應電流，感應電流輸送到放大器、喇叭，把聲音播放出來，下列說法正確的是( )a電吉他是光電傳感器b電吉他是溫度傳感器c電吉他是聲音傳感器d弦改用尼龍材料原理不變2下列說法正確的是( )a應變式力傳感器可以測重力，也可以用來測牽引力b電子秤的核心元件是應變片，它多用金屬材料制成，是一種敏感元件c應變片能把力學量(物體形變)轉換為電學量(電壓)d所有電子秤都應用了應變式力傳感器3.用力傳感器懸掛一鉤碼沿豎直方向由靜止開始運動如圖中實線是傳感器記錄的拉力大小變化情況，則( )a鉤碼的重力約為4 nb鉤碼的重力約為3 nca、b、c、d四段圖線中，鉤碼處于超重狀態的a、d.失重狀態的是b、cda、b、c、d四段圖線中，鉤碼處于超重狀態的a、b，失重狀態的是c、d4.如圖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，罩內裝有發光二極管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發生的光呈現高電阻狀態，發生火災時，下列說法正確的是( )a進入罩內的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發出警報b發生火災時，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發出警報c發生火災時，進入罩內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，發出警報d以上說法均不正確5.如圖所示為用熱敏電阻r和繼電器l等組成的一個簡單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減小電源甲與繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接則( ) a當溫度降低到某一數值，銜鐵p將會被吸下b當溫度升高到某一數值，銜鐵p將會被吸下c工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在c、d端d工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在a、b端參考答案問題探究：力的傳感器 金屬梁和應變片變大 越大 越大（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環進行，起到自動控制溫度的作用（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制在不同溫度的目的 開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態。 水沸騰后，鍋內大致保持100不變。 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱 如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內保持100不變，溫度低于“居里點103”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103才能自動斷電。 報警器帶孔的罩子內裝有發光二極管led、光電三極管和不透明的擋板平時，光電三極管收不到led發出的光，呈現高電阻狀態煙霧進入罩內后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發出警報【例題1】解析：(1)由題意分析可知，輸出端應接電壓表；為使輸入電壓可調，且使電壓的調節范圍盡可能大，滑線變阻器必須接成分壓電路，電路設計如下圖所示(2)測量步驟與結果：調節滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零。將砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓u0。將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓u，由u0km0g，得ku0/m0g，又測得ukmg，所以mm0u/u0。(3)可能出現的問題有：因電源電壓不夠而輸出電壓調不到零。待測物體質量超過轉換器量程。(答出一條即可)【例題2】解析：(1)由圖線讀得，轉盤的轉動周期t0.8 s角速度 rad/s7.85 rad/s.(2)激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動(理由為：由于脈沖寬度在逐漸變窄，表明光信號能通過狹縫的時間逐漸減少，即圓盤上對應探測器所在位置的線速度逐漸增加，因此激光器