人教版选修32 第六章 传感器工作原理及应用.docx

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人教版选修32第六章传感器工作原理及应用

【人教版】选修3-2第六章第2节传感器的应用同步教案

适用学科

高中物理

适用年级

高中二年级

适用区域

人教版

课时时长（分钟）

60分钟

知识点

传感器的应用

教学目标

1、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。

2、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。

3、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

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。

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。

教学过程

一、复习预习

复习：

1，传感器的工作原理

2，传感器的分类

二、知识讲解

课程引入：

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。

考点/易错点1：

传感器的应用实例

1.基本知识

（1）力传感器的应用——电子秤

①组成及敏感元件：

由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．

②工作原理

金属梁自由端受力F―→梁发生弯曲―→应变片的电阻变化―→两应变片上电压的差值变化

③作用：

应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．

（2）温度传感器的应用实例

敏感元件

工作原理

电熨斗

双金属片

温度变化时，由于双金属片的上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断

电饭锅

感温铁氧体

1，居里温度：

感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103_°C时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”

2，自动断电原理：

用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_°C时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开

（3）光传感器的应用——火灾报警器（如图6－2－1甲）

①组成：

发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．

②工作原理（如图6－2－1乙）：

平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．

图6－2－1

2．思考判断

（1）应变式力传感器可以用来测量重力．也可用来测牵引力．（√）

（2）常温下，电熨斗上、下触点应当是分离的，温度过高时，触点接触．（×）

（3）电饭锅内温度达到100℃时，触点分离，切断电源，停止加热．（×）

3．探究交流

如图6－2－2所示为一冷库中的自动控温设备，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理．

图6－2－2

【提示】　冷库中温度较低时，导电液体积较小，此时两电极未与导电液接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作

考点/易错点2：

传感器问题分析

【问题导思】　

1．分析传感器问题的一般思路是什么？

2．分析传感器问题时要注意哪些方面？

1．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．

三、例题精析

【例题1】

【题干】如图所示．两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）

A．正在增加，

＝

B．正在减弱，

＝

C．正在减弱，

＝

D．正在增加，

＝

【答案】D

【解析】　S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n

＝U，又

q＝mg，得

＝

，故D正确．

【例题2】

【题干】如图是电饭煲的电路图，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103°C）时，会自动断开，且不能自动闭合．S2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70°C时，会自动闭合；温度高于80°C时，会自动断开．红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计．

（1）分析电饭煲的工作原理；

（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；

（3）如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？

【答案】

（1）见解析　

（2）12∶1　（3）不能煮熟饭

【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，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80°C时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧开后，温度升高至103°C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°C时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80°C时，S2又自动断开，再次处于保温状态．

（2）加热时电饭煲消耗的电功率P1＝

保温时电饭煲消耗的电功率P2＝

两式中R并＝

＝

Ω＝

Ω

从而有

＝

＝

＝

.

（3）如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80°C时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70°C，S2自动闭合……温度只能在70°C～80°C之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．

【例题3】

【题干】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组成的电阻器，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

【答案】AD

【解析】从图线上可以看出，如果通电前PTC元件的温度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

四、课程小结

（1）力传感器的应用——电子秤

①组成及敏感元件：

由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．

②工作原理

金属梁自由端受力F―→梁发生弯曲―→应变片的电阻变化―→两应变片上电压的差值变化

③作用：

应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．