1、第2節(jié) 傳感器的應(yīng)用1.應(yīng)變式力傳感器可用來測量各種力，其中的應(yīng)變片能把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。2電熨斗因?yàn)檠b有雙金屬片溫度傳感器，所以它能夠自動(dòng)控制溫度。雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬。3電飯鍋中的溫度傳感器主要元件是感溫鐵氧體。4有一種火災(zāi)報(bào)警器是利用了光傳感器的作用，即利用煙霧對(duì)光的散射來工作。一、傳感器應(yīng)用的一般模式二、傳感器的應(yīng)用實(shí)例1力傳感器的應(yīng)用電子秤(1)組成及敏感元件：由金屬梁和應(yīng)變片組成，敏感元件是應(yīng)變片。(2)工作原理：(3)作用：應(yīng)變片將物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。2溫度傳感器的應(yīng)用實(shí)例電熨斗電飯鍋敏感元件雙金屬片感溫鐵氧體工作原理

2、溫度變化時(shí)，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷(1)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103 時(shí)，失去鐵磁性，這一溫度稱為“居里溫度”(2)自動(dòng)斷電原理：用手按下開關(guān)通電加熱，開始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到103 時(shí)，鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)開關(guān)斷開3.光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器(1)組成：如圖621所示，發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。(2)工作原理：平時(shí)光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)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

3、感器連接的電路檢測出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。圖6211自主思考判一判(1)傳感器可以直接用來進(jìn)行自動(dòng)控制。()(2)傳感器可以用來采集信息。()(3)傳感器可以將所有感受到的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。()(4)鼠標(biāo)是力傳感器。()(5)電吉他是光電傳感器。()(6)火災(zāi)報(bào)警器是溫度傳感器。()2合作探究議一議(1)生活中與溫度控制相關(guān)的家用電器有很多，試舉例說明。提示：電飯煲、電冰箱、電冰柜、微波爐、空調(diào)、消毒柜等。(2)分析傳感器問題應(yīng)注意哪些問題？提示：應(yīng)注意四點(diǎn)：感受量分析：要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等。輸出信號(hào)分析：明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，以及

4、輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律。電路結(jié)構(gòu)分析：認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律。執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析：傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行的過程。(3)如果用電飯鍋燒水，水沸騰后能否自動(dòng)斷電？提示：電飯鍋中的溫度傳感器主要元件是感溫鐵氧體。如果用電飯鍋燒水，水沸騰后水溫保持100 ，不會(huì)再升高，而使感溫鐵氧體失去磁性的溫度為103 ，故不能自動(dòng)斷電。力傳感器的應(yīng)用典例用如圖622所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏

5、電阻組成的壓力傳感器。用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后。汽車靜止時(shí)，傳感器a、b的示數(shù)均為10 N(取g10 m/s2)。圖622(1)若傳感器a的示數(shù)為14 N，b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車的加速度大小和方向。(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零？思路點(diǎn)撥傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大小。解析(1)如圖所示，依題意

6、：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力F114 N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊向左的推力F26.0 N，滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有F1F2ma1，得a1 m/s24.0 m/s2。a1與F1同方向，即向前(向右)。(2)傳感器a的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力F10，因兩彈簧相同，左側(cè)彈簧伸長多少，右側(cè)彈簧就縮短多少，所以右側(cè)彈簧的彈力變?yōu)镕220 N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得F合F2ma2，得a210 m/s2，負(fù)號(hào)表示方向向后(向左)。答案(1)4.0 m/s2向右(2)以方向向左大小為10 m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)力傳感器是一種測量力的大小的工具。此類題常與牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)的內(nèi)

7、容綜合。當(dāng)只知道加速度的大小和方向，不知道物體的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)情況有兩種可能，即沿某一方向的勻加速或相反方向的勻減速，不要漏掉其中一種。 1(多選)下列關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是()A應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成B當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之，變小C傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D外力越大，輸出的電壓值也越大解析：選BD應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。當(dāng)應(yīng)變片拉伸時(shí)，其電阻變大，選項(xiàng)B正確。傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差值，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值越大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。2.如圖623所示為大型電子地磅電路圖，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻不計(jì)，

8、不稱物體時(shí)，滑動(dòng)頭P在A端，滑動(dòng)變阻器接入電路中有效電阻最大，電流較??；稱重物時(shí)，在壓力作用下使滑動(dòng)頭下移，滑動(dòng)變阻器有效電阻變小，電流變大。這樣把電流對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的質(zhì)量。若滑動(dòng)變阻器上A、B間長度為l，最大阻值為R0，已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，試導(dǎo)出所稱重物重力G與電路中電流I的函數(shù)關(guān)系。圖623解析：設(shè)稱重物G時(shí)彈簧的壓縮量為x，由題意得Gkx此時(shí)，滑動(dòng)頭P距B端距離為lx，滑動(dòng)變阻器有效電阻為R0R0，由歐姆定律有I由式解得G2kl。答案：G2kl溫度傳感器和光傳感器的應(yīng)用典例溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中，

9、它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖624甲中，電源的電動(dòng)勢E9.0 V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻r保持不變；R0為保護(hù)電阻，R為熱敏電阻，其電阻值與溫度變化的關(guān)系如圖乙所示。試寫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的關(guān)系式。閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于40 C時(shí)，電流表示數(shù)I12.25 mA。則當(dāng)電流表的示數(shù)I23.6 mA時(shí)，熱敏電阻R的溫度是多少攝氏度？圖624思路點(diǎn)撥本題的解答思路為：解析題中的Rt圖像是直線，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可寫出熱敏電阻R與溫度t的關(guān)系式為Rktb。由圖像知t10 時(shí)，R14.25 k，得b4.25，再根據(jù)t2120 時(shí)，R22 k，得k0.018

10、75，所以R與t的關(guān)系式為R0.018 75t4.25(k)。根據(jù)題中的Rt圖像，t340 時(shí)，熱敏電阻的阻值R33.5 k，有EI1(rR0R3)；電流I23.6 mA時(shí)，設(shè)熱敏電阻的阻值為R4，有EI2(rR0R4)，代入數(shù)據(jù)可解得R42 k，由題中的Rt圖像或?qū)42 k代入R與t的關(guān)系式可得t4120 。答案R0.018 75t4.25(k)120 溫度傳感器一般使用的是熱敏電阻，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，在解答有關(guān)溫度傳感器的應(yīng)用問題時(shí)應(yīng)注意區(qū)分這一性質(zhì)。 1(多選)下列關(guān)于光傳感火災(zāi)報(bào)警器的說法中正確的是()A發(fā)光二極管

11、、光電三極管都是由半導(dǎo)體材料制成的B光電三極管與光敏電阻一樣都是光敏感元件，都是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)C發(fā)光二極管發(fā)出的是脈沖微光D如果把擋板撤去，火災(zāi)報(bào)警器照樣工作解析：選AB發(fā)光二極管工作時(shí)是持續(xù)發(fā)光的，擋板撤去，光始終照到光電三極管上，始終發(fā)出警報(bào)，和有無火災(zāi)無關(guān)。2.圖625是一個(gè)報(bào)警器的裝置的邏輯電路圖。RT是一個(gè)熱敏電阻，低溫時(shí)電阻值很大，高溫時(shí)電阻值很小，R是一個(gè)阻值較小的分壓電阻，A為斯密特觸發(fā)器輸入端。圖625(1)為什么在高溫時(shí)電鈴會(huì)響起？(2)為了提高電路的靈敏度，即將報(bào)警溫度調(diào)得低些，那么R的值應(yīng)該大一些還是小一些。解析：(1)熱敏電阻的溫度上升，RT變小，A端的電壓低到

12、某一值時(shí)，Y端會(huì)由低電平跳到高電平，加在電鈴兩端的電壓變大，電鈴響起。(2)若R的值大，由于它的分壓作用。使RT兩端的電壓不太高，則外界溫度不太高時(shí)，就能使PX之間電壓降到低電壓輸入，而當(dāng)A端的電壓降低到某一值時(shí)，Y端會(huì)由低電平跳到高電平，加在電鈴兩端的電壓變大，電鈴響起。答案：見解析1下列器件是應(yīng)用力傳感器的是()A鼠標(biāo)器B火災(zāi)報(bào)警器C測溫儀 D電子秤解析：選D鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災(zāi)報(bào)警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D正確。2.如圖1所示，電吉他的弦是磁性物質(zhì)，當(dāng)弦振動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感

13、應(yīng)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()圖1A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解析：選C由電吉他發(fā)聲原理可知是將聲音變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓?，C對(duì)，A、B、D錯(cuò)。3用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程，下列屬于這類傳感器的是()A紅外報(bào)警裝置B走廊照明燈的聲控開關(guān)C自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器解析：選A紅外報(bào)警器是當(dāng)有人或物通過時(shí)，將紅外線遮住從而使得光信號(hào)被遮住，光電效應(yīng)裝置無電流通過，紅外報(bào)警器則通過另外的裝置聯(lián)系一定的動(dòng)作，是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程，則

14、A選項(xiàng)正確；而B選項(xiàng)是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程，C選項(xiàng)是利用壓力來傳遞信息的過程，D選項(xiàng)則通過溫度來控制的過程。4下列說法正確的是()A電飯鍋中的溫度傳感器的主要元件是氧化鐵B氧化鐵在常溫下具有鐵磁性，溫度很高時(shí)失去鐵磁性C用電飯鍋燒水，水開時(shí)能自動(dòng)斷電D用電飯鍋煮飯時(shí)，若溫控開關(guān)自動(dòng)斷電后，它不能自動(dòng)復(fù)位解析：選D電飯鍋的主要元件為感溫鐵氧體，它在103 時(shí)失去鐵磁性，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)；用電飯鍋燒水時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水溫最高為100 ，電飯鍋不會(huì)自動(dòng)斷電，若無人控制，則會(huì)直到水全部蒸發(fā)后才會(huì)斷電，選項(xiàng)C錯(cuò)；電飯鍋開關(guān)自動(dòng)斷電后只能手動(dòng)復(fù)位，選項(xiàng)D正確。5有一種在光照或溫度升高時(shí)排氣扇都能

15、啟動(dòng)的自動(dòng)控制裝置，下列說法正確的是()A兩個(gè)傳感器都是光電傳感器B兩個(gè)傳感器分別是光電傳感器和溫度傳感器C兩個(gè)傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器D只有光照和溫度都適合時(shí)排氣扇才能工作解析：選B題中提到有光照或溫度升高時(shí)排氣扇都能自動(dòng)控制，由此可見兩個(gè)傳感器一個(gè)是光電傳感器，一個(gè)是溫度傳感器，而且排氣扇自動(dòng)工作只需光照和溫度一個(gè)滿足條件即可，A、C、D錯(cuò)，B對(duì)。6隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入了家庭。洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?)A改變了濕度 B改變了溫度C改變了磁場 D改變了電容解

16、析：選D根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，即手靠近，電熱器開始工作，手撤離，電熱器停止工作，不難判斷出傳感器的種類。人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，因此物理學(xué)上有人體電容之說。手靠近干手機(jī)相當(dāng)于連接進(jìn)一個(gè)電容器，故可以確認(rèn)干手機(jī)內(nèi)設(shè)置有電容式傳感器，手靠近改變了電容。能否利用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上可行，但作為干手機(jī)，這種傳感器的設(shè)置是有很大缺陷的。干手機(jī)周圍的環(huán)境(如濕度和溫度)一年四季都在變化，與手是否靠近無關(guān)，假如濕度、溫度發(fā)生變化干手機(jī)就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”。故D正確。7.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)。加速度計(jì)構(gòu)造原理的示

17、意圖如圖2所示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度()圖2A方向向左，大小為 B方向向右，大小為C方向向左，大小為 D方向向右，大小為解析：選D當(dāng)指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s時(shí)，與滑塊相連的左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，因而彈簧對(duì)滑塊的彈力的大小均為ks，且方向均水平向右，即滑塊受到的合力大小為2ks，方向水平向右。由牛頓第二定

18、律可知選項(xiàng)D正確。8如圖3所示，實(shí)線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一鉤碼在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況。從圖中可知道該鉤碼的重力約為_N，A、B、C、D四段圖線中鉤碼處于超重狀態(tài)的為_，處于失重狀態(tài)的為_。圖3解析：當(dāng)拉力的大小不變時(shí)，力傳感器懸掛的鉤碼在豎直方向是勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)力傳感器的讀數(shù)大小等于鉤碼的重力，約10 N。當(dāng)力傳感器讀數(shù)大于重力時(shí)，鉤碼處于超重狀態(tài)，即A、D狀態(tài)。當(dāng)力傳感器讀數(shù)小于重力時(shí)，鉤碼處于失重狀態(tài)，即B、C狀態(tài)。答案：10A、DB、C9(多選)下列關(guān)于電熨斗的說法正確的是()A電熨斗能自動(dòng)控制溫度主要利用了雙金屬片，兩片金屬的膨脹系數(shù)相同B

19、常溫下，上下觸點(diǎn)是接觸的；溫度過高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分離C需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移D電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料解析：選BC常溫下，上下觸點(diǎn)是接觸的；溫度過高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分離；需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移。10(多選)計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號(hào)，激光掃描光盤時(shí)，激光頭利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)，再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息，光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖4所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作

20、原理是()圖4A當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓B當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：選ADR1、R2和電源組成一個(gè)閉合電路，只有R2兩端獲得高電壓時(shí)，處理系統(tǒng)才能進(jìn)行信號(hào)處理，當(dāng)激光照到光敏電阻R1時(shí)，R1的阻值變小，總電流變大，則R2兩端獲得高電壓，因此選A、D。11動(dòng)圈式話筒和磁帶錄音機(jī)都應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。圖5是動(dòng)圈式話筒的原理圖，圖6是磁帶錄音機(jī)的錄音、放音原理圖，由圖可知下列選項(xiàng)敘述錯(cuò)誤的是()圖5圖6A話筒工作時(shí)磁鐵不動(dòng)，線圈振動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流B錄音機(jī)放音時(shí)變化的磁場在靜止的線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電

21、流C錄音機(jī)放音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場D錄音機(jī)錄音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場解析：選C話筒的工作原理是聲波迫使金屬線圈在磁場中振動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，A正確。錄音時(shí)，話筒產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)放大電路放大后在錄音機(jī)磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場，D正確。磁帶在放音時(shí)通過變化的磁場使放音磁頭產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)放大電路后再送到揚(yáng)聲器中，B正確，C錯(cuò)誤。12.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨t變化的關(guān)系如圖7中實(shí)線所示，由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物。有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)。PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線所示。根據(jù)圖線分析：圖7(1)為什么處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普通電熨斗升溫快？(2)通電一段時(shí)間電熨斗溫度t自動(dòng)穩(wěn)定在_t_范圍之內(nèi)。(填下標(biāo)數(shù)字)解析：(1)由于冷態(tài)時(shí)PTC材料電阻較小，由P