2019-2020年高中物理选修（3-2）第三章《传感器的应用 用传感器制作自控装置》word学案

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1、2019-2020年高中物理选修（3-2）第三章《传感器的应用用传感器制作自控装置》word学案[学习目标定位]1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的知识解释一些生活中的问题.2.了解传感器应用的一般模式.3.能设计简单的应用传感器的控制电路．1．传感器主要由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成．2．温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的装置．一、生活中的传感器电饭煲、电冰箱、空调机等与温度控制相关的家用电器都要用到温度传感器；自动门、家电遥控器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器，均使用了红外线传感器；另

2、外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等．二、农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．三、工业生产中的传感器生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．四、飞向太空的传感器在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如

3、测量血压、心电图、体温等.一、生活中的传感器——电熨斗[问题设计]　如图1所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的膨胀大于下层金属．观察电熨斗的构造，并回答下列问题：图1(1)常温下，电熨斗的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怎样起作用？(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？答案　(1)常温时，电熨斗的上下触点应是接触的，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的膨胀系数大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热，当温度降低

4、后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．[要点提炼]双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断．二、生活中的传感器——电饭锅[问题设计]　电饭锅的结构如图2所示．图2(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的

5、温度会有什么变化？这时电饭锅会自动发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？答案　(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，手松开后，由于锅内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态．(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变．因为水沸腾时，温度不变．(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位．(4)不能，因为如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在10

6、0℃不变，低于“居里温度”103℃，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温．[要点提炼]电饭锅中温度传感器为感温铁氧体．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℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”．2．自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103℃时，感温铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．三、用传感器制作自控装置课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路[实验器材]二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、电

7、阻R(7.5MΩ)、灯泡L.[实验原理]由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图3所示．1．当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压图3后使晶闸管VS门电极处于低电平，VS关断．2．当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RC呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获正向触发电压而导通，灯L亮．3．改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．一、传感器的应用实例例1　电饭煲的工作原理如图4所示，可分为两部