资源简介 第二节 传感器的应用第三节 用传感器制作自动控制装置[学习目标] 1.列举传感器在日常生活中的应用;了解传感器在工、农业生产中的应用,知道航天航空中的传感器.2.理解常用传感器的工作原理和过程.3.通过利用传感器制作自动控制装置的过程,培养动手能力和解决问题的能力.知识点一 生活中的传感器1.温度传感器的应用电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器.2.红外线传感器的应用自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.3.光敏传感器的应用:照相机等.4.压力传感器的应用:电子秤等.知识点二 传感器在工、农业生产和航天航空中的应用1.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.2.工业生产中的传感器安全生产中,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)对位移测量,从而实现精密加工.3.航天航空中的传感器飞机保持一定飞行高度,当飞机高度变化时,大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号,并通过自动驾驶仪操纵升降舵,使飞机恢复给定高度;在运载火箭、载人飞船中,应用了传感器供遥测和遥控系统使用;对航天员的各种生理指标的测量有生理传感器,如测量血压、心电图、体温等.1.思考判断(正确的画“√”,错误的画“×”)(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器. (√)(2)自动门利用了红外线传感器. (√)(3)指纹识别器是利用压力传感器. (×)(4)无人管理的自动灌溉系统,用到了温度传感器. (×)(5)位移测量装置用到了位移传感器. (√)2.关于传感器的应用,下列说法中正确的是( )A.电熨斗是通过感温铁氧体的作用控制电路的通断的B.电子秤能通过应变片把力这个力学量转换为电学量进行测量C.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号D.热敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的B [电熨斗是通过双金属片温度传感器来实现温度的自主控制,故A错误;电子秤是通过应变片这个压力传感器把力学量转换为电学量进行测量的,故B正确;话筒是一种常用的声传感器,其作用是将声信号转换为电信号,故C错误;热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量的,故D错误.]3.类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯.下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )A.是力传感器 B.是光传感器C.是温度传感器 D.是声音传感器B [遇到障碍物会绕开,说明它是光传感器,B正确,A、C、D错误.](1)日光灯的启动器(结构如图所示)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?提示: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.(2)如图所示,水箱水位自动报警器是如何工作的?提示:正常生产时,水位较高.继电器中的线圈有电流通过,衔铁1被向下吸引,与触头2接触,B灯亮.水位下降到一定高度后,继电器中线圈没有电流通过了,则衔铁1与触头3接触,A灯亮.考点1 传感器的应用实例1.力传感器的应用——电子秤(1)构成:电子秤的测力装置是力传感器,常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成.如图所示.(2)电子秤工作原理:→→→(3)应用:力传感器常用于测量汽车载重,以及商店超市的电子秤.2.温度传感器的应用(1)电熨斗.①温度传感器:由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制.②电熨斗的自动控温原理:其内部装有双金属片温度传感器,如图所示:常温下,上下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,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)电饭锅.①结构:如图所示,它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的.它的特点是:常温下具有磁性,能被磁体吸引,但是温度上升到约103 ℃时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了.②工作原理:电饭锅工作时,按下开关按钮,感温磁体与永磁体接触,两个接线螺钉通过触点相连,电路接通,开始工作,电饭锅内温度升高,当达到103 ℃时,感温磁体与永磁体分离,带动触点分离,电路断开,不再加热,电饭锅停止工作.3.光传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器,其工作原理是:带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.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.【典例1】 如图甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在( )A.10 ℃ B.20 ℃ C.30 ℃ D.45 ℃C [由题可知Uab=0是一个电压的临界点,对应着开关S的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降.由电路图可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负.设电源负极的电势为零,则φa=U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得,代入数据得RT=20 kΩ,查表得对应的温度为30 ℃,C正确.] 本题利用热敏电阻作传感器,将温度变化的信号转化为电信号,结合电子线路来控制加热电路.正确的电路分析、计算及理解热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线,是解决本类习题的关键.[跟进训练]1.(多选)电熨斗已经走进千家万户,特别是服装店更离不开它,现在的电熨斗具有自动控制温度的功能,可以通过双金属片来控制电路的通断.如图所示为电熨斗的结构示意图,关于电熨斗的控制电路,下列说法正确的是( )A.常温下,电熨斗的上下触点应该是分离的B.图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C.熨烫棉麻衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升D.熨烫丝绸衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升BD [常温下,上下触点接触,温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分开,起到调温作用,A错误;当温度升高时,双金属片向膨胀系数小的金属片所在处发生弯曲,触点断开,故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数,B正确;熨烫棉麻衣物时,需要较高温度,要调节调温旋钮,使升降螺钉下移,C错误;熨烫丝绸衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升,D正确.]2.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图,罩内装有发光二极管、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到发光二极管发出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是( )A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报D.以上说法均不正确C [发生火灾时,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,故选C.]考点2 自动控制电路的实例分析应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1.实验目的了解与传感器技术相关的物理知识,练习用传感器制作自动控制装置.2.实验器材二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线.3.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,如图所示.(1)当白天光线较强时,光敏电阻RG呈低电阻,与R分压后使晶闸管VS的门极处于低电平,VS处于关断状态,灯泡L不亮.(2)当夜幕降临时,光线减弱,RG呈高电阻,使VS的门极处于高电平,VS获得正向触发电压而导通,灯泡L发亮.(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.4.二极管VD、晶闸管VS的特性(1)二极管:具有单向导电性.当给二极管加正向电压时,它的阻值很小;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大.(2)晶闸管VS:当晶闸管承受反向电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态.当晶闸管承受正向电压时,仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通.5.实验步骤(1)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,调零后,测量电阻R的阻值,检查R是否符合要求.(2)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,调零后,用两表笔分别接二极管两极,然后将两表笔位置对调.若两次测量结果一次较小,一次很大,则二极管性能良好.(3)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,红表笔接晶闸管K极,黑表笔同时接通G、A极,在保持黑表笔不脱离A极的状态下断开G极,指针指示几十欧至一百欧,然后瞬时断开A极再接通,若指针指示∞位置,则表明晶闸管良好.(4)按照电路图,将各元件焊接、安装好.(5)检查各元件的连接,确保无误.(6)接通电源,观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态.6.注意事项(1)安装前,对所有器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装.(2)焊接时,管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接,焊接时间不宜过长.(3)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路,不可错接、反接.【典例2】 (人教版教材改编)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中有可用于路灯自动控制的开关.如图所示为实验所用器材,其中A为光敏电阻,B为电磁继电器,C为电流放大器,D为路灯,请连成电路,达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果,并说明此电路的工作原理.[思路点拨] 这类自动控制装置的基本流程:外界因素→敏感元件→电流信号→放大电路→电磁继电器→受控电路.[解析] 电路如图所示.工作原理:白天,光照强,光敏电阻A阻值小,控制电路中电流大,电磁铁磁力强,将衔铁吸合,两触点分离,路灯电路不通,灯不亮;傍晚,日落后光照弱,光敏电阻A阻值大,控制电路中电流小,电磁铁磁力弱,衔铁向上移使两触点接触,路灯电路接通,灯亮.[答案] 见解析 设计自动控制电路时的一般思路(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路:控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路既相互独立,又通过继电器相关联,继电器实际上是工作电路的开关.(2)分析自控电路的合理性:电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.比如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯点亮发光.[跟进训练]3.如图所示为自动水位报警器的示意图,在水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路, 灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通, 灯亮.[解析] 控制电路断开时,继电器弹片在弹簧作用下弹起,接通绿灯所在回路,绿灯亮;控制电路接通时,继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下,接通红灯所在回路,红灯亮.[答案] 绿 红1.传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求,它是实现自动检测和自动控制的首要环节.如图所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏电流计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体.已知电流从灵敏电流计左边接线柱流进电流计,指针向左偏.如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转,则( )A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大B.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在增大C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小D.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在减小D [电流计指针向左偏转,说明流过电流计G的电流方向由左→右,则导体芯A所带电荷量在减小,由Q=CU可知,导体芯A与液体形成的电容器的电容减小,根据电容的决定式C=可知液体的深度h在减小,故选D.]2.某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上).当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态.若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是( )A.当汽车加速前进时,甲灯亮B.当汽车加速前进时,乙灯亮C.当汽车刹车时,乙灯亮D.当汽车刹车时,甲、乙灯均不亮B [向右加速时,M向左移动,b与a接触,乙灯亮;当刹车时,M向右移动,b与c接触,甲灯亮,故选项B正确.]3.(多选)如图所示,甲图是录音机的录音电路原理图,乙图是研究自感现象的实验电路图,丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图,丁图是电容式话筒的电路原理图,下列说法正确的是( )A.甲图中录音机录音时,由于话筒的声电转换,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场B.乙图电路中,开关断开瞬间,灯泡会突然闪亮一下,并在开关处产生电火花C.丙图电路中,当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化D.丁图电路中,当声波使膜片振动时,电容发生变化,会在电路中产生变化的电流ACD [磁带录音机的录音原理是:录音时,话筒将声音先转变成强弱变化的电流,即声信号转换为电信号(这是利用了电磁感应现象),送到录音磁头,由题图甲可知,录音磁头是一个蹄形电磁铁,它的磁性强弱会随电信号变化,将电信号转换为磁信号(利用了电流的磁效应),故A正确;题图乙电路中,开关断开瞬间,灯泡立即熄灭,故B错误;光电三极管也是一种晶体管,它有三个电极.当光照强弱变化时,电极之间的电阻会随之变化.当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化,故C正确;电容话筒一样利用振膜接受空气振动信号,振膜与固定的平面电极之间形成一个电容,两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化.在电容两端施加固定频率及大小的电压,通过电容的电流就会变化,故D正确.故选ACD.]回归本节内容,自我完成以下问题:1.生活中的传感器有哪些?提示:有温度传感器、红外线传感器、光敏传感器、压力传感器等.2.红外线传感器的应用有哪些?提示:自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.3.温度传感器有哪些应用?提示:电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器.机器人1920年,捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小说中构思了一个机器人,名字叫Robot.他可以不吃饭,却能不知疲倦地工作,展现了人类持续多年的一种愿望.1947年,世界上第一个机器人在美国诞生.这是一台为反应堆搬运核燃料的简单机器,代替人来从事危险的工作.此后,由于现代制造业的需求,有关机器人的研究迅速发展起来.根据机器人的结构和功能,可以粗略地把它们分为三代.第一代机器人对外界没有感觉,只能按照编好的程序,由内部的计算机安排它的动作,例如汽车生产线上用于点焊的机器人.第二代机器人有了感觉,它身上安装的传感器能起到人的感官的作用.例如,利用光传感器能让机器人沿着地面上画出的白色轨迹运动;利用图像传感器能让机器人产生视觉来识别烧杯和铁块,当它的手拿着烧杯时,力传感器产生触觉会使它的手指感知压力和滑动,从而既能拿住又不会捏碎.第三代是智能机器人,是人们梦寐以求的,也是当前正在努力发展的.它以人工智能理论和现代信息技术为基础,能够自主地从经验中学习,不断完善自身的程序,增强自己的功能. (1)机器人可以粗略地分为几代?(2)机器人身上的什么起到人的感官作用?提示:(1)三代 (2)传感器课时分层作业(十六) 传感器的应用 用传感器制作自动控制装置?题组一 传感器的应用实例1.如图所示是温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电),则下列说法正确的是( )A.温度高于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮B.温度低于警戒温度时,电铃报警、指示灯熄灭C.温度高于警戒温度时,指示灯亮、电铃报警D.温度低于警戒温度时,指示灯亮、电铃不响D [温度高于警戒温度时,水银柱上升,控制电路处于接通状态,电磁铁中有电流通过,电磁铁有磁性,此时电铃通过常闭触点与工作电路接通,电路报警,此时通路状态指示灯的电路中没有电流,灯不亮,故A、C错误;温度低于警戒温度时,水银柱下降,控制电路处于开路状态,电磁铁没有电流通过,电磁铁没有磁性,此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通,通路状态指示灯亮,电路不报警,故B错误,D正确.]2.用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示.在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b两端接电源,Ⅳ是一小块放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使空气电离的粒子.正常情况下镅241放射出的粒子使两个极板间的空气电离,在a、b间形成较强的电流;发生火灾时,大量烟雾进入网罩Ⅰ内,烟尘颗粒吸收其中的带电粒子,导致电流发生变化,从而报警.下列说法中正确的是( )A.镅241射出的是α粒子,有烟雾时电流增强B.镅241射出的是α粒子,有烟雾时电流减弱C.镅241射出的是β粒子,有烟雾时电流增强D.镅241射出的是β粒子,有烟雾时电流减弱B [放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒子,知该粒子是α粒子.发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,使得电流减弱,故B正确,A、C、D错误.]3.小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制.经检查,恒温箱的控制器没有故障.如图所示,下列对故障判断正确的是( )A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障C [由恒温箱原理图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,故D错误.]4.教学楼过道灯的电路图如图所示,电路中的声传感器和光传感器实质就是声控开关和光控开关.在天黑以后,走过楼道时一跺脚灯就亮了;而白天无论怎样发出声响,灯都不会亮.下列分析正确的是( )A.白天有光照时,光传感器自动闭合B.夜晚无光照时,光传感器自动断开C.有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合D.夜晚狂风大作时,过道灯亮了,说明声传感器和光传感器都坏了C [白天有光照时,光传感器自动断开,夜晚无光照时,光传感器自动闭合;有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合;两个开关同时闭合,灯就会自动亮,故A、B错误,C正确;夜晚狂风大作时,过道灯亮了,说明声传感器和光传感器都没有损坏.故D错误.故选C.]5.(多选)传感器在日常生活中有着广泛的应用,它的种类多种多样,其性能也各不相同.以下有关传感器的说法正确的是( )A.办公大楼的大门能“看到”人的到来和离开而自动开或关,是光传感器的应用B.非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器C.空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器D.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,能控制电路的通断ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关,是由于人体会发出红外线,当传感器探测到人体发出的红外线后,门会自动打开,是光传感器的应用,故A正确;利用红外线的热效应可以制成多种开关,本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现,是利用光传感器而制成的,故B错误;空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,这是因为空调机使用温度传感器,故C正确;电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器作用是控制电路的通断,原理是不同的金属膨胀系数不同,故D正确.]6.(多选)如图所示为某电容传声器的结构示意图,当人对着传声器讲话,膜片会振动.若某次膜片振动时,膜片与极板间距离增大,则在此过程中( )A.膜片与极板间的电容变小B.极板的带电量增大C.膜片与极板间的电场强度增大D.电阻R中有电流通过AD [当膜片与极板间距离增大时,膜片与极板间的电容变小,A正确;由E=可知,膜片与极板间的电场强度减小,C错误;由Q=CU可知,极板所带电量减少,电容器处于放电状态,有电流通过电阻R,B错误,D正确.]7.如图所示为无人机高度预警系统电路图.电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是气压传感器(可等效为可变电阻).飞行高度越低,对气压传感器的压力越大,气压传感器的电阻值越小.当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启高位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启低位预警.下列说法正确的是( )A.U1B.U1=U2C.R2为定值电阻D.若定值电阻的阻值越大,开启高位预警时的位置越低C [控制开关接在R1两端,设电源的内阻为r,则根据闭合电路的欧姆定律有I=,当飞行高度过低,气压增大,气压传感器阻值减小,回路中总电阻减小,则电流增大,而根据题意,R1两端的电压要减小到一个定值U2,控制开关才会自动开启低位预警,则只有R1为气压传感器,R2为定值电阻才能满足控制要求,即U2=E-I2(R2+r),可知,当总电阻减小,电流增大,R1两端的电压才会减小;同理,当压力减小,R1增大,总电流减小,定值电阻R2与电源内阻分去的电压一定减小,从而使R1两端的电压增大,增大到某一数值U1,控制开关自动开启高位预警,因此有U1>U2,故A、B错误,C正确;根据闭合电路的欧姆定律有I1=,则U1=I1R1=,可知,当R2越大,在同一位置处U1就越小,而要使U1达到能够自动开启高位预警的电压值,则R1就需要增大,而气压传感器在越高的位置处阻值越大,因此可知,若定值电阻的阻值越大,开启高位预警时的位置越高,故D错误.故选C.]?题组二 自动控制电路的实例分析8.如图所示是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图.R是光敏电阻,R0是定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,EF接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起,下列关于该电路说法中正确的是( )A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间C.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间D.增大定值电阻R0的阻值可延长每天路灯照明时间D [日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,可知控制电路的电流增大了,而蓄电池电动势不变,根据闭合电路欧姆定律可知,控制电路的电阻变小了,因此当日光充足时,光敏电阻R阻值减小了,故A错误;在电阻不变的情况下增加电源电动势,控制电路电流增大,电磁继电器会把衔铁吸下,路灯不亮,因此减少了路灯照明时间,故B错误;LED路灯的盏数不影响控制电路,若考虑蓄电池的容量,则并联更多的LED路灯,亮起时会更快地消耗电能,反而会减少路灯的照明时间,故C错误;增大定值电阻R0,减小了控制电路的电流,增大了路灯照明时间,故D正确.]9.目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关.该延时开关的简化原理如图所示.图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关电路,当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合,这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭.根据上述信息和原理图,我们可推断:按钮开关K按下前,发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”),按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约 min.这一过程中发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”).限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足R RL的条件.[解析] 开关K按下前,S为断开的,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的.当按下开关K后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1 min后断开,故电灯L能持续发光1 min,由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R RL.[答案] 发光的 1 熄灭的 10.如图所示的电路中,GMR为一个磁敏电阻,它的阻值随所处空间磁场的增强而增大,电源的内阻不可忽略.闭合开关S1和S2后,当滑片P向右滑动时,则( )A.L1、L2都变暗B.L1、L2都变亮C.L1变暗、L2变亮D.L1变亮,L2变暗D [当滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电源电压不变,所以电磁铁电路中的电流减小,电磁铁的磁场减弱,磁敏电阻阻值减小,右边电路的外电路电阻减小,电流变大,路端电压减小,故灯泡L2变暗;由于通过L1支路的电流变大,故L1变亮,选项D正确.]11.物理学中用照度描述光的强弱,光越强照度越大,照度的单位为lx.某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统,光敏电阻在不同照度下的阻值如表所示.控制电路原理如图甲所示,电路中的电阻R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻,已知直流电源电动势E=3 V,内阻不计,实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图乙所示,当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统,则下列说法正确的是( )照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15A.R1为定值电阻,R2为光敏电阻B.照度越大,该电路控制开关两端的电压越大C.若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,该天18:00后照明系统即可工作D.该电路中定值电阻阻值越大,该天的照明系统工作的时间越长C [当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统,可知光照小时,控制开关两端电压大;根据表格数据可知光照强度小时,光敏电阻阻值大,则R1为光敏电阻,R2为定值电阻;照度越大,光敏电阻R1阻值越小,该电路控制开关两端的电压越小,故A、B错误;若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,18∶00时对应照度为0.4 lx,此时光敏电阻为40 kΩ,则控制开关两端电压U=·40 kΩ=2 V,照明系统开始工作,故C正确;该电路中定值电阻阻值越大,控制开关自动启动时对应的光敏电阻的阻值越大,此时对应照度越小,该天的照明系统工作的时间越短,故D错误.故选C.]12.一些材料的电阻随温度的升高而变化.如图甲所示是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为6 mA,内阻不计)、电阻箱R′串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.(1)电流刻度较大处对应的温度刻度 (选填“较大”或“较小”);(2)在50 ℃时,电路中的电流表的示数如图丙所示,电流表的读数为 mA,则电阻箱的阻值R′= Ω;(3)若电池的内阻不能忽略不计,则第(2)问电阻箱的阻值R′将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).[解析] (1)由题图甲可知,电阻阻值随温度升高而变大,因此根据欧姆定律,电流变大,电阻降低,温度也应该降低,因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小.(2)由题图丙可知,电流表分度值为0.1 mA,因此读数要多估读一位,因此读数为5.00 mA;在50 ℃时,电阻R阻值为150 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I=,可得电阻箱阻值R′=-R=150 Ω.(3)若电池的内阻不能忽略不计,则电阻箱的阻值R′和电源内阻之和为150 Ω,因此第(2)问电阻箱的阻值R′将偏大.[答案] (1)较小 (2)5.00 150 (3)偏大13.(9分)(2024·广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源.图甲是光照方向检测电路,所用器材有:电源E(电动势3 V)、电压表和(量程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干.图乙是实物图.图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上.控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方向检测电路无影响.请完成下列实验操作和判断.(1)电路连接.图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表间的实物图连线.(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试.①将图甲中R的滑片置于 端.用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小.②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置.的示数如图丙所示,读数U1为V,U2的示数为1.17 V.由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (选填“较大”或“较小”).③断开S.(3)光源跟踪测试.①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2.②闭合S,并启动控制单元.控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动.此时两电压表的示数U1[解析] (1)电路连线如图.(2)①将题图甲中的R的滑片置于b端.②电压表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则U1的读数为1.60 V;由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大,说明表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大.(3)由于两电压表的示数U1答案:(1)见解析图 (2)①b ②1.60 较大 (3)逆时针 U1=U21 / 22(共91张PPT)现代文阅读Ⅰ把握共性之“新” 打通应考之“脉”第五章 传感器第二节 传感器的应用 第三节 用传感器制作自动控制装置[学习目标] 1.列举传感器在日常生活中的应用;了解传感器在工、农业生产中的应用,知道航天航空中的传感器.2.理解常用传感器的工作原理和过程.3.通过利用传感器制作自动控制装置的过程,培养动手能力和解决问题的能力.必备知识·自主预习储备知识点一 生活中的传感器1.温度传感器的应用电饭煲、______、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器.电冰箱2.红外线传感器的应用______、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.3.光敏传感器的应用:______等.4.压力传感器的应用:______等.自动门照相机电子秤知识点二 传感器在工、农业生产和航天航空中的应用1.农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了____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____传感器和____传感器.湿度温度湿度2.工业生产中的传感器安全生产中,如将一种埋入式____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____传感器(如光栅传感器)对位移测量,从而实现精密加工.光纤位移3.航天航空中的传感器飞机保持一定飞行高度,当飞机高度变化时,大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号,并通过自动驾驶仪操纵升降舵,使飞机恢复给定高度;在运载火箭、载人飞船中,应用了传感器供____和____系统使用;对航天员的各种生理指标的测量有____传感器,如测量血压、心电图、体温等.遥测遥控生理1.思考判断(正确的画“√”,错误的画“×”)(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器. ( )(2)自动门利用了红外线传感器. ( )(3)指纹识别器是利用压力传感器. ( )(4)无人管理的自动灌溉系统,用到了温度传感器. ( )(5)位移测量装置用到了位移传感器. ( )√√××√2.关于传感器的应用,下列说法中正确的是( )A.电熨斗是通过感温铁氧体的作用控制电路的通断的B.电子秤能通过应变片把力这个力学量转换为电学量进行测量C.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号D.热敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的√B [电熨斗是通过双金属片温度传感器来实现温度的自主控制,故A错误;电子秤是通过应变片这个压力传感器把力学量转换为电学量进行测量的,故B正确;话筒是一种常用的声传感器,其作用是将声信号转换为电信号,故C错误;热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量的,故D错误.]3.类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯.下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )A.是力传感器 B.是光传感器C.是温度传感器 D.是声音传感器√B [遇到障碍物会绕开,说明它是光传感器,B正确,A、C、D错误.]关键能力·情境探究达成(1)日光灯的启动器(结构如图所示)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?提示: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.(2)如图所示,水箱水位自动报警器是如何工作的?提示:正常生产时,水位较高.继电器中的线圈有电流通过,衔铁1被向下吸引,与触头2接触,B灯亮.水位下降到一定高度后,继电器中线圈没有电流通过了,则衔铁1与触头3接触,A灯亮.考点1 传感器的应用实例1.力传感器的应用——电子秤(1)构成:电子秤的测力装置是力传感器,常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成.如图所示.(2)电子秤工作原理:→→→(3)应用:力传感器常用于测量汽车载重,以及商店超市的电子秤.2.温度传感器的应用(1)电熨斗.①温度传感器:由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制.②电熨斗的自动控温原理:其内部装有双金属片温度传感器,如图所示:常温下,上下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,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)电饭锅.①结构:如图所示,它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的.它的特点是:常温下具有磁性,能被磁体吸引,但是温度上升到约103 ℃时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了.②工作原理:电饭锅工作时,按下开关按钮,感温磁体与永磁体接触,两个接线螺钉通过触点相连,电路接通,开始工作,电饭锅内温度升高,当达到103 ℃时,感温磁体与永磁体分离,带动触点分离,电路断开,不再加热,电饭锅停止工作.3.光传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器,其工作原理是:带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.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.【典例1】 如图甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示,a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在( )A.10 ℃ B.20 ℃ C.30 ℃ D.45 ℃√C [由题可知Uab=0是一个电压的临界点,对应着开关S的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降.由电路图可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负.设电源负极的电势为零,则φa=U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得,代入数据得RT=20 kΩ,查表得对应的温度为30 ℃,C正确.]规律方法 本题利用热敏电阻作传感器,将温度变化的信号转化为电信号,结合电子线路来控制加热电路.正确的电路分析、计算及理解热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线,是解决本类习题的关键.[跟进训练]1.(多选)电熨斗已经走进千家万户,特别是服装店更离不开它,现在的电熨斗具有自动控制温度的功能,可以通过双金属片来控制电路的通断.如图所示为电熨斗的结构示意图,关于电熨斗的控制电路,下列说法正确的是( )A.常温下,电熨斗的上下触点应该是分离的B.图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数C.熨烫棉麻衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升D.熨烫丝绸衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升√√BD [常温下,上下触点接触,温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分开,起到调温作用,A错误;当温度升高时,双金属片向膨胀系数小的金属片所在处发生弯曲,触点断开,故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数,B正确;熨烫棉麻衣物时,需要较高温度,要调节调温旋钮,使升降螺钉下移,C错误;熨烫丝绸衣物时,应旋转调温旋钮,使升降螺钉上升,D正确.]2.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图,罩内装有发光二极管、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到发光二极管发出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是( )A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报D.以上说法均不正确√C [发生火灾时,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,故选C.]考点2 自动控制电路的实例分析应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1.实验目的了解与传感器技术相关的物理知识,练习用传感器制作自动控制装置.2.实验器材二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线.3.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,如图所示.(1)当白天光线较强时,光敏电阻RG呈低电阻,与R分压后使晶闸管VS的门极处于低电平,VS处于关断状态,灯泡L不亮.(2)当夜幕降临时,光线减弱,RG呈高电阻,使VS的门极处于高电平,VS获得正向触发电压而导通,灯泡L发亮.(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.4.二极管VD、晶闸管VS的特性(1)二极管:具有单向导电性.当给二极管加正向电压时,它的阻值很小;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大.(2)晶闸管VS:当晶闸管承受反向电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态.当晶闸管承受正向电压时,仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通.5.实验步骤(1)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,调零后,测量电阻R的阻值,检查R是否符合要求.(2)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,调零后,用两表笔分别接二极管两极,然后将两表笔位置对调.若两次测量结果一次较小,一次很大,则二极管性能良好.(3)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡,红表笔接晶闸管K极,黑表笔同时接通G、A极,在保持黑表笔不脱离A极的状态下断开G极,指针指示几十欧至一百欧,然后瞬时断开A极再接通,若指针指示∞位置,则表明晶闸管良好.(4)按照电路图,将各元件焊接、安装好.(5)检查各元件的连接,确保无误.(6)接通电源,观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态.6.注意事项(1)安装前,对所有器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装.(2)焊接时,管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接,焊接时间不宜过长.(3)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路,不可错接、反接.【典例2】 (人教版教材改编)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中有可用于路灯自动控制的开关.如图所示为实验所用器材,其中A为光敏电阻,B为电磁继电器,C为电流放大器,D为路灯,请连成电路,达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果,并说明此电路的工作原理.[思路点拨] 这类自动控制装置的基本流程:外界因素→敏感元件→电流信号→放大电路→电磁继电器→受控电路.[解析] 电路如图所示.工作原理:白天,光照强,光敏电阻A阻值小,控制电路中电流大,电磁铁磁力强,将衔铁吸合,两触点分离,路灯电路不通,灯不亮;傍晚,日落后光照弱,光敏电阻A阻值大,控制电路中电流小,电磁铁磁力弱,衔铁向上移使两触点接触,路灯电路接通,灯亮.[答案] 见解析规律方法 设计自动控制电路时的一般思路(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路:控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路既相互独立,又通过继电器相关联,继电器实际上是工作电路的开关.(2)分析自控电路的合理性:电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.比如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯点亮发光.[跟进训练]3.如图所示为自动水位报警器的示意图,在水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路,______________灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,______________灯亮.绿 红[解析] 控制电路断开时,继电器弹片在弹簧作用下弹起,接通绿灯所在回路,绿灯亮;控制电路接通时,继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下,接通红灯所在回路,红灯亮.学习效果·随堂评估自测1.传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求,它是实现自动检测和自动控制的首要环节.如图所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏电流计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体.已知电流从灵敏电流计左边接线柱流进电流计,指针向左偏.如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转,则( )A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大B.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在增大C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小D.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在减小√D [电流计指针向左偏转,说明流过电流计G的电流方向由左→右,则导体芯A所带电荷量在减小,由Q=CU可知,导体芯A与液体形成的电容器的电容减小,根据电容的决定式C=可知液体的深度h在减小,故选D.]2.某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片的间隙很小(b固定在金属块上).当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态.若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是( )A.当汽车加速前进时,甲灯亮B.当汽车加速前进时,乙灯亮C.当汽车刹车时,乙灯亮D.当汽车刹车时,甲、乙灯均不亮√B [向右加速时,M向左移动,b与a接触,乙灯亮;当刹车时,M向右移动,b与c接触,甲灯亮,故选项B正确.]3.(多选)如图所示,甲图是录音机的录音电路原理图,乙图是研究自感现象的实验电路图,丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图,丁图是电容式话筒的电路原理图,下列说法正确的是( )A.甲图中录音机录音时,由于话筒的声电转换,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场B.乙图电路中,开关断开瞬间,灯泡会突然闪亮一下,并在开关处产生电火花C.丙图电路中,当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化D.丁图电路中,当声波使膜片振动时,电容发生变化,会在电路中产生变化的电流√√√ACD [磁带录音机的录音原理是:录音时,话筒将声音先转变成强弱变化的电流,即声信号转换为电信号(这是利用了电磁感应现象),送到录音磁头,由题图甲可知,录音磁头是一个蹄形电磁铁,它的磁性强弱会随电信号变化,将电信号转换为磁信号(利用了电流的磁效应),故A正确;题图乙电路中,开关断开瞬间,灯泡立即熄灭,故B错误;光电三极管也是一种晶体管,它有三个电极.当光照强弱变化时,电极之间的电阻会随之变化.当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化,故C正确;电容话筒一样利用振膜接受空气振动信号,振膜与固定的平面电极之间形成一个电容,两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化.在电容两端施加固定频率及大小的电压,通过电容的电流就会变化,故D正确.故选ACD.]提示:有温度传感器、红外线传感器、光敏传感器、压力传感器等.回归本节内容,自我完成以下问题:1.生活中的传感器有哪些?提示:自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.2.红外线传感器的应用有哪些?3.温度传感器有哪些应用?提示:电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器.阅读材料·拓宽物理视野机器人1920年,捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小说中构思了一个机器人,名字叫Robot.他可以不吃饭,却能不知疲倦地工作,展现了人类持续多年的一种愿望.1947年,世界上第一个机器人在美国诞生.这是一台为反应堆搬运核燃料的简单机器,代替人来从事危险的工作.此后,由于现代制造业的需求,有关机器人的研究迅速发展起来.根据机器人的结构和功能,可以粗略地把它们分为三代.第一代机器人对外界没有感觉,只能按照编好的程序,由内部的计算机安排它的动作,例如汽车生产线上用于点焊的机器人.第二代机器人有了感觉,它身上安装的传感器能起到人的感官的作用.例如,利用光传感器能让机器人沿着地面上画出的白色轨迹运动;利用图像传感器能让机器人产生视觉来识别烧杯和铁块,当它的手拿着烧杯时,力传感器产生触觉会使它的手指感知压力和滑动,从而既能拿住又不会捏碎.第三代是智能机器人,是人们梦寐以求的,也是当前正在努力发展的.它以人工智能理论和现代信息技术为基础,能够自主地从经验中学习,不断完善自身的程序,增强自己的功能.问题 (1)机器人可以粗略地分为几代?(2)机器人身上的什么起到人的感官作用?提示:(1)三代 (2)传感器题号135246879101112课时分层作业(十六) 传感器的应用 用传感器制作自动控制装置13?题组一 传感器的应用实例1.如图所示是温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电),则下列说法正确的是( )A.温度高于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮B.温度低于警戒温度时,电铃报警、指示灯熄灭C.温度高于警戒温度时,指示灯亮、电铃报警D.温度低于警戒温度时,指示灯亮、电铃不响√题号135246879101112题号13524687910111213D [温度高于警戒温度时,水银柱上升,控制电路处于接通状态,电磁铁中有电流通过,电磁铁有磁性,此时电铃通过常闭触点与工作电路接通,电路报警,此时通路状态指示灯的电路中没有电流,灯不亮,故A、C错误;温度低于警戒温度时,水银柱下降,控制电路处于开路状态,电磁铁没有电流通过,电磁铁没有磁性,此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通,通路状态指示灯亮,电路不报警,故B错误,D正确.]2.用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示.在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b两端接电源,Ⅳ是一小块放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使空气电离的粒子.正常情况下镅241放射出的粒子使两个极板间的空气电离,在a、b间形成较强的电流;发生火灾时,大量烟雾进入网罩Ⅰ内,烟尘颗粒吸收其中的带电粒子,导致电流发生变化,从而报警.下列说法中正确的是( )A.镅241射出的是α粒子,有烟雾时电流增强B.镅241射出的是α粒子,有烟雾时电流减弱C.镅241射出的是β粒子,有烟雾时电流增强D.镅241射出的是β粒子,有烟雾时电流减弱题号135246879101112√题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213B [放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒子,知该粒子是α粒子.发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,使得电流减弱,故B正确,A、C、D错误.]√题号135246879101112题号135246879101112题号135246879101112133.小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制.经检查,恒温箱的控制器没有故障.如图所示,下列对故障判断正确的是( )A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213C [由恒温箱原理图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,故D错误.]题号135246879101112√题号135246879101112题号135246879101112134.教学楼过道灯的电路图如图所示,电路中的声传感器和光传感器实质就是声控开关和光控开关.在天黑以后,走过楼道时一跺脚灯就亮了;而白天无论怎样发出声响,灯都不会亮.下列分析正确的是( )A.白天有光照时,光传感器自动闭合B.夜晚无光照时,光传感器自动断开C.有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合D.夜晚狂风大作时,过道灯亮了,说明声传感器和光传感器都坏了题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213C [白天有光照时,光传感器自动断开,夜晚无光照时,光传感器自动闭合;有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合;两个开关同时闭合,灯就会自动亮,故A、B错误,C正确;夜晚狂风大作时,过道灯亮了,说明声传感器和光传感器都没有损坏.故D错误.故选C.]题号135246879101112√题号135246879101112题号135246879101112135.(多选)传感器在日常生活中有着广泛的应用,它的种类多种多样,其性能也各不相同.以下有关传感器的说法正确的是( )A.办公大楼的大门能“看到”人的到来和离开而自动开或关,是光传感器的应用B.非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器C.空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器D.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,能控制电路的通断√√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关,是由于人体会发出红外线,当传感器探测到人体发出的红外线后,门会自动打开,是光传感器的应用,故A正确;利用红外线的热效应可以制成多种开关,本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现,是利用光传感器而制成的,故B错误;空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,这是因为空调机使用温度传感器,故C正确;电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器作用是控制电路的通断,原理是不同的金属膨胀系数不同,故D正确.]题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213√6.(多选)如图所示为某电容传声器的结构示意图,当人对着传声器讲话,膜片会振动.若某次膜片振动时,膜片与极板间距离增大,则在此过程中( )A.膜片与极板间的电容变小B.极板的带电量增大C.膜片与极板间的电场强度增大D.电阻R中有电流通过题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213AD [当膜片与极板间距离增大时,膜片与极板间的电容变小,A正确;由E=可知,膜片与极板间的电场强度减小,C错误;由Q=CU可知,极板所带电量减少,电容器处于放电状态,有电流通过电阻R,B错误,D正确.]题号135246879101112√题号135246879101112题号135246879101112137.如图所示为无人机高度预警系统电路图.电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是气压传感器(可等效为可变电阻).飞行高度越低,对气压传感器的压力越大,气压传感器的电阻值越小.当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启高位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启低位预警.下列说法正确的是( )A.U1B.U1=U2C.R2为定值电阻D.若定值电阻的阻值越大,开启高位预警时的位置越低题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213C [控制开关接在R1两端,设电源的内阻为r,则根据闭合电路的欧姆定律有I=,当飞行高度过低,气压增大,气压传感器阻值减小,回路中总电阻减小,则电流增大,而根据题意,R1两端的电压要减小到一个定值U2,控制开关才会自动开启低位预警,则只有R1为气压传感器,R2为定值电阻才能满足控制要求,即U2=E-I2(R2+r),可知,当总电阻减小,电流增大,R1两端的电压才会减小;同理,当压力减小,R1增大,总电流减小,定值电阻R2与电源内阻分去的电压一定减小,从而使R1两端的电压增大,增大到某题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213一数值U1,控制开关自动开启高位预警,因此有U1>U2,故A、B错误,C正确;根据闭合电路的欧姆定律有I1=,则U1=I1R1=,可知,当R2越大,在同一位置处U1就越小,而要使U1达到能够自动开启高位预警的电压值,则R1就需要增大,而气压传感器在越高的位置处阻值越大,因此可知,若定值电阻的阻值越大,开启高位预警时的位置越高,故D错误.故选C.]题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213?题组二 自动控制电路的实例分析8.如图所示是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图.R是光敏电阻,R0是定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,EF接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起,下列关于该电路说法中正确的是( )A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间C.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间D.增大定值电阻R0的阻值可延长每天路灯照明时间题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213D [日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,可知控制电路的电流增大了,而蓄电池电动势不变,根据闭合电路欧姆定律可知,控制电路的电阻变小了,因此当日光充足时,光敏电阻R阻值减小了,故A错误;在电阻不变的情况下增加电源电动势,控制电路电流增大,电磁继电器会把衔铁吸下,路灯不亮,因此减少了路灯照明时间,故B错误;LED路灯的盏数不影响控制电路,若考虑蓄电池的容量,则并联更多的LED路灯,亮起时会更快地消耗电能,反而会减少路灯的照明时间,故C错误;增大定值电阻R0,减小了控制电路的电流,增大了路灯照明时间,故D正确.]9.目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关.该延时开关的简化原理如图所示.图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关电路,当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合,这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭.根据上述信息和原理图,我们可推断:题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213按钮开关K按下前,发光二极管是___________(选填“发光的”或“熄灭的”),按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约_____min.这一过程中发光二极管是_________(选填“发光的”或“熄灭的”).限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足R_______RL的条件.发光的 1 熄灭的 题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213[解析] 开关K按下前,S为断开的,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的.当按下开关K后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1 min后断开,故电灯L能持续发光1 min,由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R RL.题号135246879101112题号135246879101112题号1352468791011121310.如图所示的电路中,GMR为一个磁敏电阻,它的阻值随所处空间磁场的增强而增大,电源的内阻不可忽略.闭合开关S1和S2后,当滑片P向右滑动时,则( )A.L1、L2都变暗B.L1、L2都变亮C.L1变暗、L2变亮D.L1变亮,L2变暗√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213D [当滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电源电压不变,所以电磁铁电路中的电流减小,电磁铁的磁场减弱,磁敏电阻阻值减小,右边电路的外电路电阻减小,电流变大,路端电压减小,故灯泡L2变暗;由于通过L1支路的电流变大,故L1变亮,选项D正确.]题号135246879101112题号135246879101112题号1352468791011121311.物理学中用照度描述光的强弱,光越强照度越大,照度的单位为lx.某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统,光敏电阻在不同照度下的阻值如表所示.控制电路原理如图甲所示,电路中的电阻R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻,已知直流电源电动势E=3 V,内阻不计,实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图乙所示,当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统,则下列说法正确的是( )题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15A.R1为定值电阻,R2为光敏电阻B.照度越大,该电路控制开关两端的电压越大C.若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,该天18:00后照明系统即可工作D.该电路中定值电阻阻值越大,该天的照明系统工作的时间越长题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213C [当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统,可知光照小时,控制开关两端电压大;根据表格数据可知光照强度小时,光敏电阻阻值大,则R1为光敏电阻,R2为定值电阻;照度越大,光敏电阻R1阻值越小,该电路控制开关两端的电压越小,故A、B错误;若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,18∶00时对应照度为0.4 lx,此时光敏电阻为40 kΩ,则控制开关两端电压U=·40 kΩ=2 V,照明系统开始工作,故C正确;该电路中定值电阻阻值越大,控制开关自动启动时对应的光敏电阻的阻值越大,此时对应照度越小,该天的照明系统工作的时间越短,故D错误.故选C.]题号135246879101112题号135246879101112题号1352468791011121312.一些材料的电阻随温度的升高而变化.如图甲所示是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为6 mA,内阻不计)、电阻箱R′串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213(1)电流刻度较大处对应的温度刻度____________(选填“较大”或“较小”);(2)在50 ℃时,电路中的电流表的示数如图丙所示,电流表的读数为_________ mA,则电阻箱的阻值R′=__________Ω;(3)若电池的内阻不能忽略不计,则第(2)问电阻箱的阻值R′将_________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).较小 5.00 150 偏大题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213[解析] (1)由题图甲可知,电阻阻值随温度升高而变大,因此根据欧姆定律,电流变大,电阻降低,温度也应该降低,因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小.(2)由题图丙可知,电流表分度值为0.1 mA,因此读数要多估读一位,因此读数为5.00 mA;在50 ℃时,电阻R阻值为150 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I=,可得电阻箱阻值R′=-R=150 Ω.(3)若电池的内阻不能忽略不计,则电阻箱的阻值R′和电源内阻之和为150 Ω,因此第(2)问电阻箱的阻值R′将偏大.题号135246879101112题号1352468791011121313.(9分)(2024·广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源.图甲是光照方向检测电路,所用器材有:电源E(电动势3 V)、电压表 和 (量程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干.图乙是实物图.图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上.控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方向检测电路无影响.请完成下列实验操作和判断.题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号13524687910111213(1)电路连接.图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表 间的实物图连线.(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试.①将图甲中R的滑片置于_____端.用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小.②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置. 的示数如图丙所示,读数U1为________V,U2的示数为1.17 V.由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值_________(选填“较大”或“较小”).③断开S.见解析图b 1.60 较大 题号135246879101112题号13524687910111213(3)光源跟踪测试.①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2.②闭合S,并启动控制单元.控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动.此时两电压表的示数U1逆时针 U1=U2题号135246879101112题号13524687910111213[解析] (1)电路连线如图.题号135246879101112题号13524687910111213(2)①将题图甲中的R的滑片置于b端.②电压表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则U1的读数为1.60 V;由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大,说明表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大.(3)由于两电压表的示数U1谢 谢! 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第五章 第二节 传感器的应用 第三节 用传感器制作自动控制装置.docx 第五章 第二节 传感器的应用 第三节 用传感器制作自动控制装置.pptx