人教版物理选修3-2基础夯实训练-6.3《实验：传感器的应用》.doc

高中物理 新人教版 选修 ３ - ２ 系列课件 第六章 《 传感器 》 第三节 《 传感器的应（二） 》 教学目标 1 ．知识与技能： （ 1 ）理解温度传感器的应用 ―― 电饭锅的工作原理。（ 2 ）理解温度传感器的应用 ―― 测温仪的工作原理。 (3) 理解光电传感器的应用 ―― 鼠标器的工作原理（ 4 ）理解光电传感器的应用 ―― 火灾报警器的工作原理。 2 ．过程与方法： （ 1 ）通过对电饭锅的构造和原理的探究以及测温仪的了解，进一步地深入认识温度传感器的应用 （ 2 ）通过对鼠标器以及火灾报警器的原理的探究，认识光传感器的应用。 3 ．情感、态度与价值观 培养学生的学习兴趣，激发创造的欲望。 【 教学重点 】 温度、光传感器的应用原理及结构。 【 教学难点 】 温度、光传感器的应用原理及结构。 【 教学方法 】 PPT 课件，演示实验，讲授 【 教学用具 】 电饭锅，鼠标器，烟雾式火灾报警器 复习 : 1 、 传感器应用的一般模式 ? 非电学量 电学量 2 、 制作传感器常用的敏感元件 : 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件 分别 能将什么量转化为什么量 ? 光敏电阻： 光照强弱 转化为 电阻 . 热敏电阻： 温度 转化为 电阻 . 霍尔元件： 磁感应强度 转化为 电压 . 复习 : 转化为 3 、 力传感器、 声传感器、 温度传感器 的 作用 ? 力传感器 : 力信号 转化为 电信号 . ( 形变 转化为 电压 ) 声传感器 : 声信号 转化为 电信号 . 温度传感器 : 自动控制 开关 . 复习 : 问题 : 电饭锅烧饭饭熟后会自动断开 ? 电饭锅烧水水开后能自动断开 ? 回顾在家煮饭的过程 ? 三、温度传感器的应用 4. 电饭锅 阅读教材第 59 页第 1 段，回答问题 : (1) 电饭锅中使用的 温度传感器的主要元件是什么？ (2) 感温铁氧体的组成物质是什么？ (3) 感温铁氧体有何特点？ (4) 什么是 “居里点” ？ 答 : ( 1 ) 感温铁氧体 . ( 2 ) 氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 . (3) 常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引。温度达到约 103℃ 时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。 (4) 使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫 居里温度 . 三、温度传感器的应用 4. 电饭锅 构造 工作原理 : (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，锅底的温度会有什么变 化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作 ? (4) 如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电 ? 答 : ( 1) 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。 4. 电饭锅 (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 ? 答 : ( 2) 水沸腾后 , 由于锅内保持 100 0 C 不变 , 故感温磁体仍与永磁体相吸 , 继续加热 . 故锅内大致保持 100 0 C 不变 . 工作原理 : 4. 电饭锅 (3) 饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？ 答 : ( 3) 饭熟后 , 水分被大米吸收 , 锅底温度升高 , 当温度升至“居里点 103 0 C ” 时 , 感温磁体失去铁磁性 , 在弹簧作用下 , 永磁体被弹开 , 触点分离 , 切断电源 , 从而停止加热． 工作原理 : 4. 电饭锅 (4) 如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电 ? 答 :(4) 如果用电饭锅烧水 , 水沸腾后 , 锅内保持 100 0 C 不变 , 温度低于 “居里点 103 0 C” , 电饭锅不能自动断电 . 只有水烧干后 , 温度升高到 103 0 C 才能自动断电 . 工作原理 : 4. 电饭锅 叙述电饭锅的工作过程 ? 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持 100 0 C 不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至 “居里点 103 0 C” 时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热． 练习 1 ： 如图所示是电饭煲的电路图 ,S 1 是一个限温开关 , 手动闭合 , 当此开关的温度达到居里点 (103 0 C) 时会自动断开 ,S 2 是一个自动温控开关 , 当温度低于约 70 0 C 时会自动闭合 , 温度高于 80 0 C 时会自动断开 , 红灯是加热状态时的指示灯 , 黄灯是保温状态时的指示灯 , 限流电阻 R 1 ＝ R 2 ＝ 500Ω, 加热电阻丝 R 3 ＝ 50Ω, 两灯电阻不计． (1) 根据电路分析 , 叙述电饭煲煮饭的全过程 ( 包括加热和保温过程 ) ． (2) 简要回答 , 如果不闭合开 关 S 1 , 电饭煲能将饭煮熟吗 ? (3) 计算加热和保温两种状 态下 , 电饭煲的消耗功率之比 . 12:1 2003 年的那个春天，一头恶魔冲进中华大地，一夜之间，国人无不谈 SARS 色变．但在全国人民的共同努力下，终于将这头恶魔降服，并彻底消灭，在抗击 SARS 的过程中，许多公共场合都使用了非接触式 红外测温仪 ． 湖南师大附中在防治“非典”工作中对学校实施严格的防控管理，每天早上 6 点至 7 点对进校师生进行身体检查，确保师生人身安全和健康 . 图为校医为学生测量体温。 三、温度传感器的应用 5. 测温仪 阅读教材第 60 页，思考并回答问题 : (1) 温度传感器测温仪有何优点 ? (2) 常见的测温元件有哪些 ? 答 :(1) 可以远距离读取温度的数值 . 因为温度信号变成电信号后可以远距离传输 . (2) 热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等． 三、温度传感器的应用 5. 测温仪 非接触式红外测温仪 由于物体的温度不同，发射红外线的情况也不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温． 三、温度传感器的应用 5. 测温仪 热电偶 : T 1 T 2 T 1 ≠T 2 mA 将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路，当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势 , 因而在回路中形成电流 , 这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 三、温度传感器的应用 5. 测温仪 将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接 , 可以实现数据采集、处理、画图的智能化功能 . 三、温度传感器的应用 5. 测温仪 在工农业生产中经常用到自动控制装置，而设计自动控制装置很多情况下要用到传感器．如光电传感器，把光信号转化为电信号，然后对电信号进行放大，再将电信号输入到相应的装置，进而完成相应的自动控制。 例： 光控门 光控门原理 光控开关电路 练习 2 ： 计算机光驱的主要部件是激光头 , 它可以发射脉冲激光信号 , 激光扫描光盘信息时 , 激光头利用光敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统 , 再通过计算机显示出来相应的信息 . 光敏电阻的自动计数示意图如图所示 , 其中 R 1 为光敏电阻 ,R 2 为定值电阻 , 此光电计数器的基本工作原理是 ( ) A 、当有激光照射 R 1 时 , 处理系统获得高电压 ; B 、当有激光照射 R 1 时 , 处理系统获得低电压 ; C 、信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 ; D 、信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 . 信号处理系统 R2 R1 激光 BD 四、光传感器的应用 1 、 机械式 鼠标器 (1) 机械式鼠标器的组成 ? 哪个元件是光传感器 ? (2) 机械式鼠标器的工作原理 ? 阅读教材第 61 页，思考并回答问题 : 四、光传感器的应用 1 、 机械式 鼠标器 (1) 机械式 鼠标器 的 组成 滚球、滚轴与码盘、红外发射管与 红外接收管 ( 光传感器 ) (2) 机械式 鼠标器 的 工作原理 鼠标器移动时，滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动， 红外接收管 就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号 . 计算机分别统计 x 、 y 两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。 许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。 四、光传感器的应用 2 、 烟雾散射式 火灾报警器 四、光传感器的应用 2 、 烟雾散射式 火灾报警器 阅读教材第 61 页，思考并回答问题 : (1) 烟雾散射火灾报警器的 组成 ? (2) 烟雾散射火灾 报警器的工作 原 理 ? 四、光传感器的应用 2 、 烟雾散射式 火灾报警器 光电三极管 是 烟雾火警报警器中的 光传感器 工作原理 : 报警器带孔 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． 四、光传感器的应用 2 、 烟雾散射式 火灾报警器 来自 BBC 的报道，日本大阪大学科学家日前发明出一种完全具有人类女性外貌的机器人 “ Repliee Q 1 ”.“ 她”能眨眼 , 说话 , 做手势 , 甚至呼吸！皮肤则由类似人类皮肤的硅化物覆盖。 常见的 热传感器 有 : 热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等． 小结: 6.3传感器的应用(二) 常见的 光传感器 有： 光敏电阻、光电管、光电二极管及光电三极管 【 例 1】 如图甲为在温度为 10 0 C 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻 R 1 =20kΩ ， R 2 =10 kΩ ， R 3 =40 kΩ ， R t 为热敏电阻 , 它的电阻随温度变化的图线如图乙所示 . 当 a 、 b 端电压 Uab 0 时，电压鉴别器使 S 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在 _________ 0 C ． 【 例 2】 图示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。 A 为光源， B 为光电接收器， A 、 B 均固定在车身上， C 为小车的车轮， D 为与 C 同轴相连的齿轮。车轮转动时， A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被 B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为 n ，累计脉冲数为 N ，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是 ，小车速度的表达式为 v= ；行程的表达式为 = 。 再见