《大显身手的传感器》学案（鲁科选修）.doc

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1、5.3《大显身手的传感器》学案【学习目标】1．了解自动洗衣机水位控制原理。2．了解自动门的工作原理。3．了解指纹识别器的大致原理。4．了解机器人中应用的传感器。5．体会科学技术给人类带来的便利。【学习重点】　各种传感器的大致原理【知识要点】1．压力传感器力传感器在生产和生活中有广泛的应用，经常见到的电子秤、全自动洗衣机的水位控制装置等，它们所用的测力装置是压力传感器。2．自动门的控制控制自动门开关的，是一种红外线传感器，它能够探测到较远距离的人体发出的微弱红外线。当有人接近自动门时，传感器接收到人体发出的红外线，产生电压输出信号；信号经

2、过电路处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭。3．指纹识别器其原理是：在传感器表面集成阵列电容器极板，外面是层绝缘表面，当把手指放在绝缘表面上时，皮肤就成了另一面的电容阵列极板。不同的人指纹不同，其电容器的电容值也不相同，从而获取指纹信息，产生电信号，再经过电路对电信号比较来识别指纹。4．传感器与机器人机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。【典型例题】例如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑

3、线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g。求：（1）托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离xl．3/3（2）托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2．显示屏信号转换器放大器UMNORABP1P2E托盘物体（

4、3）在托盘上未放物体时通常先核准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为xl，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．分析：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比。解析：（1）由力的平衡知识知：解得（2）放上重物重新平衡后，解得（3）由闭合电路欧姆定律知E=IR由部分电路欧姆定律：U=IRx由，其中x为P1、P2间的距离，Rx为P1、P2间的电阻，则联立解

5、得【反思】收获疑问【达标训练】1．下列说法正确的是A．金属导体的电阻率随温度增加而减小B．半导体的电阻率随温度增加而增大C．用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D．用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用3/3答案：CD2．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱答案：C（R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，

6、外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错）触点0102030405060708090100200300400500R/Ωt/℃衔铁热敏电阻E=6Vr=0电磁铁(a)(b)3．如图所示为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用热敏电阻和继电器做成温控电路。（1）简要分析温控电路的工作过程:_______________________________________________________________________________________________

7、_____________。(2)设继电器的线圈电阻为50Ω，继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？答案：（1）温度升高，热敏电阻的阻值变小，继电器线圈中的电流增加。温度升高到一临界值t0时，继电器线圈中的电流将达到或超过继电器的动作电流时，继电器将吸合，右侧电路接通，小灯泡发光，当温度低于t0时，继电器线圈中的电流小于动作电流，右侧电路断开，小灯泡不亮。（2）当t≥t0=50℃时，右侧小灯泡发光。3/3