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9高考物理总复习课件 传感器的简单应用.ppt

9高考物理总复习课件 传感器的简单应用

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2019-06-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《9高考物理总复习课件 传感器的简单应用ppt》,可适用于综合领域

传感器的简单应用传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电容等)的一种组件起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成如:一、传感器的含义转换器件敏感元件转换电路二、传感器的分类力电传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转化为电学信号(电压、电流等)的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。()测物体的质量()测物体加(角)速度例题:加速度计是测定物体加速度的仪器它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图当系统加速时加速度计中的敏感元件也处于加速状态敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上支架与待测系统固定在一起敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由滑动当系统加速运动时敏感元件发生位移并转化为电信号输出已知:敏感元件的质量为m两弹簧的劲度系数为k电源的电动势为E内电阻不计滑动变阻器的总电阻为R有效长度为L静态时输出电压为U。试求加速度a与输出电压U的关系式。①滑动触头左右移动过程中电路中电流如何变化?②若车的加速度大小为a则两弹簧的形变量是多少?③求加速度a与输出电压U的关系式角速度计()测物体加(角)速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时元件A发生位移并输出相应的电压信号成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m弹簧的劲度系数为k、自然长度为l电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l电阻分布均匀系统静止时P在B点当系统以角速度ω转动时试写出输出电压U与ω的函数式。解:设弹簧伸长x,则kx=mω(lx)∴x=mωl/(kmω)设滑动变阻器单位长度的电阻为rU=IRx=Exrlr=Exl∴U=Emω/(kmω)返回例惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止弹簧处于自然长度。滑块上有指针可通过标尺测出滑块的位移然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动指针向左偏离O点的距离为S则这段时间内导弹的加速度()A方向向左大小为kSmB.方向向右大小为kSmC.方向向左大小为kSmD方向向右大小为kSmD若电位器(可变电阻)总长度为L其电阻均匀两端接在稳压电源U上当导弹以加速度a沿水平方向运动时与滑块连接的滑动片P产生位移此时可输出一个电信号U作为导弹惯性制导系统的信息源为控制导弹运动状态输入信息试写出U与a的函数关系式。解:a=kSm∴S=makU=URxR=USL=maUkL=mUakL∝a()测力例题:(风力测定仪)如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图图中P为金属球悬挂在一细长裸金属丝下面O是悬挂点R是保护电阻CD是水平放置的光滑电阻丝与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触无风时细金属丝与电阻丝在C点接触此时电路中的电流为I有风时细金属丝将偏转一角度θ(θ与风力大小有关)细金属丝与电阻丝在C点接触已知风力方向水平向左OC=hCD=L球的质量为M电阻丝单位长度的电阻为k电源内电阻和细金属丝电阻均不计金属丝偏转θ角时电流表的示数为I此时风力大小为F试写出:①风力大小F与θ的关系式②风力大小F与电流表示数I的关系式。③此装置所测定的最大风力是多少?()测位移例题:(上海考题)演示位移传感器的工作原理如右图示物体M在导轨上平移时带动滑动变阻器的金属滑杆p通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的则下列说法正确的是()A物体M运动时电源内的电流会发生变化B物体M运动时电压表的示数会发生变化C物体M不动时电路中没有电流D物体M不动时电压表没有示数B。热电传感器热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。例题:如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R为用半导体热敏材料制成的传感器电流表为值班室的显示器a、b之间接报警器。当传感器R所在处出现火情时显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是()A I变大U变大B I变小U变小C I变小U变大D I变大U变小解:出现火情时温度升高R减小R总减小I总增大Uab减小U并减小IA减小B3光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。例题:(新教材天津理综)如图当电键K断开时用光子能量为eV的一束光照射阴极P发现电流表读数不为零。合上电键调节滑线变阻器发现当电压表读数小于V时电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于V时电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()AeVBeVCeVDeV解:反向截止电压为VEKm=eVW=hνEKm==eVA声电传感器例题:(上海试题)唱卡拉OK用的话筒内有传感器。其中有一种是动圈式的它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈线圈处于永磁体的磁场中当声波使膜片前后振动时就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是()A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时金属线圈中不会产生感应电动势B电容式传感器电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化从而引起电容的变化则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化起这种作用的电容器称为电容式传感器。图甲是测量的电容式传感器原理是。角度θ由于C∝S动片与定片间的角度θ发生变化时引起S的变化通过测出C的变化测量动片与定片间的夹角θ图乙是测量的电容式传感器原理是。液面高度h由于C∝Sh发生变化金属芯线和导电液体组成的电容发生变化通过测定C的变化可以测量液面高度h的变化。图丙是测量的电容式传感器原理是。压力F由于C∝d压力F作用在可动电极上引起极板间距d的变化通过测出C的变化测量压力F的变化。图丁是测量的电容式传感器原理是。位移x由于C随着电介质进入极板间的长度发生变化通过测出C的变化测量位移x的变化。题目:随着生活质量的提高自动干手机已进入家庭洗手后将湿手靠近自动干手机机内的传感器便驱动电热器加热有热空气从机内喷出将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作是因为()A改变了湿度B改变了温度C改变了磁场D改变了电容D电感传感器电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。实例:磁性物质探测报警器为了测量列车运行的速度和加速度的大小可采用如图所示的装置它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的(测量仪未画出)。当列车经过线圈上方时线圈中产生的电流被记录下来就能求出列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为B=T且全部集中在端面范围内与端面垂直磁体宽度与线圈宽度相同且都很小线圈匝数n=长L=m电阻Ω(包括引线电阻)测试记录下来的电流位移如图所示。试求:⑴在离O(原点)mm处列车的速度v和v的大小⑵假设列车是匀变速运动求列车加速度的大小解:I=ER=nBLvRv=IRnBL=I/××=×I在m处I=A∴v=ms在m处I=A∴v=ms∴a=(vv)S=ms例、用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器要求是:正常情况绿灯亮有险情时电铃报警。可供选择的器材如下:热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。解:热敏电阻受到光照射时电阻变小将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端如图示:将学生用电源与电铃分别接入c、d、e之间。正常时热敏电阻值大ab间电流小磁性弱ce处于闭合绿灯亮。有险情时光敏电阻值小ab间电流大磁性强吸住衔铁cd闭合ce断开绿灯灭电铃响。练习、用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是:光暗时灯亮光亮时灯灭。可供选择的器材如下:光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。解:光敏电阻受到光照射时电阻变小将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端如图示:将交流电源与路灯接入c、e之间。光暗时光敏电阻值大ab间电流小磁性弱ce处于闭合灯亮。光亮时光敏电阻值小ab间电流大磁性强吸住衔铁电路ce处断开灯灭。年上海高考、(分)图为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变且对温度很敏感)的IU关系曲线图。⑴为了通过测量得到图所示IU关系的完整曲线在图和图两个电路中应选择的是图简要说明理由:。(电源电动势为V内阻不计滑线变阻器的阻值为Ω)⑵在图电路中电源电压恒为V电流表读数为mA定值电阻R=Ω。由热敏电阻的IU关系曲线可知热敏电阻两端的电压为V电阻R的阻值为Ω。⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子:。电压可从V调到所需电压调节范围较大解:⑵I==A=mAI=mA由图得UR=VR=()=Ω热敏温度计如图示将一光敏电阻连入多用电表两表笔上将多用电表的选择开关置于Ω档用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ现用手掌挡住部分光线表针的偏角变为θ′则可判断()Aθ′=θBθ′<θCθ′>θD不能确定θ和θ的关系′B五、传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器电熨斗、电饭煲中有温度传感器电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器…….演示位移传感器的工作原理如右图示物体M在导轨上平移时带动滑动变阻器的金属滑杆p通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的则下列说法正确的是()A.物体M运动时电源内的电流会发生变化B.物体M运动时电压表的示数会发生变化C.物体M不动时电路中没有电流D.物体M不动时电压表没有示数年上海理综B.唱卡拉OK用的话筒内有传感器。其中有一种是动圈式的它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈线圈处于永磁体的磁场中当声波使膜片前后振动时就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是()A.该传感器是根据电流的磁效应工作的B.该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时穿过金属线圈的磁通量不变D.膜片振动时金属线圈中不会产生感应电动势年上海理综B.用遥控器调换电视机频道的过程实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是()A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器年上海理综A将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中如图所示在箱的上顶板和下底板装有压力传感器箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=ms的加速度竖直向上做匀减速运动时上顶板的传感器显示的压力为N下底板的传感器显示的压力为N。(取g=ms)()若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半试判断箱的运动情况。()要使上顶板传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的?向上做匀减速运动a向下a=msmgFF=mam=kg上顶板示数是下底板示数的弹簧长度不变F=NF=NmgFF=maa=静止或匀速运动上顶板示数为零则弹簧变短F≥NF=F–mg=maa≥ms向上加速或向下减速加速度a≥ms。上顶板示数为零则弹簧变短F≥NF=F–mg=maa≥ms向上加速或向下减速加速度a≥ms。向上做匀减速运动a=msmgFF=mam=kg上顶板示数是下底板示数的弹簧长度不变F=NF=NmgFF=maa=静止或匀速运动

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