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※了解传感器应用的一般模式※知道电子秤、电熨斗的工作原理※知道电饭锅的结构与原理，加深对温度传感器的应用认识※了解光传感器的应用——火灾报警器※能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的应用在日常生活中，我们经常见到电子秤．例如，在超市里，当我们购买水果时，售货员把水果放在表面平整的电子秤上，电子秤就可显示出所购水果的质量及应付的钱数．你想探究一下它的工作原理吗？传感器应用的一般模式1.力传感器的应用——电子秤(1)常用的一种力传感器是由和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在多用制成．传感器应用的几个实例金属梁半导体材料(2)此种力传感器的工作原理如上图所示：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变，下表面的电阻变．F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变，下面应变片两端的电压变．传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出的也就越大．大大大小小电压差值应变片能把这个力学量，转换为这个电学量．2．温度传感器的应用——电熨斗(1)电熨斗能够自动控制温度，其装有传感器，这种传感器的作用是控制电路的．(2)电熨斗的结构图如图为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数下层金属．物体形变电压双金属片温度通断大于1.电饭锅中应用了传感器，它的主要元件是．它的特点是具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到约时，就失去了，不能被磁体吸引了．这个温度在物理学中称为该材料的“”或“居里点”．温度传感器的应用——电饭锅温度感温铁氧体常温下103℃铁磁性居里温度2．电饭锅的结构1.有些火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的．2．这种火灾报警器的工作原理结构：带孔的罩子内装有发光二极管LED、和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现状态．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．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．光传感器的应用——火灾报警器光电三极管高电阻小答案：①应变片②感温铁氧体③双金属片④烟雾对光的散射一、传感器问题分析1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集(2)信息加工、放大、传输(3)利用所获得的信息执行某种操作。2．分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行进行工作的过程．二、在生产、生活中常见传感器的应用1．生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．2．农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．3．工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．易错点：对实际问题考虑不全面而导致出错案例：如下图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N(取g＝10m/s2)．(1)若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向．(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．[易错分析]对于本题第2问，很容易出现a的示数为零，b传感器的示数为14N的错误结论，原因是对装置理解不深造成的，应该在学习中养成细心认真的好习惯，切忌粗心大意，急于求成．[正确解答]传感器上所显示的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．(1)如下图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2＝6.0N.滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得：a1＝F1－F2m＝14－6.02.0m/s2＝4.0m/s2，a1与F1同方向，即向前(向右)．(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F′1＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F′2＝20N，滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F′2＝ma2，得：a2＝F′2m＝－10m/s2.负号表示方向向后(向左)．[感悟心语]对于双弹簧传感器，两弹簧的长度之间是有紧密联系的，一个弹簧的伸长必然导致另一弹簧的缩短，反之亦然，此类问题一定要考虑全面，否则很容易出错．[正确答案](1)4.0m/s2向右(2)10m/s2向左如下图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，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．弾簧处于原长时，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，托盘自身质量为力传感器的应用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与A端的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1与A端的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A端的距离也为x1，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．解析：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为均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)由力的平衡知识有：m0g＝kx1，解得x1＝m0gk.(2)放上物体m重新平衡后：m0g＋mg＝kx2，解得x2＝m＋m0gk.(3)由闭合电路欧姆定律知：U＝IR串(R串为P1、P2间电阻)由R串R＝xL，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝mgk，联立解得：m＝kLUgE.答案：(1)m0gk(2)m＋m0gk(3)m＝kLUgE在奥运会上，运动员参加蹦床项目的比赛．假设表演时运动员仅在竖直方向运动，通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘出如下图所示的曲线，当地的重力加速度为g＝10m/s2，依据图象给出的信息，回答下列物理量能否求出，如能求出，写出必要的运算过程和最后结果．(1)运动员的重力；(2)运动员的最大加速度(3)运动员跳起的最大高度．答案：(1)500N(2)40m/s2(3)5m解析：本题中的隐含条件：由图中可知重力的大小、弹力的最大值以及运动员在离开蹦床到落回蹦床经历的时间．(1)由图可知G＝500N(2)由图可知，运动员受到的最大弹力F＝2500N故am＝F－mgm＝2500－50050m/s2＝40m/s2.(3)由图可知，运动员在离开蹦床到落回蹦床经历的时间为t总＝8.7s－6.7s＝11.5s－9.5s＝2s，运动员上升阶段与下落阶段经历的时间均为t＝t总2＝1s，故hm＝12gt2＝5m.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如下图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是()温度传感器的应用①通电后，其电功率先增大，后减小②通电后，其电功率先减小，后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变A．①③B．②③C．②④D．①④解析：当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，即电热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当tt3，PP′，使温度自动升高到t3；当tt3，PP′，使温度自动降为t3，实现自动保温，正确答案为D.答案：D点评：对给定图象的题目，注意分析图象信息，把握变化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论．如下图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin314tV的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2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，显示通过R1的电流，电压表显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻．当传感器R2所在处出现火警时，以下说法正确的是()A.的示数不变，的示数增大B.的示数增大，的示数增大C.的示数增大，的示数增大D.的示数不变，的示数减小解析：温度升高，R2↓→R总↓→I总↑→↑→UR3↑→↓→↓，而接在原线圈的电源两端，不发生变化，D正确.答案：D如图所示是电饭锅的结构图，试回答下列问题：温度传感器的应用——电饭锅(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？为什么？解析：(1)开始煮饭时压下手动开关，使永磁体和感温磁体吸合，以保持触点接触，接通加热电路；手松开后这个按钮不会恢复图示状态，因为永磁体与感温磁体相互吸引，弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态．(2)水沸腾后锅内的温度应大致保持在100℃，因为水的沸点是100℃，此时水分未被米吸收完，锅内水分较充足，所以能保持一段时间．(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度会由100℃升到103℃，达到居里点，此时开关按钮会自动弹起，断开加热电路，进入保温状态，因为锅底温度达到103℃时，感温磁体失去磁性，永磁体再不能与它吸合，在弹簧的作用下，开关按钮恢复初始状态．(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后不能自动断电，因为水沸腾的温度是100℃，而不能达到103℃(居里点)，水将一直沸腾直到烧干．电饭煲的工作原理如下图所示，可分为两部分，即控制部分，由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～8