【同步】高中物理魯科版（2019）選擇性必修2：第5章 第3節(jié) 大顯身手的傳感器課件

第3節(jié)大顯身手的傳感器第5章內(nèi)容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.了解傳感器應用的一般模式。(物理觀念)2.感受傳感器技術給人類生活帶來的便利,了解傳感器應用的設計思路。(科學思維)3.理解傳感器在洗衣機水位控制、自動感應門、指紋識別器、機器人中的工作原理。(科學探究)思維導圖課前篇自主預習【必備知識】一、自動感應門1.組成:紅外線傳感器。2.工作原理:人體發(fā)出的紅外線,經(jīng)紅外感應器入射窗的濾光片后,聚焦到感應器的電子元件上。熱電元件感知溫度上升后,會因為熱電效應釋放電荷,使電路中的電阻、電流、電壓等電學量發(fā)生變化。由此,紅外傳感器便把門前有無人的非電學信息轉換成可識別的電學信息了。3.自動門工作流程

想一想在電梯門口放置一障礙物,會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關,這是由于在電梯門上裝有什么傳感器?提示

在電梯門口放置一障礙物,電梯門不停地開關,說明電梯門口有一個光傳感器。二、洗衣機水位控制1.全自動洗衣機的水位控制裝置中使用了壓力傳感器。2.組成:外筒和內(nèi)筒、氣室、傳感器的膜盒。3.工作原理:當洗衣機筒內(nèi)的水位達到設定標準時,氣體壓強增大,使傳感器的膜片向上凸起,凸起的膜片使動觸點與靜觸點脫離,并與另外一個靜觸點接觸,從而接通控制電路,關閉進水電磁閥門,同時接通洗滌電動機電源,開始洗滌衣物。想一想洗衣機水位控制裝置損壞可能導致哪些現(xiàn)象?提示

洗衣機水位控制裝置正常,才能正常加水,且加到合適的水位,若損壞可能導致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣機仍然不洗衣。三、指紋識別器1.組成:電容傳感器。2.工作原理:當用戶的手指放在絕緣表面時,皮膚便組成了電容陣列極板的另一面。由于指紋的脊和谷相對于另一極之間的距離不同,使電容陣列中不同位置的電容器的電容值也不相同。通過讀取這些電容的差異,就能夠獲取指紋信息。想一想指紋識別器是怎樣實現(xiàn)對指紋的識別?提示

指紋識別器的電容傳感器輸出電容變化這一電信號,經(jīng)過電路對電信號的比較,實現(xiàn)對指紋的識別。四、機器人1.機器人傳感器的分類機器人傳感器分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器。2.傳感器用途(1)外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對機器人的刺激,使機器人擁有類似人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等感覺,從而使機器人具有擬人化的特點。(2)內(nèi)部傳感器(如角度傳感器、關節(jié)傳感器等)用于檢測機器人自身的狀態(tài)?！咀晕覚z測】1.正誤判斷(判定結果為錯誤的小題請寫出原因)(1)全自動洗衣機水位控制裝置應用了紅外線傳感器。(

)解析

全自動洗衣機水位控制裝置應用了壓力傳感器。答案

×(2)壓力傳感器是將壓力信號轉變?yōu)殡娦盘?常見有電子秤。(

)答案

√(3)自動門應用了壓力傳感器。(

)解析

自動門應用了紅外線傳感器。答案

×(4)紅外線傳感器接收攜帶著信息的紅外線,轉換成電信號,從而得知輻射源的相關參數(shù)或信息。(

)答案

√2.(2020廣東執(zhí)信中學檢測)傳感器的種類多種多樣,其性能也各不相同?？照{(diào)機在室內(nèi)溫度達到設定的溫度后,會自動停止工作,空調(diào)機內(nèi)使用的傳感器是(

)A.生物傳感器 B.紅外傳感器C.溫度傳感器 D.壓力傳感器解析

空調(diào)機根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài),所以內(nèi)部使用了溫度傳感器,故C正確。答案

C課堂篇探究學習問題一傳感器與自動控制【情境探究】當人們走近和離開一些賓館或商場的自動門時,門會自動開關,這就是傳感器在起作用。(1)傳感器由哪幾部分組成?(2)你所了解的敏感元件有哪些?要點提示

(1)傳感器主要由敏感元件和轉換元件組成;(2)敏感元件有熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、磁敏元件、力敏元件、溫敏元件等。【知識點撥】1.洗衣機水位控制裝置使用的壓力傳感器是一種開關型的傳感器。當向內(nèi)筒注水時,部分水進入氣室,氣室內(nèi)壓強增大,使傳感器的膜片向上凸起,從而使動觸點與下面的靜觸點分離,并與上面的靜觸點接觸,從而接通控制電路,關閉進水電磁閥門,同時接通洗滌電動機電源,開始洗滌衣物。2.自動門上的紅外線傳感器,也是一種開關型的傳感器。人走近自動門傳感器輸出電壓信號;信號經(jīng)過處理后,使定時器工作;由定時器構成的電路使繼電器通電,自動門電動機轉動,門自動打開;當人通過自動門幾秒鐘后,自動門電動機反轉,門自動關閉。3.指紋識別器的電容傳感器輸出電容變化這一電信號,經(jīng)過電路對電信號的比較,實現(xiàn)對指紋的識別。畫龍點睛

涉及壓力傳感器應用問題,其基本原理是通過壓力改變電阻,從而改變電路中的電流,通過電流表示數(shù)反映壓力的大小?！镜淅饰觥坷?(2021福建三明第一中學期中)如圖所示是一位同學設計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。門打開時,紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關閉會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實際試驗,燈的亮滅能反映門的開、關狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端電壓UR2與門關閉時相比(

)A.紅燈亮,UR2變大

B.綠燈亮,UR2變大C.綠燈亮,UR2變小

D.紅燈亮,UR2變小解析

門打開時R3減小,導致R總減小和I總增加,Ur和UR1變大,UR2=E-(UR1+Ur)減小,=I總-增加,電磁繼電器磁性增強把銜鐵拉下,紅燈亮,綠燈滅,選項A、B、C錯誤,選項D正確。答案

D規(guī)律方法

傳感器與自動控制問題利用傳感器中的敏感元件與電路結合分析,要把握兩點:(1)明確組成傳感器的敏感元件的特性。(2)注意電路的結構及串、并聯(lián)的分析計算方法。變式訓練1(2020浙江杭州二中模擬)如圖是測量汽車質(zhì)量的地磅示意圖,汽車的質(zhì)量可通過電流表的示數(shù)讀出,下列說法正確的是(

)A.電流表的示數(shù)越大說明被測汽車質(zhì)量越大B.電流表的示數(shù)越大說明被測汽車質(zhì)量越小C.把圖中的電流表換成電壓表同樣能測量汽車的質(zhì)量D.地磅的最大量程只由彈簧的勁度系數(shù)決定,與電路的有關參數(shù)無關解析

汽車質(zhì)量越大,彈簧受到的壓力就越大,P點越向下,連入電路的電阻就越小,所以電流表的示數(shù)就越大,故A正確,B錯誤;如果換成電壓表,因為電壓表的內(nèi)阻較大,所以滑動變阻器的阻值發(fā)生變化時,電壓表的示數(shù)變化范圍較小,不能準確地測量,故C錯誤;因為通過滑動變阻器的阻值變化,將力信號轉換成了電信號,所以D錯誤。答案

A問題二傳感器系統(tǒng)在機器人中的作用【情境探究】2021年4月3日消息,寧夏首個機器人微創(chuàng)手術中心成立,引進世界最先進手術機器人。機器人是自動控制機器的俗稱,自動控制機器包括一切模擬人類行為或思想與模擬其他生物的機械(如機器狗、機器貓等)。在當代工業(yè)中,機器人指能自動執(zhí)行任務的人造機器裝置,用以取代或協(xié)助人類工作。理想中的高仿真機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機與人工智能、材料學和仿生學的產(chǎn)物,目前科學界正在向此方向研究開發(fā)。機器人安裝的傳感器和人類感官有怎樣的相對應關系?要點提示

光電傳感器——視覺;聲電傳感器——聽覺;氣敏傳感器——嗅覺;化學傳感器——味覺;壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺?！局R點撥】傳感器系統(tǒng)在機器人中起著非常重要的作用,是機器人的感覺器官,可以分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器。1.外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對機器人的刺激。外部傳感器包括視覺傳感器(相當于眼睛),超聲波傳感器和語音識別裝置(相當于耳朵),溫度傳感器(相當于皮膚),壓力傳感器、位移傳感器和溫度傳感器(相當于手),嗅覺、味覺傳感器等。2.內(nèi)部傳感器(如角度傳感器、關節(jié)傳感器等)用于檢測機器人自身的狀態(tài)。畫龍點睛

機器人主要包括三個部分:環(huán)境信息采集部分(相當于人的感覺器官)、環(huán)境識別和動作控制部分(相當于人的大腦)、動作部分(相當于人的手、腳等)?！镜淅饰觥坷?(多選)(2021吉林調(diào)研)下列傳感器中機器人能應用到的傳感器是(

)A.視覺傳感器

B.位移傳感器C.壓力傳感器

D.語言識別裝置解析

視覺傳感器相當于機器人的“眼睛”,壓力傳感器、位移傳感器使機器人有了“感覺”,語言識別裝置相當于機器人的“耳朵”,故選A、B、C、D。答案

ABCD規(guī)律方法

傳感器與機器人感覺對應表

感覺所用傳感器效果當前發(fā)展水平視覺視覺傳感器(攝像機)使機器人擁有人眼的視覺功能離自然人的視覺水平相差甚遠聽覺超聲波傳感器、語音識別裝置使機器人擁有類似人耳的聽覺功能能理解一些簡單的語句,不能真正實現(xiàn)人機對話嗅覺氣體傳感器使機器人擁有類似人鼻的功能只能識別有限的幾種氣體,一般機器人沒有嗅覺觸覺壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器使機器人擁有類似人的皮膚和手的功能發(fā)展水平較高,雖不如人的感覺敏銳,但能完成大部分要求變式訓練2(2021河北石家莊期末)類人型機器人裝有作為眼睛的“傳感器”、猶如大腦的“控制器”以及可以行走的“執(zhí)行器”,在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉彎。下列有關該機器人“眼睛”的說法中正確的是(

)A.是力傳感器

B.是光傳感器C.是溫度傳感器

D.是聲音傳感器解析

遇到障礙物會繞開,說明它是光傳感器,B正確,A、C、D錯誤。答案

B

隨堂檢測1.機器人技術發(fā)展迅速,以下哪方面是現(xiàn)有的機器人不能很好完成的?(

)A.汽車工業(yè)中自動焊接領域 B.深水探險C.藝術體操和與人對話 D.機械加工解析

現(xiàn)有的機器人技術限于制造工藝、計算機技術和傳感器技術,還很難達到人對肢體的控制能力,其動作精確但較僵硬,語音識別能力還很差,在其他幾個方面機器人都有上佳表現(xiàn)。答案

C2.(2021河北邢臺質(zhì)檢)為了節(jié)約能源,合理適時地使用路燈,要求路燈晝熄夜亮,利用半導體的某種特性制成自動點亮熄滅的裝置,實現(xiàn)了自動控制。這是利用半導體的(

)A.壓敏性

B.光敏性C.熱敏性

D.三種特性都利用了解析

由題意可知,這一裝置要對光敏感,能區(qū)分白天(光線強)與夜晚(光線暗),所以選B。雖然白天與夜晚溫度也不相同,但溫度除與晝夜有關外,還與季節(jié)有關,因此不能選C。燈亮熄與壓力更無關系,A、D錯。答案

B3.日光燈啟動器的結構如圖所示,將啟動器與燈泡、電源、開關連在一起,閉合開關時,燈泡將(

)A.不亮

B.一直亮C.亮、滅交替

D.以上都有可能解析

啟動器中有一個U形的雙金屬片,與旁邊的直立金屬絲構成一對觸點,常溫下是分離的。閉合開關后,電源電壓通過燈泡加到啟動器上,啟動器發(fā)