学年高中物理 第3章 传感器 第34节 生活中的传感器 简单的光控和温控电路选Word文档格式.docx
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C.测温仪D.电子秤
6.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上是电视机中的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.电饭锅中控制加热和保温的温控器
【概念规律练】
知识点一 生活中的传感器
1.如图1所示为某种电冰箱内温度控制器的结构.铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统,里面充有氯甲烷和它的蒸气,构成了一个温度传感器.膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面),右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接.盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀.测温泡1安装在冰箱的冷藏室中.5、6分别是电路的动触点和静触点,控制制冷压缩机的工作.拉簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上.连杆9的下端是装在机箱上的轴.凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力.
(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作,而在达到设定的低温后又自动停止工作?
(2)为什么用凸轮可以改变设定的温度?
图1
2.温度传感器是应用最广泛的传感器之一,一般由半导体材料的热敏电阻制成,它可以把热信号转换为电信号,进行自动控制,电饭锅、电饭煲的自动加热和保温就是借助于温度传感器来完成的.
电饭锅中应用了温度传感器,它的主要元件是感温铁氧体.感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的,它的特点是:
常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,但是温度上升到约103℃时,就失去了铁磁性,不能被磁体吸引了.这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”.
电饭锅的结构如图2所示,试回答以下问题:
(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?
(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?
图2
知识点二 简单的光控电路和温控电路
3.路灯晚上为我们照亮道路,天亮之后熄灭,它是通过光线来实现自动控制的,使电路在天亮时自动切断,天黑则自动导通,图3可以模拟光控自动照明电路,其中各元件的参数如下,其中发光二极管相当于路灯.
图3
如何调试来实现天暗时自动发光,天亮时自动熄灭?
4.使用电熨斗时,必须控制电加热过程,以免过热损坏衣服.这就要求,电熨斗的温度低于指定值时电加热器供电加热,温度高于指定值时要将电源关闭,请仿照上题中的光控电路设计一个温控电路.
【方法技巧练】
传感器问题的分析技巧
5.电熨斗在达到设定的温度后就不再升温,当温度降低时又会继续加热,使它总与设定的温度相差不多.在熨烫不同的织物时,设定的温度可以不同,进行这样的控制,靠的是温度传感器.电熨斗中装有双金属片温度传感器,这种双金属片的作用是控制电路的通断,如图4所示为电熨斗的结构图,图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属的膨胀系数,请结合所学知识回答以下问题:
图4
(1)常温下,上、下触点应当是接触的还是分离的?
当温度过高时双金属片将起怎样的作用?
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何利用调温旋钮来实现的?
6.如图5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,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,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:
图5
(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x1;
(2)托盘上放有质量为m的物体时,P1离A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.
1.如图6所示,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欧姆挡,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( )
图6
A.θ′=θB.θ′<
θ
C.θ′>
θD.不能确定θ和θ′的关系
2.在电梯门口放置一障碍物,会发现电梯门不停地开关,这是由于在电梯门上装有的传感器是( )
A.光传感器B.温度传感器
C.声传感器D.压力传感器
3.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中,这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计构造和原理的示意图如图7所示:
沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块,滑块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x,则这段时间内导弹的加速度( )
图7
A.方向向左,大小为kx/m
B.方向向右,大小为kx/m
C.方向向左,大小为2kx/m
D.方向向右,大小为2kx/m
4.某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈.P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求如图8所示.其工作方式是( )
图8
A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联
B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联
C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联
D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联
5.下列器件不是应用温度传感器的是( )
A.电熨斗B.话筒C.电饭锅D.测温仪
6.某市为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制.这是利用半导体的( )
A.压敏性B.光敏性
C.热敏性D.三种特性都利用了
7.如图9所示为一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、B=1T的匀强磁场中,CO间距离为10cm,当磁场力为0.2N时,闸刀开关会自动跳开.则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为( )
图9
A.电流方向C→OB.电流方向O→C
C.电流大小为1AD.电流大小为0.5A
8.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小.实验时,把图10甲中的小球举高到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落.用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示.根据图线所提供的信息,以下判断正确的是( )
图10
A.t2时刻小球所处位置是运动中最高点
B.t1~t2期间小球速度先增大后减小
C.t3时刻小球动能最小
D.t2与t5时刻小球速度大小不同
9.如图11所示,两块水平放置的金属板距离为d,用导线、电键K与一个n匝的线圈连接,线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中.两板间放一台小压力传感器,压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+q的小球.K断开时传感器上有示数,K闭合时传感器上恰好无示数.则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是( )
图11
A.正在增加,=B.正在减弱,=
C.正在减弱,=D.正在增加,=
题 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
答 案
10.一般的电熨斗用合金丝做发热元件,合金丝电阻随温度t变化的关系如图12中实线①所示.由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同,熨斗的散热功率不同,因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动,易损坏衣物.有一种用主要成分为BaTiO3,被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗,具有升温快、能自动控制温度的特点.PTC材料的电阻随温度变化的关系如图12中实线②所示.
图12
根据图线分析:
(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快?
(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在______<t<______范围之内.
11.青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能.用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制.光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0:
照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,黑天打开.电磁开关的内部结构如图13所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于50mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;
电流小于50mA时,3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.
图13
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图.
光敏电阻R1,符号
灯泡L,额定功率40W,额定电压36V,符号
保护电阻R2,符号
电磁开关,符号
蓄电池E,电压36V,内阻很小;
开关S,导线若干.
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200Ω,励磁线圈允许加的最大电压为__________V,保护电阻R2的阻值范围为________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通.为此,电磁开关内部结构应如何改造?
请结合本题中电磁开关内部结构图说明.
答:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子.
答案
课前预习练
1.温度 湿度 气体 光
2.水位 负载量 水温 布质 洗涤粉
3.硅板 电子设备
4.C [空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传
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