6.2 传感器的应用6.3实验： 传感器的应用-2022-2023学年高二物理 讲义（人教版选修3-2）(含答案)

6.2传感器的应用 【基础知识梳理】 知识点01 力传感器的作用及工作原理 1．应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力． 2．应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量． 【实例1】如图1所示是一个应变式力传感器，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．结合力传感器的特点，叙述它的工作原理． 图1 答案　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大，下表面的电阻变小．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．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大，下面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．力F越大，输出的电压差值也就越大． 知识点02 温度传感器的工作原理 1．双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断． 2．(1)电饭锅中温度传感器为感温铁氧体．感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”． (2)用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到约103 ℃时，感温铁氧体失去铁磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开． 【实例2】如图2所示为电熨斗的结构，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属．常温下，电熨斗的上、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怎样起作用？ 图2 答案　 常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的金属片热膨胀系数较大，故上层金属片膨胀得厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热． 2．电饭锅的结构如图3所示． 图3 (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？如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？ (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动发生哪些变化？ 答案　(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，手松开后，由于锅内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态． (2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变，因为水沸腾时，温度不变，不能自动断电．如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”(约103 ℃)，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到约103 ℃才能自动断电，因此用电饭锅烧水不能实现自动控温． (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103 ℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁体与之分离，开关自动断开，且不能自动复位． 知识点03 光传感器的工作原理及应用 1．光传感器能把光信号转换为电信号． 2．最常见的光传感器有光电管、光敏电阻、光电三极管等． 3．典型的应用，如鼠标、火灾报警器、光敏自动计数器等． 【实例3】如图4所示是火灾报警器的内部结构，它由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，请简述它的工作原理． 图4 答案　正常情况下，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，当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，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化就会发出警报． 知识点04 实验：光控开关和温度报警器 1．斯密特触发器是具有特殊功能的非门，符号为. 2．当加 ... ...