第5章 第3节 大显身手的传感器（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第3节　大显身手的传感器 核心素养导学 物理观念 (1)了解常见传感器的工作原理。 (2)知道传感器在生产生活中的应用。 科学思维 能尝试将实际问题中的对象与过程转换成物理模型，能分析传感器中非电学量转换成电学量的原理。 科学态度与责任 (1)体会传感技术的应用给人类社会带来的挑战。 (2)认识传感技术的应用与人类社会发展的关系。 一、自动感应门 洗衣机水位控制 指纹识别器 1．自动感应门 (1)控制自动感应门开关的是一种红外线传感器。 (2)自动门工作流程： 2．洗衣机水位控制装置 全自动洗衣机的水位控制装置使用了压力传感器。当水位达到设定的高度时接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源。 3．指纹识别器 指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容器，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容器的电容值也不相同。 二、机器人 1．机器人组成 由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。 2．机器人传感器的分类 分为外部传感器和内部传感器。 3．传感器用途 (1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。包括视觉传感器、超声波传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器等。 (2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)，用于检测机器人自身的状态。 1．当我们进入宾馆的大门时，门自动开启，当我们通过后，门自动关闭。这是为什么？ 提示：红外线传感器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后控制电动机运行，使门扇开启。门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，控制电动机反向运行，关闭门扇。 2．如图所示，为应变片的工作原理及力传感器的应用图片，试分析： 在应变式力传感器中，应变片中通过的电流恒定时，压力的大小转变为哪一个电学量？如何变？ 提示：压力的大小转变为电压的大小。 如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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，则力F越大，输出的电压差值也就越大。 新知学习(一)|传感器问题分析 [任务驱动] 如图所示是中大型超市卖场在入口处安装的自动感应单向门，人走到跟前就会自动打开，过去之后自动关闭，这种感应门的工作原理是什么呢？ 提示：当单向门上的(雷达或者红外线)传感器检测到有人到达入口时，发出开门信号，门自动打开；检测到人通过后，发出关门信号，门自动关闭。　　 [重点释解] 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的基础上，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机构进行工作的过程。 [典例体验] [典例]　如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为(　 ) A．v(t0－t)，U B.v(t0－t)，U C．v(t0－t)，(U－U0) D.v(t0－t)，(U－U0) [解析]　设该同学的身高为x，质量为m。 当测重台没有站人时：＝① 当该同学站在测重台上时：＝② 由①②两式得该同学的身高x＝v(t0－t) 当测重台上没站人时：M0g＝kU0③ 当该同学站在测重台上时：(M0＋m)g＝kU④ 由③④两式得该同学的质量m＝(U－U0) 可知选项D正确。 [答案]　D [针对训练] 1.(多选)呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。为保持病人获得持续、舒适的呼吸功能，需要呼吸机中设计安装多个传感器，用于实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，下列哪些传感器是呼吸机必须搭载的(　 ) A．气体质量流量传感器　　 B．压力传感器 C．光传感器 D．温度传感器 解析：选ABD　呼吸机需要实时、持续、稳定、精确地监测和控制气流、压力和温湿度等参数指标，因此需要安装气体质量流量、压力、湿度、温度等传感器，故A、B、D都正确，C错误。 2.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高