5.3 传感器的应用举例-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案课件PPT（教科版2019）

第五章　传感器 3.传感器的应用举例 1．了解日常生活中传感器的常见应用。2．了解电熨斗、电饭锅、火灾报警器中传感器的应用原理。 2 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 课前自主学习 一　温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅 1．电熨斗 设定和控制温度都是依靠____________温度传感器来实现的。 2．电饭锅 感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但温度升高到_________时，就失去铁磁性，不能吸引磁体。 电饭锅利用感温铁氧体的_________________的特点，自行完成整个烹煮过程。 热双金属片 103 ℃ 铁磁性随温度变化 课前自主学习 5 二　光传感器的应用——火灾报警器 光电式烟雾报警器是最为常见的一种火灾报警器，它是利用光散射的原理探测火灾初期产生的烟雾浓度，从而发出报警信号的。烟雾报警器带孔的罩子内装有发光元件和受光元件，根据其结构特点一般可分为________和________。 三　各种传感器的应用——汽车 目前，一辆普通轿车上安装几十到近百个传感器，这些传感器可以感受到汽车行驶过程中的各种工况信息，并将这些信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信号，进而对汽车的各种信息进行实时、有效地监控，从而使汽车工作在最佳状态。 遮光型 散射型 课前自主学习 6 判一判 (1)电熨斗升高到设定温度时两触点分离。(　　) (2)电饭锅因温度传感器可以自行煮饭，所以不需按下手动开关。(　　) (3)遮光型火灾报警器的发光元件与受光元件不是正对的。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)× 提示 课前自主学习 7 课堂探究评价 探究　传感器的应用举例 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 9 活动1：电熨斗是居家生活的必备电器。使用电熨斗时，金属底板总能保持在一定温度范围内。图甲是电熨斗的结构图，结合上一节相关内容简述其工作原理。 提示：常温时，双金属片端点的触点与弹性铜片上的触点相接触。通电时，电热丝发热并将热量传给电熨斗底部的金属底板，熨烫衣物。随着通电时间的增加，底板的温度升高到设定温度时，与底板固定在一起的双金属片受热向下弯曲，两触点分离，电路断开，底板的温度不再升高。由于散热，底板的温度逐渐降低，双金属片的形变逐渐恢复；当温度降至某一值时，两触点又重新接触，电路再次接通，底板的温度又开始升高。如此往复，使温度保持在一定的范围内。 提示 课堂探究评价 10 活动2：用电饭锅煮饭时，水沸腾后锅内温度大约为多少？ 活动3：传统电饭锅的结构如图乙所示，其加热控制部分一般由感温铁氧体、永磁铁和弹簧组成。感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性(能够被磁体吸引)，温度升高到103 ℃，就失去铁磁性。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什么动作？ 提示：100 ℃。 提示 提示：锅底的温度会超过100 ℃，当温度达到103 ℃时，开关按钮会自动弹起，断开加热电路，进入保温状态。 课堂探究评价 11 活动4：如果用电饭锅烧水，会发生什么现象，能否自动断电？ 活动5：光电式烟雾报警器是最为常见的一种火灾报警器，如图丙所示为其两种类型，如遮光型光电式烟雾报警器的工作原理：正常情况下，发光元件发出的光照射到受光元件上，电路维持在正常状态，不发出警报，发生火灾时烟雾进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强变弱，破坏了电路的正常状态，发出报警信号。尝试分析散射型光电式烟雾报警器的工作原理。 提示：水沸腾后不能自动断电，水将一直沸腾直到烧干。 提示 提示：正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。 课堂探究评价 12 1．温度传感器的应用 (1)电熨斗 如图是电熨斗的结构图，其设定和控制温度都是依靠热双金属片温度传感器来实现的。双金属片中，上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数。常温时，双金属片端点的触点与弹性铜片上的触点相接触。 课堂探究评价 13 ①通电时，电热丝发热并将热量传给电熨斗底部的金属底板，熨烫衣物。随着通电时间的增加，底板的温度升高到设定温度时，与底板固定在一起的双金属片受热向下弯曲，两触点分离，电路断开，底板的温度不再升高。由于散热，底板的温度逐渐降低，双金属片的形变逐渐恢复；当温度降至某一值时，两触点又重新接触，电路再次接通，底板的温度又开始升高。如此往复，使温度保持在一定的范围内。 ②旋转调温旋钮的升降螺丝，即可设定温度。当调温旋钮上调时，弹性铜片的形变减小，双金属片只需稍微下弯触点即可分离，显然这时底板温度较低。 当调温旋钮下调时，弹性铜片的形变增大，双金属片必须较大程度下弯，才能使两个触点分离，这时底板的温度较高。 课堂探究评价 14 (2)电饭锅 用电饭锅煮饭，按下手动开关后，电饭锅会自行完成整个烹煮过程。这一功能是通过温度传感器实现的。 课堂探究评价 15 传统电饭锅的结构如图所示，它的加热控制部分一般由感温铁氧体、永磁铁和弹簧组成，位置在发热盘中央。感温铁氧体是氧化锰、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，但是温度升高到103 ℃时，就失去了铁磁性，不能吸引磁体了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。 课堂探究评价 16 2．光传感器的应用——火灾报警器 光电式烟雾报警器是最为常见的一种火灾报警器。它是利用光散射的原理探测火灾初期产生的烟雾浓度，从而发出报警信号的。如图所示，烟雾报警器带孔的罩子内装有发光元件和受光元件，根据其结构特点一般可分为遮光型和散射型两种。 课堂探究评价 17 (1)遮光型光电式烟雾报警器的发光元件和受光元件是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报。发生火灾时烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。 (2)散射型光电式烟雾报警器中，发光元件和受光元件不是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。 课堂探究评价 18 3．各种传感器的应用——汽车 各种传感器主要应用于汽车的发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统。 汽车用到的传感器 控制系统 子控制系统 所用的主要传感器 发动机 电子燃油喷射系统 温度、压力、位置、转速、流量、爆震、车速、旋转位移、液位、力矩、氧传感器等 底盘 电子自动变速控制系统 车速、位移、油温、节流阀传感器等 电子控制悬架系统 车高、车速、航角、方位、加速度、转向盘转角传感器等 电子控制动力转向系统 车速、转向、转速、油压、扭矩传感器等 防抱死制动系统 轮速、压力、加速度、振动传感器等 课堂探究评价 19 车身 安全气囊系统 加速度、碰撞(前后和侧向)传感器等 防撞警告系统 接近、红外热成像、超声阵列、距离传感器等 自动空调系统 低压开关、温度开关、压力、湿度传感器等 环境检测系统 温度、气压、风量、风向、日照、雨量、气体(CO、NO、CO2)传感器等 导航系统 罗盘、陀螺仪、车速、方向盘转角传感器等 课堂探究评价 20 例　现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为(　　) A．光传感器和位移传感器 B．磁传感器和温度传感器 C．磁传感器和声传感器 D．压力传感器和加速度传感器 答案 课堂探究评价 21 当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机的哪些量变化了？ 提示：光线、位移、加速度。 提示 规范解答　当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，B、C、D错误。 规范解答 课堂探究评价 22 [变式训练]　传感器在生产、生活中已广泛应用，下列关于传感器的说法正确的是(　　) A．额温枪测人体的体温主要是利用了红外线传感器 B．城市路灯的自动控制使用了温度传感器 C．电子秤主要使用了光传感器 D．酒店大厅的自动门使用了力传感器 答案 解析　额温枪测人体的体温主要是利用了红外线传感器，故A正确；城市路灯的自动控制使用了光传感器，故B错误；电子秤主要使用了压力传感器，故C错误；酒店大厅的自动门使用了红外线传感器，故D错误。 解析 课堂探究评价 23 课后课时作业 1．(传感器的应用)电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了(　　) A．光传感器 B．温度传感器 C．红外传感器 D．湿度传感器 解析　电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，即能感知温度，所以电热水器中安装了温度传感器，故选B。 答案 解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 2．(传感器的应用)人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能是由太阳能电池提供的。要求太阳能电池板总是对准太阳，应利用下列哪种传感器来感知太阳方位(　　) A．力传感器 B．光传感器 C．温度传感器 D．生物传感器 解析　对比四个选项可知，只有光传感器能感知太阳方位，B正确，A、C、D错误。 答案 解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 3．(电熨斗)如图所示为电熨斗的结构示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是(　　) A．常温下，电熨斗的上下触点是分离的 B．当温度过高时，双金属片向下弯曲 C．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层 D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮上升 答案 1 2 3 4 5 课后课时作业 解析　常温下，电熨斗的上下触点是接触的，通电时，电热丝才能发热并将热量传给电熨斗底部的金属底板，熨烫衣物，故A错误；双金属片上层金属的膨胀系数大于下层，上下层金属的膨胀程度随着通电时间相差越来越大，底板的温度升高到设定温度时，与底板固定在一起的双金属片受热向下弯曲，两触点分离，电路断开，底板的温度不再升高，B正确，C错误；当调温旋钮下调时，弹性铜片的形变增大，双金属片必须较大程度下弯，才能使两个触点分离，这时底板的温度较高，故熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度时，应调节调温旋钮使调温旋钮下降，D错误。 解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 4．(传感器的应用)“嫦娥三号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有(　　) A．味觉传感器 B．气体传感器 C．听觉传感器 D．视觉传感器 解析　“嫦娥三号”处于真空环境，声音无法传播，光的传播不需要介质，所以可能有视觉传感器，不可能有味觉、气体、听觉传感器，故选D。 答案 解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 ①光敏电阻：光敏电阻受光照射时，阻值会变小。 ②干簧继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示。 试说明光电报警器的工作原理。 5．(传感器的应用)把蜂鸣器、光敏电阻、干簧继电器、开关、电源按如图甲所示电路连接，制成光电报警装置。当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。 答案 答案　见解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 解析　当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，线圈中的电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化从而相互吸引，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声；反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声。 解析 1 2 3 4 5 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$