下载文档原格式
第五章 1.基础达标练1．(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以( ABC )A．将力学量(如形变量)转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将光学量转变成电学量D．将电学量转变成力学量解析：传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等非电学量)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件，故选项A、B、C 对，选项D错。
2．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是( B ) A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势解析：该传感器是根据电磁感应原理工作的；膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量会发生变化，在金属线圈中会产生感应电动势，故选项B正确。
3．(多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天无论怎样用力拍掌，灯都不能亮。
后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的，其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是( BC )A．白天有光照时，光传感器自动闭合B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合解析：由题意结合题图可知，白天有光照时，光传感器自动断开；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，A错，B正确。
由题意可知，有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，C正确，D错误。
4．光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。
利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。
该报警器利用的传感器是( D )A．力传感器B．声传感器C．位移传感器D．光传感器解析：该报警器利用的是光传感器。
第5章《传感器及其应用》第1节 揭开传感器的“面纱”【学习目标】1．了解传感器在生产和生活中的应用。
2．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
3．知道传感器的最基本原理及其一般结构。
4．知道敏感元件的作用。
【要点透析】1. 什么是传感器？传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）按一定规律转换成便于处理和传输电学量（如电压、电流等）的一种元件。
传感器输入的是非电学物理量，输出的是电学量。
将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理。
各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域。
2．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。
如图5.1-1所示。
敏感元件（预变换器）：将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件。
敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的。
转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件，如压电晶体、热电偶等。
转换电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。
3．传感器的分类传感器的种类很多，目前尚没有统一的分类方法，一般常采用的分类方法有如下几种：（1）按工作原理分类物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等；化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等； 生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适图5.1-1 敏感元件当转换器件组合成的系统。
如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。
（2）按用途分类这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据需要测量的对象选择所需要的传感器。
《认识传感器》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解传感器的基本观点和类型。
2. 了解常见传感器的工作原理和应用。
3. 能够识别和应用一些基本传感器。
二、教学重难点1. 重点：了解不同类型的传感器的工作原理及其在平时生活中的应用。
2. 难点：通过实践操作，理解传感器的工作机制和如何与电路结合应用。
三、教学准备1. 准备一些常见的传感器模型，如光电传感器、温度传感器等。
2. 准备一些常见传感器的实物和应用图片。
3. 准备一些相关视频，帮助学生理解传感器的工作原理。
4. 设计一些实验活动，让学生亲手操作，了解传感器的工作机制。
5. 准备一些习题，用于教室练习和课后作业。
四、教学过程：1. 导入新课：教师起首向学生介绍传感器的基本观点和作用，让学生了解传感器在摩登工业、科技和生活中的广泛应用。
通过展示一些实际应用案例，如自动门、火灾报警器、智能家居系统等，激发学生的兴趣和好奇心。
2. 实验演示：进行一些与传感器相关的实验，让学生直观地了解传感器的工作原理和作用。
例如，通过演示热敏电阻在不同温度下的电阻变化，让学生了解温度传感器的工作原理；通过演示光敏电阻在不同光照条件下的电阻变化，让学生了解光敏传感器的作用。
这些实验有助于学生更好地理解传感器的特性和应用。
3. 小组讨论：组织学生分成小组，针对不同类型的传感器进行讨论，包括温度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器等。
让学生思考这些传感器在实际应用中的优缺点，并尝试提出改进方案。
通过讨论和交流，培养学生的思维能力和团队协作精神。
4. 案例分析：选择一些实际应用案例，如自动控制、智能家居、医疗诊断等，让学生了解传感器在这些领域的应用和作用。
通过案例分析，学生可以更好地理解传感器的功能和局限性，为今后的学习和工作打下基础。
5. 教室总结：在课程结束前，教师对教学内容进行总结，强调传感器的特点和作用，并鼓励学生将在讨论和案例分析中提出的想法和建议应用到今后的学习和实践中。
人教版（2019版）高中物理选择性必修二《认识传感器》【教学设计思路】《认识传感器》是人教版（2019版）高中物理选择性必修二第五章第1节的内容，传感器技术是当今世界一项令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术。
实际上，在我们身边就大量使用各种各样的传感器。
本章的主要目的是使学生对传感器知识有一个初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。
教师通过创设情境，引领学生观察现象，分析推理，经历实验探究，揭示传感器将“非电学量转换为电学量”的技术意义。
学生经历对热敏电阻和光敏电阻的电阻值随敏感因素变化的规律的实验探究，在现象和具体数据的双重刺激与支撑下，理解和内化传感器敏感元件的转换规律。
【教学目标】1. 物理观念(1)结合实际生产及生活，展示各种事例及应用，从感性上使学生知道非电学量转换成电学量的技术意义。
(2)通过实验，对传感器中常见的敏感元件加以了解，从理性上知道它们的工作原理。
(3)通过分析大量传感器在生产和生活中的应用，了解传感器是如何工作的，并会结合原有的电学知识设计一些简单的传感器电路。
2. 科学思维(1)用热敏电阻、光敏电阻等常用元器件做实验，了解传感器是如何把非电学量转换成电学量的。
(2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是如何应用到技术中，实现信息采集或自动控制的。
3.科学探究(1)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置。
(2)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例。
(3)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习拓展相关的知识和技能。
4. 科学态度与责任在理解传感器工作原理的基础上，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣．【重难点分析】重点：深入认识传感器难点：理解传感器的基本组成和一般应用模【学习过程】任务一：创设情境，初步认识传感器☆情境魔术：1.意念螺丝表演:将内部含有振动器电源和干簧管的意念螺丝，靠近隐蔽的磁体，表演螺母在螺丝上自行转动的神奇现象，点燃学生对传感器的探究热情。
第5章传感器及其应用学案第1节常见传感器的工作原理.................................................................................. - 1 -第2节科学制作：简单的自动控制装置.................................................................. - 10 -第3节大显身手的传感器.......................................................................................... - 10 -章末复习 ....................................................................................................................... - 20 -第1节常见传感器的工作原理学习目标：1.[物理观念]知道什么是传感器，知道传感器的组成和作用。
2.[科学思维]了解传感器将非电学量转换为电学量的一般应用模式。
3.[科学态度与责任]了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用。
阅读本节教材，回答第101 页“问题”并梳理必要知识点。
教材P101问题提示：传感器是利用敏感元件感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件或装置。
一、初识传感器1．定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是电信号)的器件或装置。
2．功能：传感器通常用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量。
3．组成与结构(1)组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成(2)结构：非电学量→敏感元件→转换元件→电学量二、敏感元件1．光敏元件(1)光敏电阻是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器。
揭开传感器的面纱教学目标：1.知识与技能（1）知道非电学量转化为电学量的技术意义（2）通过实验，知道常见传感器的工作原理（3）了解并能列举传感器在生活和生产中的应用2.过程与方法（1）通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理，以拓展学生思维，培养创新意识（2）让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力（3）通过资料查阅拓展视野，培养资料收集分析的能力。
3.情感态度价值观：（1）引导学生进一步加深对传感器的了解，引导学生关注物理与生活、技术与社会发展的紧密联系，渗透STS思想。
（2）在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣教学重点：几种常见传感器的工作原理；教学难点：学生自己设计简单的传感器.教学器材：1.实验器材：电池组、开光、导线、电阻、发光二极管、温控器、蜂鸣器教法与学法：问题导学、教师教授与学生讨论相结合教学过程设计:1.情景启发：生活中的传感器1：电子秤如图，将物体放在电子秤上即可称出质量。
师问：电子秤如何实现这样的控制？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）师点拨：当我们把重物放在电子称上，电阻应变片的阻值发生变化，将力信号转换成电信号输出。
生活中的传感器2：光控开关控制电路的通断如图，夜幕降临，路灯亮起来。
师问：如何实现这样控制路灯？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）师点拨：当夜幕降临，光敏电阻感知光照强度的变化，转换成电信号输出。
师问：请同学们说说看，你家里，或者在你的生活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传感器？生讨论并交流：例如，①当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启动，而当温度低于设定值时，制冷系统又会自动停止。
冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。
②楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。
《认识传感器》教学设计方案（第一课时）一、教学目标：本节课的教学目标是让学生了解传感器的基本概念、工作原理及在日常生活中的应用。
通过教学，使学生能够：1. 掌握传感器的基本定义和分类；2. 理解传感器的工作原理及其在物理量检测中的作用；3. 认识传感器在科技发展中的重要性，并能够简单描述传感器在生活中的应用实例。
二、教学重难点：教学重点：1. 传感器的基本概念及其工作原理；2. 传感器在不同领域的应用及其重要性。
教学难点：学生对传感器工作原理的理解，尤其是对电信号转换的理解，以及如何将理论知识与实际应用相结合。
三、教学准备：1. 教材与教辅资料准备：准备《高中物理》教材及相关传感器知识点的教辅资料；2. 教学设备准备：多媒体教室，准备投影仪、电脑等教学设备；3. 教学辅助材料准备：传感器实物或模型、相关实验器材等，以便学生进行实际操作和观察；4. 课前预习材料：发放预习资料，让学生提前了解传感器的基本概念。
通过课后组织小组讨论，让学生们根据预习资料和课堂所学，分享各自对传感器工作的理解，并探讨传感器在日常生活中的应用。
同时，鼓励学生们动手操作一些简单的传感器实验，如光敏电阻实验、温度传感器实验等，让他们通过实际操作和观察，更深入地理解传感器的原理和作用。
在实验过程中，教师需密切关注学生们的操作过程和观察结果，及时解答他们的问题，引导他们进行思考和总结。
最后，教师可以布置一些与传感器相关的课后作业或项目，让学生们运用所学知识进行实践，如设计一个简单的温度控制系统或光控电路等。
通过这样的教学活动，学生们不仅能够掌握传感器的基本知识，还能培养他们的实践能力和团队合作精神。
这样的教学方法不仅能够提高学生的学业成绩，还有助于他们更好地理解和应用所学知识。
四、教学过程：一、引导入课首先，为了引起学生对传感器的兴趣，我们可以采用与生活实例结合的方式作为课程的起始。
教师可先展示一些传感器在日常生活中的应用场景，如智能手机的触摸屏、汽车的速度传感器等。
【课堂新坐标】（教师专用）2014-2015学年高中物理 第5章 第1
节 揭开传感器的“面纱”课后知能检测 鲁科版选修3-2
1．关于传感器，下列说法错误的是( )
A ．传感器是将非电学量转化为电学量的装置
B ．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置
C ．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号
D ．传感器广泛应用于信息采集系统
【解析】 传感器是这样一类元件：它能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信息的器件或装置，即将非电学量转化为电学量的元件，故A 对．压力传感器就是将力学量转化为电学量的装置，B 对．话筒中的传感器是声传感器，它将声音信号转化成电信号，不是将电信号转化成声音信号，C 错．传感器应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，故D 对．
【答案】 C
2．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )
A ．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B ．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C ．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D ．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
【解析】 传感器工作的一般流程为：
非电学量――→ 被 敏感元件――――――――――→ 感知，然后通过 转换元件
―――――――――――――――――→转换成电信号，再通过转换电路
――――――――――――――――――――→ 将此信号转换成易于传输或测量的 电学量，因此A 、B 、D 错，C 对．
【答案】 C
3．下列说法正确的是( )
A ．传感器担负着信息采集的任务
B ．干簧管是一种磁传感器
C ．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D ．传感器是将力、温度、光、声、化学成分等转换为电信号的主要工具
【解析】 据传感器的定义和作用知电视机遥控接收器主要利用传感器来接收信息的，
故选项A、D正确，C错误，干簧管是利用电流的磁场来磁化两弹性金属片，相互吸引而接通电路的，故B正确．
【答案】ABD
4．下列仪器或装置不是利用传感器的是( )
A．汽车防盗报警器
B．宾馆房间内的火灾报警器
C．工兵用的地雷探测仪
D．用钥匙打开房门
【解析】A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器．用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用的传感器．
【答案】 D
5．如图5－1－3所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系( )
图5－1－3
A．U M>U N B．U M＝U N
C．U M<U N D．无法判断
【解析】霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以U M>U N.故选A.
【答案】 A
6．如图5－1－4所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈．P为可经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．其工作方式是
( )
图5－1－4
A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
【解析】由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．所以选项A正确．【答案】 A
7．关于“制作简易电话机”的实验，下列说法中正确的是( )
A．火柴盒没底也可以制成“话筒”
B．话筒感知的声音信号转化成了电压信号
C．“话筒”中的敏感元件是铅笔芯
D．声音使铅笔芯自身电阻发生变化
【解析】若火柴盒没底，声音信号不能引起铅笔芯的振动，故选项A错误．“话筒”感知声音信号转化成电流信号，故选项B错误．声音使横放的铅笔芯与下面两根铅笔芯接触的紧密程度发生变化，引起接触处电阻变化，并未导致铅笔芯自身电阻变化，故选项C正确，选项D错误．
【答案】 C
8．随着生活质量的提高，自动干手机已进入了家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干．手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变了湿度B．改变了温度
C．改变了磁场D．改变了电容
【解析】根据自动干手机工作的特征，即手靠近，电热器开始工作，手撤离，电热器停止工作，不难判断出传感器的种类．人是导体，可以和其他导体构成电容器，因此物理学上有人体电容之说．手靠近干手机相当于连接进一个电容器，故可以确认干手机内设置有电容式传感器，手靠近改变了电容．能否利用湿度和温度来驱使电热器工作，理论上可行，但作为干手机，这种传感器的设置是有很大缺陷的．干手机周围的环境(如湿度和温度)一年四季都在变化，与手是否靠近无关，假如湿度、温度发生变化干手机就马上工作，岂不成了“室内烘干机”，故选项D正确．
【答案】 D
9．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．加速度计的构造原理示意图如图5－1－5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s，则这段时间内导弹的加速度( )
图5－1－5
A．方向向左，大小为ks/m
B．方向向右，大小为ks/m
C．方向向左，大小为2ks/m
D．方向向右，大小为2ks/m
【解析】当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右．由牛顿第二定律可知选项D正确．
【答案】 D
10．(2013·宁德高二检测)传感器是一种采集信息的重要器件，如图5－1－6所示是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的是( )
图5－1－6
A．当F向上压膜片电极时，电容将减小
B．当F向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流表有示数，则压力F发生变化
D．若电流表有示数，则压力F不发生变化
【解析】测定压力的传感器，实际上是由固定电极和膜片电极组成的平行板电容器，当F向上压膜片电极时，极板间距离d减小，由C＝εS/4πkd可知，电容C将增大，故B 是正确的；若电流表有示数，说明电容C在变化，由此推测压力F在发生变化，故C正确．【答案】BC
11．有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息．如图5－1－7所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图．试结合图中信息，分析讨论：
图5－1－7
在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器？它们的作用是什么？
【解析】 由示意图可知，大棚需要测量的有五种信息，即向电脑提供五种数据：光照强度、空气湿度、空气温度、二氧化碳浓度、土壤温度，对应的需要五种传感器：光传感器、湿度传感器、温度传感器(测气温)、气敏传感器(测二氧化碳浓度)、温敏传感器(测地温)．
【答案】 见解析
12.如图5－1－8所示，小铅球P 系在细金属丝下，悬挂在O 点，开始时小铅球P 沿竖直方向处于静止状态．当将小铅球P 放入水平流动的水中时，球向左摆起一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小铅球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC ，它与金属丝接触良好，不计摩擦(C 端在O 点正下方处)．图中还有电动势为U 0的直流电源(内阻不计)、电压表和电流表．
图5－1－8
请你设计一个电路，通过电表的示数来间接测量水流对小铅球的作用力，且使二者呈线性关系．设OC ＝h ，水流对小铅球作用力的大小为F ，BC ＝L ，小铅球质量为m .(不计水对小铅球的浮力)
【解析】 这是一道以流体作用力测量器为背景的实际应用性问题，要求学生运用电路知识和力的平衡知识来优化设计出电路图，电路如图所示．
根据题意可得关系式
OC tan θBC ＝U V U 0
从而得U V ＝hU 0L
tan θ 又F ＝mg tan θ
故可求得水流的作用力与电表示数的关系式为F ＝
mgL hU 0U V . 【答案】 见解析图 F ＝
mgL hU 0
U V。
