最新人教版物理选修3-2同步学案-6.4《传感器的应用实例》

6.2传感器的应用自主学习一、传感器的工作原理分析分析传感器的工作原理要从以下几个方面进行：(1)感受量分析：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．二、常见传感器的应用实例1．与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．2．红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．3．照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．4．农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．5．工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．自主检测1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。

小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是()A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动2．小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。

传感器的应用知识梳理1.传感器输出的__________相当微弱，难以带动执行机构去实现__________动作，因此要把这个__________放大，如果需要远距离传送，可能还要把它转换成__________以抵御外界干扰.2.声传感器的应用：话筒是一种常用的_________.其作用是将__________转换为__________.3.盒式录音机、声控玩具等使用的是__________话筒，它的特点是__________、__________、__________、__________.疑难突破如何理解电子秤的工作原理？剖析：电子秤是一种力传感器的应用实例.这种传感器的工作原理如图所示，弹簧钢制的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，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.F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大.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.外力越大，输出电压差值也就越大.问题探究问题：电熨斗中的金属片是如何控制电路通断的？探究：双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热.当温度升高到某一值时，双金属片上面的金属受热膨胀，形变量大于下面的金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点接触接通电路.调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高，上提弹性铜片，可降低触点的分离温度从而实现了调温控制.探究结论：电熨斗能够自动控制温度，因为它装有双金属片温度传感器，靠电源自动接通和断开，起到自动加热降温的作用.典题精讲【例题】如图所示，甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，乙为用此热敏电阻和继电器做成的温控电路.设继电器的线圈电阻为R x=50 Ω，继电器线圈中的电流大于或等于I c=20 mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6 V，内阻可以不计.试问温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？甲乙思路解析：半导体材料制成的热敏电阻具有温度系数，即当温度升高时，电阻反而减小.若热敏电阻的阻值用R m表示，根据闭合电路欧姆定律可知，通过线圈的电流满足I=E/（R m+R x）≥I c时衔铁被吸合，右侧的小灯泡会发亮.代入数据得R m≤250 Ω，根据图中甲所示的图象可知t≥50 ℃时，能够满足R m≤250 Ω.知识导学传感器主要用在远距离控制或操作和自动控制技术中，不同的传感器有不同的作用和应用方法及应用原理，但他们的应用模式是大同小异的，一般是传感器获得信号，得到微弱的电流，再经过放大电路放大此电流，然后可以用指针式电表或液晶板等显示测量的数据，也可用来驱动继电器或其他元件来执行.疑难导析常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的，如图所示，应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成.应变式力传感器测压力的电容式传感器，如图所示，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，膜片产生形变，使极间距离d发生改变，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化.问题导思电熨斗在达到设定的温度后，就不再升温，是利用物体受热会膨胀的原理，上面的金属片温度高于下面的金属片温度，形变量大，则它向下弯曲，触点分开，从而起到切断电源的作用.然而，当温度降低时，金属片又会收缩，当恢复原状时，两触点又接触，从而接通电路，继续加热，保持温度.电熨斗中装金属片控制电路是利用物体热胀冷缩的属性，所以，制作传感时必须要对元器件的特性有明确的认识.典题导考绿色通道：热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧制而成的，它的电阻随温度的变化非常明显，因为金属的电阻率随温度的升高而增大.【典题变式】如图所示，将万用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再把电表的两只表笔与负温度系数的热敏电阻R t的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中间.若往R t上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）转动；若用吹风机向R t吹热风，表针将向_________（填“左”或“右”）转动.思路解析：热敏电阻是用半导体材料做成的.温度升高时，其电阻减小.第一次擦上酒精，随着酒精的蒸发温度降低，其电阻增大，欧姆表指针向左偏；第二次是吹热风，温度升高，电阻减小，欧姆表指针向右偏.答案：左右。

2 传感器的应用3实验：传感器的应用[学科素养与目标要求]物理观念：了解传感器在日常生活和生产中的应用.科学探究：1.通过实验或演示实验，认识传感器在技术或生产中的应用.2.能设计简单的传感器应用电路.科学态度与责任：通过对传感器原理及应用的了解，体会所学知识在实际应用中的价值，增强学习兴趣并培养正确的科学态度.一、力传感器的作用及原理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.二、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.三、光传感器的原理及应用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敏电阻、光电管、光电二极管、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.四、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.当加在斯密特触发器的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8V)时，Y会从低电平跳到高电平(3.4V).这样它将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号.1.判断下列说法的正误.(1)电子秤中的应变片的电阻随形变大小而变化.(√)(2)电熨斗和电饭锅都是利用双金属片控制电路通断的.(×)(3)火灾报警器中的光电三极管的电阻随光照的增强而变小.(√)(4)利用红外线敏感元件可以实现无接触测温.(√)2.电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比.现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图1所示.压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压.若发现电压表示数增大，则电梯加速度一定________(填“向上”或“向下”)，电梯可能________(填“加速”或“减速”)下降.图1[答案]向上减速一、力传感器的应用——电子秤如图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.[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，下表面应变片的电阻变小.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.力F越大，输出的电压差值也就越大.例1(多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图2所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3V，理想电流表的量程为0～0.6A.当拉环不受力时，滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是()图2A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC.当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D.当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处[答案]ABC[解析]若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，电路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝UR0＋R1＝0.1A，故B正确；拉力为400N时，由F＝kΔx，则Δx＝4cm，对应的电阻为R aP＝20Ω，R1接入电路的电阻R Pb＝5Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝UR0＋R Pb＝0.3A，故D错误，C 正确.二、温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅(1)如图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？(2)电饭锅的结构如图所示.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动作？[答案](1)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)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，因为如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100℃不变，低于“居里温度”(103℃)，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到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.例2如图3所示是自动调温式电熨斗，下列说法不正确的是()图3A.常温时上、下触点是接触的B.双金属片温度升高时，上层的金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C.原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些D.由熨烫丝绸衣物状态(温度较低)转化为熨烫棉麻衣物状态(温度较高)，应使调温旋钮下移一些[答案] C[解析]常温工作时，上、下触点是接通的；当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源；切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D正确，C错误.例3(多选)电饭锅的结构如图4所示，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是()图4A.常温下感温磁体具有较强的磁性B.当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会达到103℃，这时开关按钮会跳起D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起[答案]ACD三、光传感器的应用——火灾报警器如图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.[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.例4如图5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，呈现高电阻状态.发生火灾时，下列说法正确的是()图5A.进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B.光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C.进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D.以上说法均不正确[答案] C[解析]由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C正确.1.(光传感器的应用)(多选)(2017·济宁市高二检测)如图6所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图.其中A为光源，B为由电动机带动的匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻.每当扶梯上有顾客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次.此光计数器的基本工作原理是()图6A.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压B.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次[答案]BC[解析]当光照射R1时，R1阻值减小，R总减小，电源电压不变，故电路中的电流增大，R2是定值电阻，U2＝IR2，R2两端电压增大，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；当有人时信号处理系统计数，即没有光照时获得低电压，C正确，D错误.2.(力传感器的应用)(2018·烟台市高二下学期期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图7甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是()图7A.0到t1时间内，升降机一定静止B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C.t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动[答案] C3.(力传感器的应用)(2018·聊城市高二下学期期末)用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重.经实测，某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：8甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I≥20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合.已知继电器线圈的电阻为25Ω，继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供.(假设U不受继电器电路影响)图8(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图象；(2)当压力增大到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端；(3)为使车重G≥3.0×105N时启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到_______Ω；(4)通过调整电阻箱R′的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为____N. [答案](1)见[解析]图(2)C、D(3)100(4)6.0×104[解析](1)横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，根据表中数据，所作图象如图所示(2)当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20 mA 时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间；(3)由图可知当F N＝3.0×105 N时U＝2.5 V，而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A，－R线＝125 Ω－25 Ω故电路总电阻R总＝2.50.02Ω＝125 Ω，所以电阻箱接入电路的阻值R′＝R总＝100Ω；(4)因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I＝20mA＝0.02A，继电器线圈的电阻R线＝25Ω，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小＝IR线＝0.02A×25Ω＝0.5V，由图象可知，输出电压为0.5V时，对应的压力为6.0×104N.4.(温度传感器的应用)(2018·梅河口市第五中学高二月考)电饭煲的工作原理如图9所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成.S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻.接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70℃～80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，当温度降到70℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“<”“＝”或“>”)，若用电饭煲烧水时，S1________(填“会”或“不会”)自动断开.图9[答案]限流>不会[解析]通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，而并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2>R3.若用电饭煲烧水时，温度达不到居里点(103 ℃)，S1不会自动断开.5.(温度传感器的应用)传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，某热敏电阻R T阻值随温度变化的图线如图10甲所示，图乙是由该热敏电阻R T作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问：图10(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在__________(填“a”或“b”)处.(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”).(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是_________________________________________________________________. [答案](1)a(2)左(3)电源提供电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大[解析](1)由题图甲可知，热敏电阻R T在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处.(2)为使启动报警的温度提高，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片应左移.6.(光传感器的应用)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻R G在不同照度下的阻值如表所示：(1)根据表中的数据，请在图11给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点；图11(2)如图12所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R G(符号，阻值见表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干.图12[答案](1)如图甲所示光敏电阻的阻值随光的照度的增大而非线性减小(2)如图乙所示高中物理选修3-221[解析] (2)原理：利用串联电路的分压规律设计电路.当照度降低至1.0lx 时，光敏电阻为R G＝20kΩ，由题中信息可知U 12＝2V ，E ＝3V ，U 12R G ＝E －U 12R， 所以R ＝10kΩ，定值电阻应选R 1.。

传感器的应用诱学·导入·点拨材料：在科学高度发达的今天，人们对周围环境的了解已不满足于“感知”的水平，而是设法利用掌握的知识、技术，特别是现代物理技术去了解、分析、掌握，甚至控制周围的环境世界及其有关信息，并运用这些信息、技术去服务于人类。

然而，要利用这些信息，首先就要有能够感知信息的器件——传感器。

传感器已广泛应用于家庭、工业和科技领域。

问题：各种传感器的工作原理是什么，它们有哪些广泛的应用？导入点拨：生活和生产中的传感器都是通过敏感组件感知各种信号，将各种信号转换为电信号，然后利用这些电信号通过控制电路实现自动控制。

知识·巧学·升华一、传感器应用的一般模式1.分析论证传感器的应用首先要通过传感器获取电信号，再对获取的电信号进行放大或转换，然后显示数据或控制电路。

2.传感器的一般模式深化升华传感器的作用是将其它信息转换为电信号，其目的是完成自动控制。

二、传感器的应用实例1.力传感器的应用——电子秤（1）力传感器的构造常见的力传感器是由金属梁和应变片组成。

要点提示应变片是感知力大小的敏感组件。

（2）力传感器的原理如图所示，弹簧钢制成的梁形组件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加力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。

F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就大。

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。

外力越大，输出的电压差值也就越大。

知识拓展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。

（3）力传感器的应用：电子秤、测量其它各种力。

联想发散力传感器也可通过改变电容器板间形变即改变板间距离来改变电容的大小，将力的大小转换为电容的大小。

2.声传感器的应用——话筒（1）话筒的作用：将声信号转换为电信号。

要点提示话筒是一种常用的声传感器。

6．3 传感器的应用（二）教学目标（一）知识与技能1．了解温度传感器在电饭锅和测温仪上的应用。

2．了解光传感器在鼠标器和火灾报警器上的应用。

（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。

（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。

教学重点、难点重点各种传感器的应用原理及结构。

难点各种传感器的应用原理及结构。

教学方法实验法、观察法、讨论法。

教学手段演示用的感温铁氧体，磁铁，电烙铁，计算机的鼠标器，光敏电阻，多用表，干电池，蜡烛，各种功率的白炽灯等教学过程（一）引入新课传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域．例如，空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要使用温度传感器．光传感器的应用也十分广泛，如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火灾报警器等．这节课我们就来学习温度传感器和光传感器的应用实例。

（二）进行新课1、温度传感器的应用——电饭锅引导学生阅读教材有关内容。

（1）温度传感器的主要元件是什么？感温铁氧体。

（2）感温铁氧体的组成物质是什么？氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。

（3）感温铁氧体有何特点？常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103℃，失去铁磁性．（4）什么是“居里点”？居里点，又称居里温度，即指103℃。

观察演示实验：感温铁氧体的特性。

现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值时，感温铁氧体与磁铁分离。

说明温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。

投影电饭锅的结构示意图。

引导学生思考并回答教材“思考与讨论”中的问题，了解电饭锅的工作原理。

（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。

（2）水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。

（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。

6．2 传感器的应用（一）教学目标（一）知识与技能1．了解力传感器在电子秤上的应用。

2．了解声传感器在话筒上的应用。

3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。

（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。

（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。

教学重点、难点重点各种传感器的应用原理及结构。

难点各种传感器的应用原理及结构。

教学方法实验法、观察法、讨论法。

教学手段驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，日光灯起动器（若干）教学过程（一）引入新课传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。

请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。

热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。

霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。

这节课我们来学习传感器的应用。

（二）进行新课1、传感器应用的一般模式阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。

下面学习几个传感器应用的实例。

2．力传感器的应用——电子秤阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。

（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。

（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。

应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。

3．声传感器的应用——话筒阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。

（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。

（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。

这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？1、话筒的作用是把声音信号转化为电信号。

6.2传感器的应用基础知识一、传感器应用的一般模式传感器→放大转换电路→⎩⎪⎨⎪⎧执行机构显示器指针式电表、数字屏计算机系统二、力传感器的应用——电子秤1．组成：电子秤使用的测力装置是力传感器．常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的．应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成．2．原理：如图所示，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，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，下表面应变片的电阻变小．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．力F越大，输出的电压差值也就越大．3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．三、温度传感器的应用1．电熨斗(1)构造(如图所示)它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成．(2)敏感元件：双金属片．(3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断．2．电饭锅(1)构造(如图所示)(2)敏感元件：感温铁氧体(3)工作原理①居里温度：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”．②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．四、光传感器的应用——火灾报警器1．构造：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．2．工作原理：平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，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．基础练习1．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。

第四节：传感器的应用实验学案【学习目标】1、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。

2、知道晶体三极管的放大特性。

3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。

【学习重点】：传感器的应用实例。

【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。

【教学过程】一、问题引入上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。

请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？二、学习新课阅读下列学习资料总结二极管的特点和作用：（一）、普通二极管和发光二极管固态电子器件中的半导体两端器件。

起源于19世纪末发现的点接触二极管效应，发展于20世纪30年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。

利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。

例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；半导体发光二极管能实现电-光能量的转换，可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。

按用途分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。

按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN 结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

6.3实验：传感器的应用学习目标1．让学生练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识。

2．识别各种晶体管、逻辑集成电路块、集成电路控制板，知道各种元器件的性能和引脚关系。

3.了解光控开关电路与温度报警电路的控制原理。

重点与难点自动控制电路的分析及设计技巧诵读预热备注复习光敏电阻R G,热敏电阻R T，逻辑门电路的相关知识展示导入传感器在实际应用中，很多情况下是用来完成一定的控制任务的，本节我们将与大家一起尝试使用常见的少量电子元器件，组装实用的光控开关与温度报警电路。

探究准备1．斯密特触发器的特点：当输入端电压逐渐上升到某一个值(1.6 V)时，输出端会突然从________跳到____________，当输入端电压下降到另一个值(0.8 V)时，输出端会从________跳到__________．2．下列说法中正确的是()A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B．测温仪中测温元件可以是热敏电阻C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态3．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．三种特性都利用了合作探究1．有关光控开关的控制原理：例1．如图1所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，R G为光敏电阻．A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是()图1A．天黑时，Y处于高电平B．天黑时，Y处于低电平C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮2．有关温度报警器的控制原理：例 2.如图2是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是()图2A．当R T的温度升高时，R T减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B．当R T的温度升高时，R T减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声当堂检测1．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警．所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．2．已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图所示器材设计一个路灯自动控制电路．感悟反思评价（探究准备）：1．高电平低电平(0.25 V)低电平高电平(3.4 V)2．B[电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，C错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，D错误．]3．B[题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确．]（合作探究）：例1. B C[天黑时，R G阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，R G电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确] 例2.B C[当R T温度升高时，电阻减小，A点电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A错，B对．当增大R1时，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发生报警声，C对，D错．]点评斯密特触发器是具有特殊功能的非门，用符号表示．当输入端电压上升到某一个值(1.6 V)时，输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，当输入端电压下降到另一个值(0.8 V)时，输出端会从低电平跳到高电平(3.4 V)（当堂检测）：1．实验电路如下图所示当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的．2．见解析解析电路如图所示控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．方法总结在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．。