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实验：传感器的应用诱学·导入·点拨材料：随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关、温度报警器、孵化小鸡的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器。
传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换为电学量，对电学量的放大、处理均是通过电子组件组成的电路来完成的。
问题：各电路是如何实现自动控制的？导入点拨：以上各种自动控制电路都用到了传感器，但传感器完成将非电学量转换为电学量后不能直接控制电路，应通过电路将得到的电学量进行处理后才能实现自动控制。
请尝试说出它们各自的原理。
知识·巧学·升华一、光控开关1.工作原理白天，光强度较大，光敏电阻R G电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，R G的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A电压上升到某个值（1.6 V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
知识拓展斯密特触发器是具有特殊功能的非门，即输入低电平将输出高电平；反之，则输出低电平。
光敏电阻随着光强度的变化而改变，引起斯密特触发器A端电势的变化。
2.实验探究（1）探究过程：按图连接电路，改变R G的电阻，观察发光二极管LED的发光情况。
探究要想在天更暗时路灯才会点亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些。
（2）分析论证：要想在天更暗时路灯才会点亮，应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6 V），就需要R G的阻值达到更大，即天色更暗。
联想发散R1和R G为分压电阻，其两端电压与其电阻成正比，所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系。
3.问题探究（1）问题提出：由于集成电路允许通过的电流比较小，如何使通过灯泡中的电流更大些？（2）分析论证：采用小电流通过继电器控制电流较大的另一灯泡工作电路图6-4-2。
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》教案【学习目标】1、了解传感器应用的一般模式；2、理解电子秤、电熨斗及电饭煲的工作原理；（重点）3、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。
（难点）【学习过程】一．传感器应用的一般模式一般情况下，传感器产生的信号非常微弱，要想触发控制电路，此信号必须进一步放大才可以，所以需要放大电路，即放大器。
问题1、阅读课本，画出传感器应用的一般模式示意图。
传感器二．传感器的应用：（一）力传感器的应用——电子秤问题2、电子秤常用的一种力传感器是由什么元件组成的？问题3、简述力传感器的工作原理。
如图所示，保持两应变片中通过的电流恒定，力F越大，弹簧钢梁弯曲形变越，上应变片的电阻越、两端电压越，下应变片的电阻越、两端电压越，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。
问题4：应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？（二）温度传感器的应用——1.电熨斗问题5、日光灯启动器中双金属片实验。
实验：取一个报废的日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一个U型的双金属片，双金属片的旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点，常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。
把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的。
问题6、电熨斗结构图及使用原理。
（1）、电熨斗的构造：主要有电热丝、金属底板、、、触点、绝缘支架、、等组成。
其中为温度传感器，是电熨斗的核心元件，它的作用是控制电路的。
（2）、双金属片的工作原理：双金属片巧妙地利用了不同金属的差异，在温度发生变化时，双金属片会发生，从而控制电路的。
（3）、电熨斗的工作原理：。
思考与讨论：1.常温下，上、下触点应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？F上应变片下应变片金属架双金属片的上下层金属的膨胀系数应该哪个比较大？2. 熨烫棉、麻衣物时，通常需要设定较高温度，熨烫丝绸衣物时需要设定较低温度。
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。
教学重点各种传感器的应用原理及结构。
教学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——电子秤阅读教材有关内容，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？提示：（1）话筒的作用是把声音信号转化为电信号。
第6.2节《传感器的应用》导学案班级：姓名： ___【学习目标】1．知道传感器应用的一般模式。
2．理解电子秤的原理——力传感器的应用。
3．理解电熨斗、电饭锅的原理——温度传感器的应用。
4．理解火灾报警器的原理——光传感器的应用。
5．会分析和设计简单的有关传感器应用的控制电路。
【学法指导】阅读；想象；实验。
【使用说明】1.导学案中标注*部分供学有余力同学做，学习小结展示课结束以后完成。
2.将预习中遇到的疑难点问题标识出来在展示课堂上小组讨论、质疑。
【知识链接】1．传感器：传感器是将信号转换为信号输出的一种仪器。
2. 光敏电阻：光敏电阻在时电阻发生变化。
光照越强，光敏电阻阻值越。
热敏电阻：热敏电阻在温度上升时导电能力。
即温度越高，热敏电阻阻值越。
金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而。
即温度越高，金属热电阻阻值越。
3.电阻定律：R= ；一般物体的体积都会随温度变化而变化，即满足热冷。
【学习过程】知识点一、传感器应用的一般模式。
问题1．阅读教材第56页，总结传感器应用的一般模式。
问题2．传感器在上述工作模式中所起的作用是什么？知识点二、力电传感器的应用——电子秤问题3．电子秤使用的测力装置是，它是由组成的。
应变片能够把物体形变的力学量转化为电学量。
问题4．结合下图简述力传感器的工作原理。
知识点三、温度传感器的应用——电熨斗问题5．阅读教材，思考：教材第57页的实验中，U形双金属片温度传感器相当于，可以控制小灯泡的亮和灭。
日光灯启动器中的双金属片内层金属的热膨胀系数大于外层金属。
当温度升高时，内层金属体积膨胀外层金属体积膨胀，U行片就会向伸展，接触竖直片，电路就被了。
问题6．（结合下图分析）（1）电熨斗中的双金属片上层金属的热膨胀系数下层金属的热膨胀系数。
（2）常温下，电熨斗的上、下触点应是（接触的、不接触的）。
当温度过高时，双金属片上层金属的体积膨胀下层金属的体积膨胀，双金属片将向偏转，使电熨斗的上、下触点被，从而来控制温度继续升高。
实验：传感器的应用教学目标1. 知识与技能(1)知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性．(2)掌握逻辑电路的基本知识和基本应用．2. 过程与方法通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用．3. 情感、态度与价值观培养学生的学习兴趣，倡导以创新为主、实践为重的素质教育理念．教学重点难点1．传感器的应用实例。
2．由门电路控制的传感器的工作原理。
教学方法与手段PPT课件；演示实验；讲授。
课前准备斯密特触发器或非门电路，二极管，三极管，蜂鸣器，滑线变阻器，热敏电阻，光敏电阻。
导入新课[事件1]教学任务：创设情景，导入新课。
问题展示：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。
思考并回答：电饭锅、测温仪、鼠标器、火灾报警器。
导入新课随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关，温度报警器，孵小鸡用的恒温箱，路灯的自动控制，银行门口的自动门等，都用到了传感器。
传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大、处理均是通过电子元件组成的电路来完成的。
这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。
讲授新课[事件2]教学任务：相关元件的作用功能及其工作原理。
师生活动：在我们学习这些知识之前，先要学习一些相关的元件的作用、功能及其工作原理。
1.发光二极管发光二极管发光二极管简称为LED，如下图所示。
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N区的空穴和由N 区注入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。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
第六章 传感器2 传感器的应用学习目标1.知道传感器应用的一般模式.2.知道力传感器在电子秤上的应用.3.知道温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用.4.知道传感器在火灾报警中的应用.自主探究1.常用的力传感器是由 和应变片组成的.应变片是一种 元件,现在多用 材料制成.2.电熨斗中的双金属片温度传感器的作用是 ,双金属片上层金属的膨胀系数 下层金属.3.电饭锅中的温度传感器的主要元件是 .它的特点是常温下具有铁磁性,温度上升到约为 时,就失去了铁磁性.4.烟雾散射式火灾报警器是利用 来工作的.合作探究一、力传感器的应用——电子秤思考讨论:(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)力传感器的工作原理是什么?(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电学量?二、温度传感器的应用——电熨斗活动体验:取一个报废的日光灯启动器,去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U形的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点.常温下触点是分离的.用火焰靠近双金属片,可以看到双金属片的形状发生变化,与金属丝接触;把火焰移开,双金属丝逐渐恢复原状,两个触点分离.把这个启动器用作温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭.思考讨论:电熨斗在达到设定的温度后就不再升温,当温度降低时又会继续加热,使它总与设定的温度相差不多.在熨烫不同的织物时,设定的温度可以不同.进行这样的控制,靠的是温度传感器.观察电熨斗的结构图,思考下列问题.(1)常温下,电熨斗的上、下触点应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)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的?三、温度传感器的应用——电饭锅活动体验:取一块电饭锅用的感温铁氧体,使它与一块小的永磁体吸在一起.用功率较大的电烙铁给铁氧体加热,经过一段时间后会与永磁体分开.思考讨论:观察电饭锅的结构示意图,思考下列问题.(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?(3)饭煮熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?四、光传感器的应用——火灾报警器思考讨论:阅读课本P59“光传感器的应用——火灾报警器”的内容,思考并回答问题.(1)烟雾散射式火灾报警器的组成有哪些?(2)烟雾散射式火灾报警器的工作原理是什么?课堂检测1.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程.下列属于这类传感器的是( )A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器2.下列关于电熨斗的说法正确的是( )A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同B.常温下,上下触点是接触的;温度过高时,双金属片发生弯曲,使上下触点分离C.需要较高温度熨烫时,要调节温度旋钮,使升降螺钉下移并推动弹性铜片下移D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料3.关于电饭锅的说法正确的是( )A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁B.感温铁氧体在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性C.用电饭锅烧水,水开时能自动断电D.用电饭锅煮饭时,若温控开关自动断电后,它不能自动复位4.如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin314t(V)的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻.当传感器R2所在处出现火警时,以下说法中正确的是( )A.A1的示数不变,A2的示数增大B.A1的示数增大,A2的示数减小C.V1的示数不变,V2的示数减小D.V1的示数增大,V2的示数增大5.如图是自动调温式电熨斗,下列说法正确的是( )A.常温时上下触点是接触的B.双金属片温度升高时,上金属片形变较大,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,应使调温旋钮下调一些D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态,应使调温旋钮下移一些6.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能.对此,以下判断正确的是( )①通电后,其电功率先增大,后减小②通电后,其电功率先减小,后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1和t2之间的某一值不变A.①③B.②③C.②④D.①④7.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,下列说法正确的是( )A.电梯一定加速上升B.电梯一定减速下降C.电梯加速度一定向上D.电梯加速度一定向下8.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流.当膜片M向右运动的过程中有( )A.电容变大B.电容变小C.导线AB 中有向左的电流D.导线AB 中有向右的电流9.如图所示,“神舟九号”飞船发射升空时,火箭内测试仪台上放一个压力传感器,传感器上面压一质量为M 的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加速度为a=,压力传感器此时显示物体对平台的压力为点火前压力的,已知地球g 21716的半径为R ,g 为地面附近的重力加速度,则此时火箭离地面的高度为 .10.如图所示是一种自动控制水温的装置,加热电路的两个端点P 、Q 应接在触头a 、b 之间还是c 、d 之间?热敏电阻两端M 、N 应接在哪两个触头之间?11.光电管在各种自动化装置中有很多应用,街道的自动控制路灯就是其应用之一,如图所示为其模拟电路,其中A 为光电管,B 为电磁继电器,C 为照明电路,D 为路灯,试简述其工作原理.12.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将该装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b 在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b的示数均为10N.(g取10m/s2)(1)若传感器a的示数为14.0N,b的示数为6.0N,求此时汽车的加速度大小和方向;(2)当传感器a的示数为零时,求此时车的加速度大小和方向.参考答案自主探究1.金属梁 敏感 半导体2.控制电路的通断 大于3.感温铁氧体 103℃4.烟雾对光的散射合作探究一、力传感器的应用——电子秤(1)测力装置是力传感器,力传感器是由金属梁和应变片组成的.(2)力传感器的工作原理: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.(3)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.二、温度传感器的应用——电熨斗(1)常温下,电熨斗的上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属片膨胀大,下部金属片膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺钉,升降螺钉带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的.三、温度传感器的应用——电饭锅(1)按下开关,电热板电源的开关闭合,电热板开始加热.手松开后,由于永磁体吸引感温磁体,因此开关按钮不会恢复到图示状态.(2)煮饭时水沸腾后锅内大致保持在100℃的温度,因为里面还有水,沸腾后温度不能再上升.(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会上升到103℃左右,致使感温磁体的磁性消失,弹簧开关自动弹起使电热板断电.(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后锅内大致保持在100℃的温度,不会自动断电.四、光传感器的应用——火灾报警器(1)烟雾散射式火灾报警器由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成.(2)烟雾散射式火灾报警器的工作原理: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.课堂检测1.A 解析:红外报警装置正是把光信号转化为电信号的器件.2.BC 解析:电熨斗中装有双金属片传感器,且上层金属的热膨胀系数大于下层,故A项错;常温下,上下触点是接触的;温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离;需要较高温度熨烫时,要调节温度旋钮,使升降螺钉下移并推动弹性铜片下移,故B、C两项正确.3.BD 解析:电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体,它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的.其特点是常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到约103℃,失去铁磁性.水沸腾后,由于锅内保持100℃不变,故感温铁氧体仍与永磁体相吸,继续加热,直到饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至103℃时,感温铁氧体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,它不能自动复位,切断电源,从而停止加热.4.BC 解析:U1为交变电压u的有效值,故恒定.当传感器R2处出现火警时,R2的电阻减小,副线圈两端电压U副恒定,R2减小时,总电流I3增大,则U3增大,由U1I1=U副I3可知,I1增大,因U2=U副-U3,故U2减小,I2减小,B、C两项正确.5.ABD 解析:常温工作时,上下触点是接触的;当温度升高时,上层金属片形变大,向下弯曲,切断电源;原来温度控制在80℃断开电源,现要求60℃断开,应使调温旋钮上调一些;熨烫棉麻衣物时,温度要升高,则应使调温旋钮下移一些,A、B、D三项正确.6.D 解析:当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中,电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当t=t1时, P=P1达到最大.当温度由t1升高到t2的过程中,ρ增大,R增大,P减小;而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P'也就越大;因此在这之间的某一温度t 3会有P=P 3=P',即电热功率P 减小到等于散热功率时,即达到保温;当t<t 3时,P>P',使温度自动升高到t 3;当t>t 3时,P<P',使温度自动降为t 3,实现自动保温.7.C 解析:电压表示数增大说明人对地板的压力变大,对人受力分析知,地板对人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速.8.AC 解析:当声波使膜片M 向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC 变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB 中有向左的电流,故A 、C 两项正确.9.解析:设此时火箭升空的高度为h ,此处的重力加速度为g',则有F-Mg'=Ma ,由万有引力定律得(R+h )2g'=R 2g ,又F=Mg ,1716由以上解得h=.R 3答案:R 310.解析:P 、Q 应该分别接到触头a 、b 之间.同时,M 、N 应该分别接e 、f ,其工作原理是:当水温升高时,热敏电阻阻值减小,电磁铁中电流增大,吸引力增大,使衔铁被吸下,a 、b 断开,使加热装置停止加热;当水温降低到一定程度时,热敏电阻温度降低,电磁铁中电流减小,吸引力减小,衔铁被弹簧拉上去,使a 、b 之间连接,加热装置开始加热,从而实现水温控制.答案:P 、Q 应该分别接在触头a 、b 之间 M 、N 应分别接e 、f11.解析:开关合上后,白天,光电管在可见光照射下有电子逸出,从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极,使电路接通,电磁铁中的强电流产生的磁场将衔铁吸住,照明电路断开,灯泡不亮.夜晚,光电管无光照射就无电子逸出,电路断开,电磁铁中无电流通过,弹簧将衔铁拉下,照明电路接通,这样就达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.答案:见解析12.解析:传感器上显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,即该弹簧对滑块的弹力大小.(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14.0 N ,右侧弹簧对滑块向左的推力F 2=6.0 N .滑块所受合力产生加速度a 1,根据牛顿第二定律得,F 1-F 2=ma 1解得,a 1== m/s 2=4.0 m/s 2,a 1与F 1同向,即向前(向右).F 1‒F 2m 14.0‒6.02.0(2)a 传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力F 1'=0,因两弹簧相同,左侧弹簧伸长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为F 2'=20 N .滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得F 合=F 2'=ma 2解得,a 2==10 m/s 2,方向向后(向左).F 2'm答案:(1)4.0 m/s 2 向右 (2)10 m/s 2 向左。
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。
本套资源目录2019_2020学年高中物理第6章1传感器及其工作原理学案新人教版选修3_22019_2020学年高中物理第6章2传感器的应用学案新人教版选修3_22019_2020学年高中物理第6章3实验：传感器的应用学案新人教版选修3_22019_2020学年高中物理第6章章末复习课学案新人教版选修3_21传感器及其工作原理[学习目标] 1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义． 2.知道将非电学量转化为电学量的意义．(重点) 3.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．(重点、难点)一、传感器1．传感器的定义能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件．2．非电学量转换为电学量的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．3．注意(1)传感器的发展十分迅速，其品种已达数万种，我们学习了解的只是最基本的几种而已．(2)不能认为传感器输出的一定是电信号．二、光敏电阻1．特点：光照越强，电阻越小．2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线．甲乙2．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线． 3．热敏电阻与金属热电阻的区别 热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻随温度的变化而变化且非常明显 电阻率随温度的升高而增大制作材料 半导体 金属导体优点灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大 作用 能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．四、霍尔元件1．构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件．2．工作原理：在E 、F 间通入恒定的电流I, 同时外加与薄片垂直的磁场B ，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间出现了电压，称为霍尔电压U H .3．霍尔电压：U H ＝k IB d .(1)其中d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关．(2)一个霍尔元件的d 、k 为定值，再保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比．4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．[说明] 霍尔电压的推导设上图中MN 方向长度为l 2，则q U H l 2＝qvB .根据电流的微观解释，I ＝nqSv ，整理后，得U H ＝IB nqd. 令k ＝1nq，则U H ＝k IB d . U H 与B 成正比，因此霍尔元件能把磁学量转换成电学量．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的．(×) (2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件． (√)(3)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．(×)(4)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．(×)(5)霍尔元件工作时，产生的电压与外加的磁感应强度成正比．(√)2．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度地减小，则这种元件使用的材料可能是( )A．金属导体B．绝缘体C．半导体D．超导体C [金属导体的电阻随温度的升高而增大，超导体的电阻几乎为零，半导体(如热敏电阻)的阻值随温度的升高而大幅度地减小．]3．关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )A．传感器一定是把非电学量转换为电学量B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器C [传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．]传感器的原理和分类(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等．(2)转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出．(3)转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等．2．传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作．传感器的工作原理如下所示：非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量3．分类工作原理举例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压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等化学传感器利用化学反应识别和检测信息气敏传感器、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号酶传感器、组织传感器、细胞传感器等【例1】全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．[解析]由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，U R＝IR可视为U R与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大．[答案] b、c增大传感器问题的分析思路不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化．因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化．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D [在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确．]验证光敏电阻和热敏电阻的特性(1)实验器材：热敏电阻、烧杯(备有冷、热水)、温度计、铁架台、多用电表、开关、导线．(2)实验步骤①如图所示，将一个热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值；②将热敏电阻放入装有少量冷水并插入温度计的烧杯中，记录温度、电阻值；③分几次向烧杯中倒入热水，观察不同温度下热敏电阻的阻值；④根据实验数据说明热敏电阻随温度变化的情况．(3)实验结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，而且阻值的变化是非线性的．2．光敏电阻特性验证实验设计(1)实验器材：光敏电阻、多用电表、导线、开关．(2)实验步骤①用多用电表欧姆挡两表笔与光敏电阻两端连接，测光敏电阻值如图所示；②手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线，再测光敏电阻的阻值；③全部挡住光线，再测光敏电阻的阻值．(3)实验结论：光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大，而且阻值的变化是非线性的．【例2】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的．如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的Rt图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：甲乙(1)电流表G的内阻R g；(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度．[解析](1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA根据闭合电路欧姆定律得：R g＝EI1－R＝(93×10－3－2×103) Ω＝1 000 Ω.(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时R＝EI2－R g＝(91.8×10－3－1×103) Ω＝4 000 Ω由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时的温度为20 ℃[答案] (1)1 000 Ω(2)20 ℃2.(多选)如图所示，R 1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大ABC [当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A 项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确．]霍尔效应的应用体材料是电子型还是空穴型．半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法．2．利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途：例如测量磁感应强度，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号，如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等．【例3】 (多选)如图所示为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I 由正电荷的定向运动形成．下列说法正确的是( )A ．M 点电势比N 点电势高B ．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度C ．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量D ．若保持电流I 恒定，则霍尔电压U H 与B 成正比BCD [当正电荷定向运动形成电流时，正电荷在洛伦兹力作用下向N 极聚集，M 极感应出等量的负电荷，所以M 点电势比N 点电势低，选项A 错误；根据霍尔元件的特点可知，选项B 、C 正确；因霍尔电压U H ＝k IB d ，保持电流I 恒定时，霍尔电压U H 与B 成正比，选项D 正确．]3.(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d 表示薄片的厚度，k 为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d 、k 为定值，如果保持电流I 恒定，则可以验证U H 随B 的变化情况．以下说法中正确的是( )A ．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，U H 将变大B ．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C ．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D ．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H 将发生变化ABD [一个磁极靠近霍尔元件工作面时，B 增强，由U H ＝k IB d ，知U H 将变大，A 正确；地球两极处磁场可看作与地面垂直，所以工作面应保持水平，B 正确；赤道处磁场可看作与地面平行，所以工作面应保持竖直，C 错误；若磁场与工作面夹角为θ，则应有qvB sin θ＝q U H d，可见θ变化时，U H 将变化，D 正确．]课 堂 小 结 知 识 脉 络1.传感器按照一定的规律把非电学量转化为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．2．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．3．热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．4．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量．5．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.1．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是( )A．将力学量(如形变量)转换成磁学量B．将电学量转换成热学量C．将光学量转换成电学量D．将电学量转换成力学量C [传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故只有C 项正确．]2．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( )A．金属导体B．光敏电阻C．NTC热敏电阻D．PTC热敏电阻C [金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻电阻值是随光照强度的增大而减小，PTC热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，只有NTC热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C正确，A、B、D错误．]3．关于传感器的下列说法正确的是( )A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．以上说法都不正确B [半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．]4．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．关于干簧管，下列说法正确的是( ) A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入电路中相当于开关的作用CD [当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B错误，选项C 正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A错误，选项D正确．]5．(多选)有定值电压、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻AC [热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误．]2传感器的应用[学习目标] 1.了解传感器在日常生活和生产中的应用．(重点) 2.了解传感器的一般应用模式． 3.会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提升分析问题、解决问题的能力．(难点)一、传感器应用的一般模式二、传感器的应用实例1．力传感器的应用——电子秤(1)组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．(2)工作原理：(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．2．温度传感器的应用实例敏感元件工作原理电熨斗双金属片温度变化时，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电饭锅感温铁氧体(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“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(1)组成：如图所示，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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)传感器可以直接用来进行自动控制．(×)(2)传感器可以用来采集信息．(√)(3)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量．(×)(4)鼠标是力传感器．(×)(5)电吉他是光电传感器．(×)2．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B [由题意可知，这一装置要对光敏感，能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗)，所以选项B正确；虽然白天与夜晚温度也不相同，但温度除与昼夜有关外，还与季节有关，因此C 错误；灯的亮熄与压力更无关系，A、D错误．]3．如图所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为____N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________．[解析]当拉力的大小不变时，力传感器悬挂的钩码在竖直方向是匀速运动，此时力传感器的读数就是钩码的重力，约10 N．当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态．当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．[答案] 10 A、D B、C传感器问题的分析思路 以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集．(2)信息加工、放大、传输．(3)利用所获得的信息执行某种操作． 【例1】 用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2 kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a 、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后．汽车静止时，传感器a 、b 的示数均为10 N(g 取10 m/s 2)．(1)若传感器a 的示数为14 N ，b 的示数为6 N ，求此时汽车的加速度大小和方向．(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零？[解析] (1)如图所示，依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14 N ，右侧弹簧对滑块的向左的推力F 2＝6 N ，滑块所受合力产生加速度a 1，根据牛顿第二定律有F 1－F 2＝ma 1可得a 1＝F 1－F 2m ＝14－62m/s 2＝4 m/s 2 a 1与F 1同方向，即向前(向右)．(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F ′1＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F ′2＝20 N.滑块所受合力产生加速度a 2，由牛顿第二定律得F 合＝F ′2＝ma 2可得a 2＝F ′2m＝10 m/s 2，方向向左． [答案] (1)4 m/s 2 方向向右 (2)以方向向左、大小为10 m/s 2的加速度运动力传感器是一种测量力的大小的工具.此类题常与牛顿第二定律、运动学的内容综合.当只知道加速度的大小和方向，不知道物体的运动方向时，物体的运动情况有两种可能，即沿某一方向的匀加速或相反方向的匀减速，不要漏掉其中一种.1.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E ，内阻不计，不称物体时，滑动头P 在A 端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大．这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量．若滑动变阻器上A 、B 间长度为l ，最大阻值为R 0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k ，试导出所称重物重力G 与电路中电流I 的函数关系．[解析] 设称重物G 时弹簧的压缩量为x ，由题意得G ＝kx ①此时，滑动头P 距B 端距离为l －x ，滑动变阻器有效电阻为R 0－x l R 0，由欧姆定律有I ＝ER 0＋⎝⎛⎭⎪⎫R 0－x l R 0 ② 由①②式解得G ＝2kl －Ekl IR 0. [答案] G ＝2kl －Ekl IR 0常见传感器(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．2．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．3．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．4．飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．【例2】 如图所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R 1＝20 kΩ、R 2＝10 kΩ、R 3＝40 kΩ，R T 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a 、b 端电压U ab ≤0时，电压鉴别器会令开关S 闭合，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a 、b 端电压U ab ＞0时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )甲 乙A ．10 ℃B ．20 ℃C ．35 ℃D ．45 ℃C [由题可知U ab ＝0是一个电压的临界点，对应着开关S 的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路图可知，在R 1、R 2、R 3给定的条件下，热敏电阻R T 的阻值决定了U ab 的正负．设电源负极的电势为零，则φa ＝R 2R 1＋R 2U ，φb ＝R T R 3＋R TU ，其中U 为电源的路端电压，令φa ＝φb ，即U ab ＝0，则可得R 2R 1＝R T R 3，代入数据得R T ＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故C 正确．]温度传感器一般使用的是热敏电阻，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，在解答有关温度传感器的应用问题时应注意区分这一性质.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，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )。
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。
第六章 传感器2 传感器的应用学习目标1.知道传感器应用的一般模式.2.知道力传感器在电子秤上的应用.3.知道温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用.4.知道传感器在火灾报警中的应用.自主探究1.常用的力传感器是由 和应变片组成的.应变片是一种 元件,现在多用 材料制成.2.电熨斗中的双金属片温度传感器的作用是 ,双金属片上层金属的膨胀系数 下层金属.3.电饭锅中的温度传感器的主要元件是 .它的特点是常温下具有铁磁性,温度上升到约为 时,就失去了铁磁性.4.烟雾散射式火灾报警器是利用 来工作的.合作探究一、力传感器的应用——电子秤思考讨论:(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)力传感器的工作原理是什么?(3)应变片能够把什么力学量转化为什么电学量?二、温度传感器的应用——电熨斗活动体验:取一个报废的日光灯启动器,去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U形的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点.常温下触点是分离的.用火焰靠近双金属片,可以看到双金属片的形状发生变化,与金属丝接触;把火焰移开,双金属丝逐渐恢复原状,两个触点分离.把这个启动器用作温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭.思考讨论:电熨斗在达到设定的温度后就不再升温,当温度降低时又会继续加热,使它总与设定的温度相差不多.在熨烫不同的织物时,设定的温度可以不同.进行这样的控制,靠的是温度传感器.观察电熨斗的结构图,思考下列问题.(1)常温下,电熨斗的上、下触点应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)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的?三、温度传感器的应用——电饭锅活动体验:取一块电饭锅用的感温铁氧体,使它与一块小的永磁体吸在一起.用功率较大的电烙铁给铁氧体加热,经过一段时间后会与永磁体分开.思考讨论:观察电饭锅的结构示意图,思考下列问题.(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?(3)饭煮熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?四、光传感器的应用——火灾报警器思考讨论:阅读课本P59“光传感器的应用——火灾报警器”的内容,思考并回答问题.(1)烟雾散射式火灾报警器的组成有哪些?(2)烟雾散射式火灾报警器的工作原理是什么?课堂检测1.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程.下列属于这类传感器的是( )A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器2.下列关于电熨斗的说法正确的是( )A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同B.常温下,上下触点是接触的;温度过高时,双金属片发生弯曲,使上下触点分离C.需要较高温度熨烫时,要调节温度旋钮,使升降螺钉下移并推动弹性铜片下移D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料3.关于电饭锅的说法正确的是( )A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁B.感温铁氧体在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性C.用电饭锅烧水,水开时能自动断电D.用电饭锅煮饭时,若温控开关自动断电后,它不能自动复位4.如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin314t(V)的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻.当传感器R2所在处出现火警时,以下说法中正确的是( )A.A1的示数不变,A2的示数增大B.A1的示数增大,A2的示数减小C.V1的示数不变,V2的示数减小D.V1的示数增大,V2的示数增大5.如图是自动调温式电熨斗,下列说法正确的是( )A.常温时上下触点是接触的B.双金属片温度升高时,上金属片形变较大,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,应使调温旋钮下调一些D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态,应使调温旋钮下移一些6.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能.对此,以下判断正确的是( )①通电后,其电功率先增大,后减小②通电后,其电功率先减小,后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1和t2之间的某一值不变A.①③B.②③C.②④D.①④7.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,下列说法正确的是( )A.电梯一定加速上升B.电梯一定减速下降C.电梯加速度一定向上D.电梯加速度一定向下8.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流.当膜片M向右运动的过程中有( )A.电容变大B.电容变小C.导线AB 中有向左的电流D.导线AB 中有向右的电流9.如图所示,“神舟九号”飞船发射升空时,火箭内测试仪台上放一个压力传感器,传感器上面压一质量为M 的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加速度为a=,压力传感器此时显示物体对平台的压力为点火前压力的,已知地球g 21716的半径为R ,g 为地面附近的重力加速度,则此时火箭离地面的高度为 .10.如图所示是一种自动控制水温的装置,加热电路的两个端点P 、Q 应接在触头a 、b 之间还是c 、d 之间?热敏电阻两端M 、N 应接在哪两个触头之间?11.光电管在各种自动化装置中有很多应用,街道的自动控制路灯就是其应用之一,如图所示为其模拟电路,其中A 为光电管,B 为电磁继电器,C 为照明电路,D 为路灯,试简述其工作原理.12.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将该装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b 在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b的示数均为10N.(g取10m/s2)(1)若传感器a的示数为14.0N,b的示数为6.0N,求此时汽车的加速度大小和方向;(2)当传感器a的示数为零时,求此时车的加速度大小和方向.参考答案自主探究1.金属梁 敏感 半导体2.控制电路的通断 大于3.感温铁氧体 103℃4.烟雾对光的散射合作探究一、力传感器的应用——电子秤(1)测力装置是力传感器,力传感器是由金属梁和应变片组成的.(2)力传感器的工作原理: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.(3)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.二、温度传感器的应用——电熨斗(1)常温下,电熨斗的上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属片膨胀大,下部金属片膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺钉,升降螺钉带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的.三、温度传感器的应用——电饭锅(1)按下开关,电热板电源的开关闭合,电热板开始加热.手松开后,由于永磁体吸引感温磁体,因此开关按钮不会恢复到图示状态.(2)煮饭时水沸腾后锅内大致保持在100℃的温度,因为里面还有水,沸腾后温度不能再上升.(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会上升到103℃左右,致使感温磁体的磁性消失,弹簧开关自动弹起使电热板断电.(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后锅内大致保持在100℃的温度,不会自动断电.四、光传感器的应用——火灾报警器(1)烟雾散射式火灾报警器由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成.(2)烟雾散射式火灾报警器的工作原理: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.课堂检测1.A 解析:红外报警装置正是把光信号转化为电信号的器件.2.BC 解析:电熨斗中装有双金属片传感器,且上层金属的热膨胀系数大于下层,故A项错;常温下,上下触点是接触的;温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离;需要较高温度熨烫时,要调节温度旋钮,使升降螺钉下移并推动弹性铜片下移,故B、C两项正确.3.BD 解析:电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体,它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的.其特点是常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到约103℃,失去铁磁性.水沸腾后,由于锅内保持100℃不变,故感温铁氧体仍与永磁体相吸,继续加热,直到饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至103℃时,感温铁氧体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,它不能自动复位,切断电源,从而停止加热.4.BC 解析:U1为交变电压u的有效值,故恒定.当传感器R2处出现火警时,R2的电阻减小,副线圈两端电压U副恒定,R2减小时,总电流I3增大,则U3增大,由U1I1=U副I3可知,I1增大,因U2=U副-U3,故U2减小,I2减小,B、C两项正确.5.ABD 解析:常温工作时,上下触点是接触的;当温度升高时,上层金属片形变大,向下弯曲,切断电源;原来温度控制在80℃断开电源,现要求60℃断开,应使调温旋钮上调一些;熨烫棉麻衣物时,温度要升高,则应使调温旋钮下移一些,A、B、D三项正确.6.D 解析:当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中,电阻器的电阻率ρ随温度升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当t=t1时,P=P1达到最大.当温度由t1升高到t2的过程中,ρ增大,R增大,P减小;而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P'也就越大;因此在这之间的某一温度t 3会有P=P 3=P',即电热功率P 减小到等于散热功率时,即达到保温;当t<t 3时,P>P',使温度自动升高到t 3;当t>t 3时,P<P',使温度自动降为t 3,实现自动保温.7.C 解析:电压表示数增大说明人对地板的压力变大,对人受力分析知,地板对人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速.8.AC 解析:当声波使膜片M 向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC 变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB 中有向左的电流,故A 、C 两项正确.9.解析:设此时火箭升空的高度为h ,此处的重力加速度为g',则有F-Mg'=Ma ,由万有引力定律得(R+h )2g'=R 2g ,又F=Mg ,1716由以上解得h=.R 3答案:R 310.解析:P 、Q 应该分别接到触头a 、b 之间.同时,M 、N 应该分别接e 、f ,其工作原理是:当水温升高时,热敏电阻阻值减小,电磁铁中电流增大,吸引力增大,使衔铁被吸下,a 、b 断开,使加热装置停止加热;当水温降低到一定程度时,热敏电阻温度降低,电磁铁中电流减小,吸引力减小,衔铁被弹簧拉上去,使a 、b 之间连接,加热装置开始加热,从而实现水温控制.答案:P 、Q 应该分别接在触头a 、b 之间 M 、N 应分别接e 、f11.解析:开关合上后,白天,光电管在可见光照射下有电子逸出,从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极,使电路接通,电磁铁中的强电流产生的磁场将衔铁吸住,照明电路断开,灯泡不亮.夜晚,光电管无光照射就无电子逸出,电路断开,电磁铁中无电流通过,弹簧将衔铁拉下,照明电路接通,这样就达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.答案:见解析12.解析:传感器上显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,即该弹簧对滑块的弹力大小.(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14.0 N,右侧弹簧对滑块向左的推力F 2=6.0 N .滑块所受合力产生加速度a 1,根据牛顿第二定律得,F 1-F 2=ma 1解得,a 1== m/s 2=4.0 m/s 2,a 1与F 1同向,即向前(向右).F 1‒F 2m 14.0‒6.02.0(2)a 传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力F 1'=0,因两弹簧相同,左侧弹簧伸长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为F 2'=20 N .滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得F 合=F 2'=ma 2解得,a 2==10 m/s 2,方向向后(向左).F 2'm答案:(1)4.0 m/s 2 向右 (2)10 m/s 2 向左。
