1．认识传感器1．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
2．了解传感器在生产生活中的应用。
3．深入认识物理学对现代生活和科技发展的促进作用。
知识点 1 神奇的传感器1．传感器的应用实例(1)楼道的灯安装了“声控—光控”开关。
这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。
(2)自动门装有一种装置，这种装置就是红外线传感器。
(3)酒精检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
2．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出的一类器件或装置。
3．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
知识点 2 传感器的种类1．物理传感器根据物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等。
2．化学传感器利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等。
3．生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。
知识点 3 传感器的组成与应用模式1．传感器的基本部分：由敏感元件、转换元件组成。
2．传感器原理：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，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
3．传感器应用的一般模式――→被测量[敏感元件]→[转换元件]――→电信号[信号调整与转换电路]→⎩⎪⎨⎪⎧ 执行机构显示器指针式电表或数字屏计算机系统探究神奇的传感器 ┃┃情境导入__■如图，机器人在踢足球，机器人就是通过传感器“看到”事物的。
想一想，传感器的作用是什么？提示：传感器就像人的眼睛、耳朵、鼻子一样，接收外界的光、声音、温度等信息并把它们转换为便于测量、传输、处理和控制的电学量(电压、电流)。
常见传感器的工作原理及应用【教学目标】一、知识与技能1．知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。
2．通过实验，知道常见传感器的工作原理及应用。
二、过程与方法通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
三、情感、态度与价值观体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。
通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
【教学重点】知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。
【教学难点】知道常见传感器的工作原理及应用。
【教学过程】一、复习旧知1．传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。
2．传感器的种类：①物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等②化学传感器：离子传感器、气体传感器等③生物传感器：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等3．传感器的基本部分：敏感元件、转换元件敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
4．传感器应用的一般模式那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？二、学习新知（一）光敏电阻学生实验1：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。
学生总结实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
师生总结：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。
教师简单介绍：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。
有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，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。
第二节 传感器的应用（一）学案学习目标1． 了解传感器应用的一般模式2． 理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理3． 理解声传感器的应用――话筒的工作原理4． 理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理5． 会用各类传感器（力传感器、声传感器、温度传感器等）设计简单的控制电路课本导读一． 应变式力传感器的应用――电子秤1． 应变式力传感器的构造：它是由＿＿＿＿和＿＿＿＿＿组成，应变片是一种敏感元件，多用＿＿＿＿＿制成．2． 应变式力传感器的工作原理如图6－2－1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＿＿＿＿＿，在梁的自由端施力F ，则梁发生弯曲，上表面＿＿＿＿＿，下表面＿＿＿＿＿，上表面应变片的电阻变＿＿＿＿＿，下表面的电阻变＿＿＿＿＿．F 越大，弯曲形变越＿＿＿＿＿，应变片的阻值变化就越＿＿＿＿＿．如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上面应变片两端的电压变＿＿＿＿＿，下面应变片两端的电压变＿＿＿＿＿．因此可得，外力越大，输出的电压差值也就越＿＿＿＿＿．3． 应变力传感器的作用：它能够把＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿．二、声传感器的应用――话筒 1．话筒的作用：话筒是一种常见的声传感器，它能把＿＿＿＿＿转换为＿＿＿＿＿．2．动圈式话筒的构造（如图6－2－2所示）及工作原理：它主要由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿组成．其工作原理可简述为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．3．电容式话筒的构造（如图6－2－3所示）及工作原理：它主要是由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、和＿＿＿＿＿组成的一个电容器．4．驻极体话筒的工作原理及特点：它的工作原理与电容式话筒＿＿＿＿＿，但工作电压不同，它只需＿＿＿＿＿的电压，而电容式话筒需＿＿＿＿＿的电压．它的特点有＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿． 三、温度传感器的应用――电熨斗1．电熨斗的构造（如图6－2－4所示）：它主要由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、弹性铜片、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、电热丝、金属底板等几部分组成．2．电熨斗的工作原理：常温下上下触点是＿＿＿＿＿，设定温度时，通过调节＿＿＿＿＿使弹性铜片下降，与弹性铜片相连接的上触点与＿＿＿＿＿接通，这样电路接通，电热丝发热产生热量，温度升高，可以熨烫衣物．这时双金属片也由于受热而膨胀，但因双金属片上层金属的膨胀系数＿＿＿＿＿下层金属，使双金属片向＿＿＿＿＿弯曲，上下触点脱离，电路断开．由于电路断开，电热丝不再发热，温度降低，双金属片恢复初态，电路又接通加热．不难看出，双金属片温度传感器的作用就是＿＿＿＿＿．典型例题【例1】 动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图，由图6－2－5可知A ． 话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流B ． 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流C ． 录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D ． 录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场图6【解析】话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流．A 正确．录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D 正确．磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B 正确【答案】 ABD【例2】 一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t 变化的关系如图6－2－6中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内被动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC ”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快，能自动控制温度的特点．PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线分析：（1）为什么原处于冷态的PTC 熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？ （2） 通电一段时间后电熨斗温度t 自动地稳定在T ＿＿＿＿＜t ＜T ＿＿＿＿范围之内．（填下标数字）【答案】（1）冷态时PTC 电阻很少，电功率很大，所以升温快．（2）6 7。
传感器的应用●课标要求1．通过实验，知道常见传感器的工作原理．2．列举传感器在生活和生产中的应用．●课标解读1．了解传感器应用的一般模式．2．了解力传感器在电子秤上的应用．3．了解温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用．4．了解光敏元件的工作特性及其在火灾报警器中的应用．5．感受传感器技术给人类生活带来的便利，拓展学生的设计思路．●教学地位本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它与现实生活联系较紧密，是以后进一步学习自动控制、信息采集等知识的基础，学习本节时应引起足够的重视.●新课导入建议2011年第十二届“未来伙伴杯”中国智能机器人大赛于2011年11月19日至20日落户国家历史文化名城——江苏省常熟市．各种机器人各显神通，赢得了在场观众的阵阵喝彩．你是否思考过这些机器人是如何实现现场互动以及完成各项复杂任务的呢？通过本节课的学习，你对传感器会有更进一步的理解．●教学流程设计课前预习安排：1．看教材2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)⇒步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)⇓步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)⇐步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：教师通过例题讲解总结传感器问题的分析方法⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】传感器放大转换电路执行机构计算机系统显示器(指针式电表 数字屏)1.(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 金属梁自由端受力F ―→梁发生弯曲―→应变片的 电阻变化―→ 两应变片上电压 的差值变化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_°C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_°C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(3)光传感器的应用——火灾报警器(如图6－2－1甲)①组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．②工作原理(如图6－2－1乙)：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．图6－2－12．思考判断(1)应变式力传感器可以用来测量重力．也可用来测牵引力．(√)(2)常温下，电熨斗上、下触点应当是分离的，温度过高时，触点接触．(×)(3)电饭锅内温度达到100 ℃时，触点分离，切断电源，停止加热．(×)3．探究交流如图6－2－2所示为一冷库中的自动控温设备，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理．图6－2－2【提示】冷库中温度较低时，导电液体积较小，此时两电极未与导电液接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作.传感器问题分析【问题导思】1．分析传感器问题的一般思路是什么？2．分析传感器问题时要注意哪些方面？1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可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．2．分析传感器问题要注意四点(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．图6－2－3传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)转换成电学量的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人体重的电子秤，其测量部分的原理图如图6－2－3中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力的大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．压力F/N025******* 1 000 1 250 1 500…电阻R/Ω300270240210180150120…设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请回答：(1)把R写成关于F的函数关系：________；(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处；(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是________kg.【解析】(1)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可得R＝300－325F.(2)踏板空载时，传感器R的电阻为300 Ω，电路中电流I＝E/R＝4.8/300 A＝1.6×10－2A，即该秤零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的1.6×10－2A处．(3)当电流表刻度盘的示数为20 mA时，传感器R的电阻R＝E/I＝4.8/0.02 Ω＝240 Ω，由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可知，传感器所受压力F＝500 N，由F＝mg得，这个人的质量是50 kg.【答案】(1)R＝300－325F(2)1.6×10－2(3)501.图6－2－4如图6－2－4所示．两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别是( )A ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgdqB ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgdqC ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgdqD ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgdnq【解析】 S 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B 正在增强，根据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt ＝U ，又U d q ＝mg ，得ΔΦΔt ＝mgd nq，故D 正确． 【答案】 D1．你能举出一些生活、生产等方面应用传感器的例子吗？ 2．怎样利用传感器实现信息采集和自动控制？ 1．生活中的传感器(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．如图6－2－5是电饭煲的电路图，S 1是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 °C)时，会自动断开，且不能自动闭合．S 2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70 °C 时，会自动闭合；温度高于80 °C 时，会自动断开．红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R 1＝R 2＝500 Ω，加热电阻丝R 3＝50 Ω，两灯电阻不计．图6－2－5(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比； (3)如果不闭合开关S 1，能将饭煮熟吗？ 【审题指导】【解析】 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80 °C 时，S 2自动断开，S 1仍闭合．水烧开后，温度升高至103 °C 时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70 °C 时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80 °C 时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．(2)加热时电饭煲消耗的电功率P 1＝U 2R 并保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50 Ω＝50011 Ω从而有P 1P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋500/11500/11＝121.(3)如果不闭合开关S 1，开始S 2总是闭合的，R 1被短路，功率为P 1，当温度上升到80 °C 时，S 2自动断开，功率降为P 2，温度降低到70 °C ，S 2自动闭合……温度只能在70 °C ～80 °C 之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．【答案】 (1)见解析 (2)12∶1 (3)不能煮熟饭1．明确所用敏感元件的特性．2．注意串、并联电路的分析与计算．图6－2－62．家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图6－2－6所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是() A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变【解析】从图线上可以看出，如果通电前PTC元件的温度t<t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高．从以上分析可知，t<t1时，温度会升高；t>t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间．【答案】AD综合解题方略——有关热敏电阻的综合问题如图6－2－7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R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝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接通，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 乙图6－2－7A ．10 ℃B ．20 ℃C ．35 ℃D ．45 ℃【审题指导】 由题可知，U ab ＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得U ab ＝0时R t 的阻值，然后由乙图读出对应的温度．【规范解答】 通过审题可知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．由电路分析可知，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 tR 3＋R t U ，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 tR 3，代入数据得R t ＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故本题选项C 正确．【答案】 C。
