高二物理信息时代离不开传感器

1、44信息时代离不开传感器信息时代离不开传感器课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解日常生活中常见的一些传感器及了解日常生活中常见的一些传感器及其应用其应用2会用常见的传感器做一些简单的实验会用常见的传感器做一些简单的实验3体验科学探究的乐趣和运用所学知识分析新问体验科学探究的乐趣和运用所学知识分析新问题、解决新问题，感受物理与生活、生产的密切联题、解决新问题，感受物理与生活、生产的密切联系系重点难点：常见传感器的原理及应用重点难点：常见传感器的原理及应用核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练4.4课前自主学案课前自主学案一、温度传

2、感器一、温度传感器1测温仪使用了温度传感器将测温仪使用了温度传感器将_信号转换信号转换成成_信号信号2测温仪中的温度传感器主要采用测温仪中的温度传感器主要采用_电阻、电阻、_热电阻、热电阻、_等元件，也有的用红外等元件，也有的用红外线敏感元件等线敏感元件等温度温度电电热敏热敏金属金属热电偶热电偶二、力传感器二、力传感器常见的力传感器是由常见的力传感器是由_和和_组成组成的的_是一种敏感元件，现在多用是一种敏感元件，现在多用_材料制成，上下表面的应变片在压力材料制成，上下表面的应变片在压力作用下发生弯曲，上下应变片的阻值变化不一作用下发生弯曲，上下应变片的阻值变化不一样电压也就不一样，外力越大，

3、输出的电压差也样电压也就不一样，外力越大，输出的电压差也就越就越_ (填填“大大”或或“小小”)三、磁传感器三、磁传感器1磁传感器是将磁信号转化为电信号的传感器磁传感器是将磁信号转化为电信号的传感器2磁传感器的中心元件是磁传感器的中心元件是“霍尔元件霍尔元件”，霍尔元，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁场量转换为电压这个电件能够把磁感应强度这个磁场量转换为电压这个电学量学量金属梁金属梁应变片应变片应变片应变片半导体半导体大大四、随处可见的传感器四、随处可见的传感器1红外测温仪：是一种将红外测温仪：是一种将_转转换成电信号的传感装置换成电信号的传感装置2 数 码 相 机 和 摄 像 机 ： 敏 感

4、元 件 叫 做 数 码 相 机 和 摄 像 机 ： 敏 感 元 件 叫 做_ (CCD)，它将光信号转换成模，它将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过一种拟电信号，模拟电信号再通过一种(A/D)专门转换专门转换器转换成数字电信号器转换成数字电信号3酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器在生活中还有在生活中还有_报警器、报警器、_报警器、报警器、红外报警器、防盗报警器等等工业生产中有热红外报警器、防盗报警器等等工业生产中有热轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等感器、土壤湿

5、度传感器、土壤营养传感器等等红外辐射波红外辐射波电荷耦合器电荷耦合器煤气煤气火警火警五、信息社会离不开传感器五、信息社会离不开传感器智能式传感器集信息智能式传感器集信息_、信息、信息_、信、信息息_、逻辑思维和判断功能于一身，把计、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出等制在同一算机、各种用途的传感器和输入输出等制在同一芯片上，成为大规模集成电路智能传感器芯片上，成为大规模集成电路智能传感器六、遥测与遥感六、遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的标产生的_、_进行远距离进行远距离收集、转换，用计算机处理、识

6、别，得出结收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论主要应用在地球资源勘探、环境监测、气象论主要应用在地球资源勘探、环境监测、气象预报、军事侦察等等预报、军事侦察等等检测检测处理处理记忆记忆电磁波电磁波热辐射热辐射核心要点突破核心要点突破一、实验中常见几种传感器分析一、实验中常见几种传感器分析1温度传感器温度传感器温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量如各种家用电器转换为电压这个电学量如各种家用电器(空调、空调、冰箱、热水器、饮水机等冰箱、热水器、

7、饮水机等)的温度控制器、火警报的温度控制器、火警报警器、恒温箱等警器、恒温箱等2力传感器原理力传感器原理如图如图431所示，用弹簧钢制成的金属架右端所示，用弹簧钢制成的金属架右端固定，在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片固定，在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片(由半导体材料制成由半导体材料制成)，在梁的自由端施力，在梁的自由端施力F，则梁，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应发生弯曲，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变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大如果让应

8、变片中通过的电流保持恒定，那么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力越大，输出的电压差值也就越大图图431应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力应变片能够把物体形变这个力学量转换各种力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为电压这个电学量3霍尔效应的原理霍尔效应的原理某些导体或半导体某些导体或半导体(内部载流子带同种电荷内部载流子带同种电荷

9、)做成做成薄片，通有电流时，同时外加与薄片垂直的磁场薄片，通有电流时，同时外加与薄片垂直的磁场B，薄片中的载流子在洛伦兹力作用下向着与电，薄片中的载流子在洛伦兹力作用下向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使导体薄片流和磁场都垂直的方向漂移，使导体薄片(图图432)的的M、N两端产生电势差，即霍尔电压两端产生电势差，即霍尔电压UH.当当霍尔效应稳定后，每个载流子受到的洛伦兹力和霍尔效应稳定后，每个载流子受到的洛伦兹力和电场力相等电场力相等图图432从以上结论可以看出保持从以上结论可以看出保持I恒定，则霍尔电压恒定，则霍尔电压UH与与磁感应强度磁感应强度B成正比成正比霍尔效应的原理：外部磁场使运动的

10、载流子受到霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反场横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧就会形成稳定的电压体板左右两侧就会形成稳定的电压即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.如图如图433所示，截面为矩形的金属导体，所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电

11、流时，导体的上下放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系表面的电势有什么关系()图图433AUMUNBUMUNCUMUN D无法判断无法判断解析：解析：选选C.霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的，根场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力作用，向据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力作用，向M板运动，则板运动，则N板剩下正电荷，所以板剩下正电荷，所以UMUN，故，故选选C.二、传感器的广泛应用二、传感器的广泛应用传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研传感器技术已经深入到

12、日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域究和军事技术等各个领域.2003年，当年，当SARS肆虐肆虐时，在机场、车站等公共场所都配备了红外测温时，在机场、车站等公共场所都配备了红外测温仪这是一种将红外辐射波转换成电信号的传感仪这是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置，能够非接触快速测温，可帮助机场、车站装置，能够非接触快速测温，可帮助机场、车站工作人员快速检测旅客体温，而又不会造成交叉工作人员快速检测旅客体温，而又不会造成交叉感染感染机动车驾驶员酒后驾车，极易发生交通事故，严机动车驾驶员酒后驾车，极易发生交通事故，严重危害交通安全和人身财产安全怎样才能判定重危害交通安全和人身财产安全怎样

13、才能判定驾驶员酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系驾驶员酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经血液循环，约有统被人体吸收，经血液循环，约有90%的酒精通的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量就过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量就可以判断其饮酒程度我国已制成对低浓度酒精可以判断其饮酒程度我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器有高灵敏性的酒精传感器日常生活中还有煤气报警器，家庭用的红外报警日常生活中还有煤气报警器，家庭用的红外报警器，蔬菜大棚中监测二氧化碳浓度、土壤湿度等器，蔬菜大棚中监测二氧化碳浓度、土壤湿度等的传感器等随着科技的发展，智能传感器正在的传感器等

14、随着科技的发展，智能传感器正在大量使用在航天领域等大量使用在航天领域等总之，传感器在生活中的应用可以归结到以下几总之，传感器在生活中的应用可以归结到以下几个方面：个方面：(1)检测位置检测位置(2)尺寸控制尺寸控制(3)识别对象识别对象(4)检测异常检测异常(5)信息传送信息传送(6)计数及控制计数及控制(7)转换及速度控制转换及速度控制(8)剂量控制剂量控制(9)检测物体存在与否检测物体存在与否(10)液位监控液位监控即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，

15、电熨斗、制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭锅中有温度传感器，电视机、录像机、影碟电饭锅中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器机、空调机中有光电传感器用遥控器调换电用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化视频道的过程，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为电信号的过程下列属于这类传感器的是()A红外线警报器红外线警报器B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置自动洗衣机中的压力传感装置D电饭锅中控制加热和保温的温控器电饭锅中控制加热和保温的温控器解析：解析：选选A.红外线警报器的工作原理是

16、如果有人红外线警报器的工作原理是如果有人通过，红外线达到传感器可以觉察到的范围，那通过，红外线达到传感器可以觉察到的范围，那么红外线传感器就会发出信号，并与触点接通，么红外线传感器就会发出信号，并与触点接通，使灯点亮且发出警报因此，红外线警报器的工使灯点亮且发出警报因此，红外线警报器的工作过程是将光信号转化为电信号，作过程是将光信号转化为电信号，A选项正选项正确而确而B选项是将声音信号转换为电信号，选项是将声音信号转换为电信号，C选项选项是利用压力来传递信息的，是利用压力来传递信息的，D选项是通过温度来选项是通过温度来控制的，所以选项控制的，所以选项B、C、D错误错误课堂互动讲练课堂互动讲练对

17、生活中传感器应用的认识对生活中传感器应用的认识试说明下列各种场合分别选用了怎样试说明下列各种场合分别选用了怎样的传感器：的传感器：(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路；普通电冰箱中的自动温度控制电路；(2)马路两侧的路灯控制电路；马路两侧的路灯控制电路；(3)气垫导轨上用的光电门；气垫导轨上用的光电门；(4)楼梯灯控制电路；楼梯灯控制电路；(5)宾馆的自动门；宾馆的自动门；(6)话筒；话筒；(7)非接触式体温计；非接触式体温计；(8)遥控电视机的接收器遥控电视机的接收器【精讲精析精讲精析】(1)普通电冰箱中的自动温度控制电普通电冰箱中的自动温度控制电路主要应用了温度传感器；路主要应用了温度传感

18、器；(2)马路两侧的路灯控制电路主要应用了光传感器；马路两侧的路灯控制电路主要应用了光传感器；(3)气垫导轨上用的光电门主要应用了光传感器；气垫导轨上用的光电门主要应用了光传感器；(4)楼梯灯控制电路主要应用了光传感器、声传感楼梯灯控制电路主要应用了光传感器、声传感器；器；(5)宾馆的自动门主要应用了光宾馆的自动门主要应用了光(红外线红外线)传感器；传感器；(6)话筒主要应用了声传感器；话筒主要应用了声传感器；(7)非接触式体温计主要应用了光非接触式体温计主要应用了光(红外线红外线)传感器；传感器；(8)遥控电视机的接收器主要应用了光遥控电视机的接收器主要应用了光(红外线红外线)传感传感器器【

19、答案答案】见精讲精析见精讲精析【方法总结方法总结】熟悉各类传感器的原理和用途是熟悉各类传感器的原理和用途是解答此类问题的关键解答此类问题的关键例如声控开关：当有声音时，比如人的脚步声，例如声控开关：当有声音时，比如人的脚步声，引起空气的振动，电路中产生微弱电信号，被放引起空气的振动，电路中产生微弱电信号，被放大后，声控开关接通，灯亮由于电路中提前设大后，声控开关接通，灯亮由于电路中提前设置了默认的时间，一段时间后，开关自动断开，置了默认的时间，一段时间后，开关自动断开，灯灭灯灭传感器的应用传感器的应用青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能

20、用光敏电阻作为传感池充电，为路灯提供电能用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制器控制路灯电路的开关，实现自动控制光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天如白天)时时电阻几乎为电阻几乎为0；照射光较弱；照射光较弱(如黑天如黑天)时电阻接近于时电阻接近于无穷大利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开无穷大利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开电磁开关的内部结构如图电磁开关的内部结构如图434所示所示.

21、1、2两接线两接线柱之间是励磁线圈，柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和两接线柱分别与弹簧片和触点连接当励磁线圈中电流大于触点连接当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流断开；电流小于小于50 mA时，时，3、4接通励磁线圈中允许通过的接通励磁线圈中允许通过的最大电流为最大电流为100 mA.电磁开关内部结构图电磁开关内部结构图图图434(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图画出电路原理图光敏电阻光敏电阻R1，符号，符号 灯泡灯泡 L，额定功

22、率，额定功率40 W，额定电压，额定电压36 V，符号，符号 保护电阻保护电阻R2，符号，符号 电磁开关，符号电磁开关，符号 蓄电池蓄电池E，电压，电压36 V，内阻很小；开关，内阻很小；开关S，导线若，导线若干干(2)回答下列问题：回答下列问题：如果励磁线圈的电阻为如果励磁线圈的电阻为200 ，励磁线圈允许，励磁线圈允许加的最大电压为加的最大电压为_V，保护电阻，保护电阻R2的阻值范的阻值范围是围是_.在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断之间从断开变为接通为此，电磁开关内部结

23、构应如何改开变为接通为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明答：答：_.任意举出一个其他的电磁铁应用的例子任意举出一个其他的电磁铁应用的例子答：答：_.【精讲精析精讲精析】(1)解析过程略解析过程略(2)UmImR100103200 V20 V；EI(R2R)其中其中50 mAI100 mA，故，故R2在在160 520 之间之间解析见答案解析见答案解析见答案解析见答案【答案答案】(1)电路原理如图电路原理如图435所示所示(2)20160520把触点从弹簧片右侧移把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电到弹簧片左侧，保证当电

24、磁铁吸合铁片时，磁铁吸合铁片时，3、4之之间接通；不吸合时，间接通；不吸合时，3、4之间断开之间断开电磁起重机电磁起重机图图435【方法总结方法总结】含有敏感元件的电路动态分析、含有敏感元件的电路动态分析、传感器实际应用的组装和调试等都必须在综合运传感器实际应用的组装和调试等都必须在综合运用相关知识的前提下才能解决这需要我们能够用相关知识的前提下才能解决这需要我们能够把一个复杂的问题分解为若干较简单的问题，找把一个复杂的问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系，从而能够灵活地运用物理知出它们之间的联系，从而能够灵活地运用物理知识解决所遇到的问题识解决所遇到的问题某同学为了测量一个物体的质

25、量，找到一个某同学为了测量一个物体的质量，找到一个力力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力受到的压力(比例系数为比例系数为k)，如图，如图436所示，测所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为电压为0，而后在其受压面上放上物体，即可测得与，而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压物体的质量成正比的输出电压U.传感器电路的设计传感器电路的设计图图436现有下列器材：力现有下列器材：力电转换器、质量电转换器、质量m0的砝码、的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个

26、、开关及导线电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及导线若干、待测物体若干、待测物体(可置于力可置于力电转换器的受压面电转换器的受压面上上)请完成对该物体质量请完成对该物体质量m的测量的测量(1)设计一个电路，要求力设计一个电路，要求力电转换器的输入电压电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图整的测量电路图(2)简要说明测量步骤，求出比例系数简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出，并测出待测物体的质量待测物体的质量m.(3)请设想实验中可能会出现的一个问题请设想实验中可能会出现的一个问题【思路点拨思路点拨】解决此题应注意三点：解决此题应注意三点：(1)力力电转换器使用前需要电转换器使用前需要“调零调零”(2)为了使电压调节范围大些，采用分压电路为了使电压调节范围大些，采用分压电路(3)充分利用充分利用“被测物体质量与输出电压成正比被测物体质量与输出电压成正比”来求来求m.【自主解答自主解答】(1)设计的电路图如图设计的电路图如图437所所示，输入电压采用分压接法，目的是让电压可调示，输入电压采用分压接法，目的是让电压可调范围尽