传感器及其工作原理

第六章传感器物理名言：没有今日的基础科学，就没有明日的科技应用——李政道（1926-）。美籍华裔物理学家，1957年与杨振宁共同获得诺贝尔物理学家。美国“勇气号”火星探测器于北京时间2022年1月4日12时35分成功登陆火星。第二天在地面控制下展开了太阳电池板，开始为自己充电。不用直接接触就能控制一些机器，其中使用了传感器原理。传感器及其工作原理三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是传感器；（2）了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理；（3）会使用霍尔电压公式2、过程与方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理。3、情感态度与价值观：通过已有知识在传感器中的应用激发科学探究的兴趣。教学重点：认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。教学难点：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。教学方法：实验法、观察法、归纳法。教学手段：磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、多用电表、热水、冷水、台灯、投影仪等。教学过程：第1节传感器及其工作原理（一）引入新课引导学生看教材55页“勇气号”火星探测器的彩色照片；列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。列举自己知道的自动控制的其他实例。如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。（二）进行新课1、什么是传感器演示实验：揭示：实验“奥秘”：盒子里用到了一种称为“干簧管”的元件。介绍干簧管的构造和工作原理，干簧管是一种能够感知磁场的传感器。引导学生阅读教材2、3段，思考问题1：（1）什么是传感器？（2）传感器的作用是什么？答：传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、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，或转化为电路的通断。传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。出示几种常见的传感器，增加学生的感性认识。为了制作传感器，常常需要一些元器件，下面看几个实例：2、光敏电阻介绍光敏电阻的外形和构造。如图现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻则不会发生变化。阅读教材57页的内容，思考问题：（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？答：（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。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；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。3、热敏电阻和金属热电阻阅读教材58页有关内容，思考问题3：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？答：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。金属导体的导电性能随温度升高而降低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度交差。（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量。现象：热敏电阻随着温度的升高电阻发生明显变化。温度越高，电阻值越小。看教材54页“说一说”栏目中的内容。给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两板间电势差的变化，即可判断电容的变化。电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。4、霍尔元件引导学生阅读教材关于霍尔元件的内容。推导霍尔电压的公式。设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为……①载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即……②由①②式得……③式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令，则上式可写为……④一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。5、课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1、制作传感器需要的敏感元件光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。2、光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。3、热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。4、霍尔元件的霍尔电压公式为，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。5、电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。6、实例探究光敏电阻及其应用例1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（）A.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次热敏电阻及其应用例2、有定值电阻、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，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻霍尔元件及其应用例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）课后练习（1）关于光敏电阻，下列说法正确的是（）A.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B.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C.硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好D.半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好（2）霍尔元件能转换哪两个量（）A.把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C.把力转换为电压这个电学量D.把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量（3）如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（）A.电介质进入极板的长度B.两极板间距C.两极板正对面积D.极板所带电量第3题第3题第4题R2R1R3第5题R3R4R1R2（4）如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，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（5）如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（）A.Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势B.Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势C.Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势D.Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势6．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（）A.金属导体B.绝缘体C.半导体D.超导体第7题第7题第8题第9题（7）如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（）A.如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B.如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C.如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显D.如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显（8）如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH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，UH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，UH将发生变化（9）如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝___________9.

传感器的应用（一）三维教学目标1、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。2、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。3、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：第2节传感器的应用（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：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。（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？答：（1）话筒的作用是把声音信号转化为电信号。（2）动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。（3）电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。优点：保真度好。（4）驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象，某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。4、温度传感器的应用——电熨斗温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。做实验，观察实验现象。电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示）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？（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？答：（1）常温下，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，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，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丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的。5、实例探究力传感器的应用例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。0kg的滑块可无摩擦滑动，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在的示数均为10N（取g=10m／s2）．（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6。0N，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？温度传感器的应用例2、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.①④

课后练习（1）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，正确的是()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（2）图中电容式话筒右测固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b分别通过导线与恒定电源两极相接。声源s做位移X=Asin(200πt)的振动，则有（）振动过程中a、b板之间的电场强度不变振动过程中话筒会产生电磁波C.导线ac的电流的频率为1000Hz向右位移最大时a、b板形成的电流最大第2题第2题第3题第4题（3）如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面渡有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容两极板间的（）A.距离变化B.正对面积变化C.介质变化D.电压变化（4）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2∕2µ式中B是磁感应强度，µ是磁导率，在空气中µ为一已知常数，为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离ΔL，并测出拉力F，如图所示，因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得此感应强度B与F、A之间的关系为B=_____________.（5）如图所示，神州五号飞船发射升空时，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=g∕2，压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的17/16，已知地球的半径为R，g为地面附近的重力加速度，试求此时火箭离地面的高度_____________第5题第5题第6题第7题（6）如图是电熨斗温度自动控制装置。（1）常温时，上、下触点应是分离,还是接触?（2）双金属片温度升高时，那一层形变大?（3）假设原来温度上升到800C时，断开电源，现在要求600C时断开电源,应怎样调节调温旋钮?（7）某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力。(比例系数为k)如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器，质量为m0的砝码，电压表，滑动变阻器，干电池各一个，电键及到县若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量。（1）设计一个电路，要求力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，在图中画处完整的测量电路图？（2）简要说明测量步骤，求出比例系数K，并测出待测物体的质量m？4.36(1).常温时,上下触点接触,使电路接通,电热丝工作.(2).双金属片的上面一层形变大(3).应向上调节调温旋钮,双金属片受热时,易使触点分离，7．解析(1)设计电路如图：(2)测量步骤与结果：①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零，②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换器上，记下输出电压U，由U0=km0g,得k=U0/m0g，U=kmg,所以m=m0U/U0传感器的应用（二）三维教学目标1、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。2、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。3、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：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：第3节传感器的应用（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。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。引导学生连贯地叙述电饭锅的工作过程。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，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，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“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。2、温度传感器的应用——测温仪引导学生阅读教材，思考并回答有关问题。（1）温度传感器测温仪有何优点？可以远距离读取温度的数值．因为温度信号变成电信号后可以远距离传输。（2）常见的测温元件有哪些？热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等。3、光传感器的应用——鼠标器在工农业生产中经常用到自动控制装置，而设计自动控制装置很多情况下要用到传感器．如光电传感器，把光信号转化为电信号，然后对电信号进行放大，再将电信号输入到相应的装置，进而完成相应的自动控制。下面我们学习光传感器的应用实例——鼠标器。引导学生阅读教材有关内容，思考并回答有关问题。（1）机械式鼠标器的内部组成是什么？滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器，如图）豆品多一（2）简述机械式鼠标器的工作原理。鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。4、光传感器的应用——火灾报警器许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。（1）以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。报警器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。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。实验：做实验，记录实验现象。6、实例探究温度传感器的应用例1、如图甲为在温度为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=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_________℃。光传感器的应用例2、如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是，小车速度的表达式为v=；行程的表达式为=。答案：车轮的半径R和齿轮齿数P；；课后练习（1）有一电学元件，温度升高时电阻增大，则这种元件可能是（）A.金属导体B.绝缘体C.半导体D.超导体（2）如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED相距不变，下列说法正确的是（）A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变第3题第3题第7题第2题（3）如图所示，R1、、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.电压表的示数减小 中的电流强度减小C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压升高 （4）下面元件不属于温度传感器的是（）A.电熨斗 B.电饭锅 C.测温仪 D.鼠标器（5）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成电信号的过程，下列属于这类传感器的是（）A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控装置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（6）火灾报警器使用的是（）A.光传感器 B.温度传感器 C.红外线传感器 D.超声波传感器（7）将万用表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rg的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央，若用不透光的黑纸将Rg包裹起来，表针将向___________（填“左”或“右”）转动，若用手电筒光照射Rg，表针将向_________（填“左”或“右”）转动。（8）请用仪器：热敏电阻，学生电源，继电器，滑动变阻器，开关，导线等设计一个由温度控制小灯泡发亮的电路。（9）如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1＝R2＝500Ω，计算加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计。（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）简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？第9题第9题R1R2R3S1S2（10）如图所示甲为在温度为10℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图，箱内电阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，R1为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab﹤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab﹥0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在___________℃。第10题第10题R1R2R3Rt甲乙1、A2、A3、BC 4、D 5、A6、AB 7、左右 8、设计图如图，闭合S1后，有电流通过继电器，但R1较大，继电器产生的磁场较弱，当R1的温度升高，电阻减小，继电器产生的磁场显著增大，S2被吸下来，小灯泡发光，温度降低，磁性减弱，S2弹开，小灯泡熄灭，从而达到由温度控制灯炮的亮和灭。9、（1）见例1 （2）加热时电饭煲消耗的电功率U2／R并，保温时电饭煲消耗的电功率为U2／（R1﹢R并），R并＝R2R3／（R2﹢R3）＝500×50／（500﹢50）＝500／11Ω从而有p1／p2＝（R1﹢R并）／R并＝（500﹢500／11）÷（500／11）＝12／1（3）如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，自动断开，功率降为P2，温度降低到70℃，S2自动闭合。温度只能在70℃—80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。10、35℃解析：设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有UR1／（R1﹢R2）＝UR3／（R3﹢Rt）解得Rt＝20kΩ,由图乙可知，当Rt＝20kΩ时，t＝35℃传感器的应用实验三维教学目标1、知识与技能（1）了解两个实验的基本原理；（2）通过实验，加深对传感器作用的体会，培养自己的动手能力。2、过程与方法:通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。3、情感态度与价值观:在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度。教学重点：了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。温度报警器的电路工作原理。教学难点：光控电路和温度报警器电路的工作原理。教学方法：实验法、观察法、讨论法。教学手段：实验过程中用到的有关器材、元器件等，由实验室统一准备。教学过程：第4节电感和电容对交变电流的影响（一）引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。（二）进行新课实验1、光控开关1、实验原理及知识准备（投影）如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330kΩ，试分析其工作原理。白天，光强度较大，光敏电阻RG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，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（），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。（1）要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？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。6V，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。（2）用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。（投影）如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．试分析电磁继电器的工作原理。当线圈A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路。试说明控制电路的工作原理。天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。 2、温度报警器上一节我们学习了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起光敏电阻的阻值变化，从而达到报警的目的。这种设计其敏感性是否值的怀疑，你想过吗？既然发生火灾时，环境温度要升高，我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢？（投影）温度报警器的工作电路，如图所示。试分析其工作原理。常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报警温度不同。怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。3、实例探究电磁继电器与自动控制例1、现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。课后练习（1）大多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。（1）控制电路中接入了哪几种传感器？（2）这几种传感器来的信号，应通过哪几种门电路后，再进入执行电路？（2）当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器，它有以下两种。（1）一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。（2）另一种叫做“开关型”的，当磁场到一定程度时它才会输出高电平，而在磁场弱到一定程度时输出低电平（或者相反），也就是说，它只能在高、低电平之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。（3）要使例题１中路灯在天更暗时才会亮，应该怎样调节Ｒ1的阻值？并说明原理。（4）要使例题２中的热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应怎样调节Ｒ1的阻值？并说明原理。

1.答：(1)接入了两种传感器：光传感器（通常用的是光敏电阻）；声传感器（通常用的是微型驻极体话筒）。(2)因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件，即足够暗的光照和足够大的声音，所以要使用与门。

2.答：

(1)设计方案如右图所示。在Ｃ形软铁芯１上绕制线圈２，霍尔传感器３置入铁芯的间隙中，并与数字毫伏表４相连。线圈中通入的待测电流Ｉ越强，铁芯间隙中的磁场强度就越大，则传感器输出的电压越大。(2)设计方案如图所示。转动物体１的边缘上嵌入一个小永磁体２，霍尔传感器３固定在近旁，并在计数电路和显示屏４相连。物体每转动一周，传感器就输出一个电压脉冲，计数显示的数字就增加１。配合秒表测出在时间t内转动的周数n，就可以计算出转速。3.答：要使在天更暗时路灯才会亮，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），就需要ＲG的阻值达到更大，即天色更暗。4.答：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小Ｒ1的阻值，Ｒ1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。第六章传感器（一）本章知识结构梳理1、什么是传感器？它是怎样的一类元件？2、热敏电阻和金属热电阻是一回事吗？它们的阻值随温度分别怎样变化？3、霍尔电压UH=__________，式中各量分别表示什么？4、光敏电阻有何特性？5、传感器应用的一般模式是怎样的？请画图表示。6、常用的一种力传感器是由_________和__________组成的，________是一种敏感元件，现在多用半导体材料组成，受压时其上表面拉伸，电阻变_____，下表面压缩，电阻变_____。外力越大，这两个表面的电压差值就越_____。7、指出以下传感器应用的实例中，所应用的传感器，或主要元件。（1）电子秤：_________的应用，敏感元件是_________（2）话筒：_________的应用，分_______和_________两种。（3）电熨斗：_________的应用，敏感元件是_________，作用：控制________的通断。（4）电饭锅：_________的应用，敏感元件是_________，作用：控制________的通断。（5）测温仪：_________的应用，测温元件是________或_________、________、_________。（6）鼠标器：_________的应用，主要元件是________或_________（7）火灾报警器：_________的应用，利用烟雾对____________来工作的。8、如图所示是光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330kΩ，试分析其工作原理．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？9、如图所示温度报警器的工作电路，试分析其工作原理。要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该把R1的阻值调大些还是调小些？（二）精题讲练1、热敏电阻的特性【例1】如图所示，将多用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。针对练习1：如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时（）A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱2、光敏电阻的特性【例2】如图所示，R1、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跟踪练习2：如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向_______（填“左”或“右”）转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向_______（填“左”或“右”）转动。3、力传感器的应用【例3】如图所示为某种电子秤的原