第二節傳感器的應用課標定位學習目標：1.知道傳感器應用的一般模式．2．理解電子秤、電熨斗、火災報警器的工作原理．3．了解電飯鍋的結構和工作原理．重點難點：傳感器在實際中的應用．

核心要點突破課堂互動講練知能優化訓練第二節傳感器的應用課前自主學案課前自主學案一、傳感器應用的一般模式二、傳感器的應用1．力傳感器的應用——電子秤(1)組成：由金屬梁和_______組成．(2)工作原理：彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應變片，在梁的自由端施力F，則梁發生彎曲，上表面拉伸、下表面壓縮，上表面應變片的電阻變大，下表面的電阻變小，F越大，彎曲形變越大，應變片的阻值變化就越大．如果讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上面應變片兩端的電壓變大，下面應變片兩端的電壓變小．傳感器把這兩個電壓的差值輸出．外力越大，輸出的電壓差值也就越大．應變片(3)作用：把物體形變這個力學量轉換為電壓這個電學量．2．溫度傳感器的應用——電熨斗(1)敏感元件：__________溫度傳感器．(2)工作原理：溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的熱膨脹系數不同，雙金屬片發生形變從而控制電路的通斷．雙金屬片3．溫度傳感器的應用——電飯鍋(如圖6－2－1)(1)敏感元件：_____________．(2)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有______性，溫度上升到約_______時，失去鐵磁性．這一溫度又稱為“居里點”．圖6－2－1感溫鐵氧體鐵磁103

℃(3)電飯鍋工作原理：用手按下開關通電加熱，開始煮飯，當鍋內加熱溫度達到103℃時，鐵氧體失去鐵磁性，與永久磁體失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開．4．光傳感器的應用——火災報警器(如圖6－2－2)(1)組成：光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．(2)工作原理：平時光電三極管收不到LED發出的光，呈現高電阻狀態，煙霧進入罩內后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻減小．與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發出警報．

圖6－2－2核心要點突破一、傳感器問題分析1．分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉換為便于測量的電學量的器件．我們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟：(1)信息采集(2)信息加工、放大、傳輸(3)利用所獲得的信息執行某種操作．2．分析傳感器問題要注意四點(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規律．(3)電路結構分析認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規律．(4)執行機構工作分析傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程，還包含根據所獲得的信息控制執行機構進行工作的過程．即時應用

(即時突破，小試牛刀)1.(2011年潮州高二檢測)壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小．一同學利用壓敏電阻設計了判斷升降機運動狀態的裝置，如圖6－2－3甲所示，將壓敏電阻平放在升降機內，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機靜止時電流表示數為I0.某過程中電流表的示數如圖乙所示，則在此過程中(

)圖6－2－3A．物體處于失重狀態B．物體處于超重狀態C．升降機一定向上做勻加速運動D．升降機可能向下做勻減速運動解析：選BD.電流表的示數變為2I0且保持不變，說明壓敏電阻的阻值比升降機靜止時小，壓敏電阻所受壓力變大，物體處于超重狀態，即物體具有向上的加速度，B、D正確，A、C錯誤．二、常見傳感器的應用實例1．生活中的傳感器(1)與溫度控制相關的家電電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器．(2)紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等．(3)照相機中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等．2．生產中的傳感器(1)濕度傳感器：判斷農田的水分蒸發情況，自動供水或停水．(2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個點進行溫度和濕度監測．由于有了十分先進可靠的測試技術,有效地減少了霉變現象．(3)生產的自動化和半自動化．用機器人、自動化小車、自動機床、各種自動生產線或者系統，代替人完成加工、裝配、包裝、運輸、存儲等工作．各種傳感器使生產的自動運行保持在最佳狀態，以確保產品質量，提高效率和產量，節約原材料等．(4)在數控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進行位移測量，從而實現對零部件的精密加工．3．航天中的傳感器在航空、航天技術領域，傳感器應用得較早，也應用得較多，在運載火箭、載人飛船中，都應用了大量的傳感器供遙測和遙控系統使用．這些傳感器對控制航天器的姿態、接收和發送信息、收集太空數據等都有重要作用．在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等．即時應用

(即時突破，小試牛刀)2．(2011年威海高二檢測)“嫦娥二號”衛星上裝有8種24件探測儀器，其中可能有(

)A．味覺傳感器B．氣體傳感器C．聽覺傳感器

D．視覺傳感器解析：選D.“嫦娥二號”月球衛星是為探測月球而發射的在軌衛星，而月球上無氣體，所以不需要氣體傳感器和聽覺傳感器，當然也用不到味覺傳感器,真正需要的是為月球“畫像”的視覺傳感器——立體相機．

如圖6－2－4所示是一種測量血壓的壓力傳感器在工作時的示意圖．薄金屬片P固定有4個可以形變的電阻R1、R2、R3、R4，如圖乙．圖甲是它的側面圖，這4個電阻連成的電路如圖丙所示,試回答下列問題：課堂互動講練力傳感器的應用例1圖6－2－4(1)開始時金屬片中央O點未加任何壓力，欲使電壓表無示數，則4個電阻應滿足怎樣的關系？(2)當O點加一個壓力F后發生形變，這時4個電阻也隨之發生形變，形變后各電阻阻值大小如何變化？【思路點撥】電壓表無示數也就是A、B兩點等電勢，即R1與R2的分壓情況和R3與R4的分壓情況完全相同．(2)當O點加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發生形變，由于電阻是固定在金屬片上的，因此R1、R4被拉長，R2、R3被拉寬，即R1、R4增大，R2、R3減小，這時A、B兩點電勢不再相等．【規律總結】分析傳感器類問題，一要注意傳感器感受到的是何物理量，二要注意敏感元件輸出哪種電信號．變式訓練1壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態的裝置，其工作原理如圖6－2－5甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球．小車向右做直線運動過程中，電流表示數如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)圖6－2－5A．從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動D．從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動解析：選D.由小球受力可知：a∝FN，又因為壓敏電阻的阻值隨壓力增大而減小，而電流增大，則I的大小反映了a的大小，所以0～t1內I不變，小車做勻加速運動，t1～t2內小車加速度增大，t2～t3內小車做勻加速運動．

如圖6－2－6所示，甲為在溫度為10℃左右的環境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內的電阻R1＝20kΩ、R2＝10kΩ、R3＝40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示,a、b端電壓Uab≤0時，電壓鑒別器會令開關S接觸,恒溫箱內的電熱絲發熱，使箱內溫度升高；當a、b端電壓Uab＞0時，電壓鑒別器會令開關S斷開，停止加熱，則恒溫箱內的溫度可保持在(

)溫度傳感器的應用例2圖6－2－6A．10℃

B．20℃C．35℃D．45℃【思路點撥】由題可知，Uab＝0是電熱絲加熱和停止加熱的臨界狀態，根據串聯分壓知識可求得Uab＝0時Rt的阻值，然后由乙圖讀出對應的溫度．【答案】

C【規律總結】本題利用熱敏電阻為傳感器，將溫度變化的信號轉化為電信號，結合電子線路來控制加熱電器．正確的電路分析、計算及看懂熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線，是解決本類習題的關鍵．變式訓練2如圖6－2－7所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個簡單的恒溫控制電器，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減小．電源甲與繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接．則(

)圖6－2－7A．當溫度降低到某一數值，銜鐵P將會被吸下B．當溫度升高到某一數值，銜鐵P將會被吸下C．工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在C、D端D．工作時，應該把恒溫箱內的加熱器接在A、B端解析：選BD.當溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小,通過電磁繼電器螺線管的電流增大，磁性增強，吸下金屬片，觸點接通，所以應把恒溫箱內的加熱器接在A、B端．光傳感器的應用例3

如圖6－2－8所示為一實驗中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖．A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪．車輪轉動時，A發出的光束通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示．若實驗顯示單位時間內脈沖數為n，累計脈沖數為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數據是________；小車速度的表達式為v＝________；行程的表達式為s＝______.圖6－2－8【精講精析】這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決．但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關說明給我們一定提示，光束原來是連續的，是轉動的齒輪使光束變為脈沖，因此脈沖情況必定與齒輪(或車輪)的轉動有關，也就與速度和行程有關．【規律總結】本題的理論依據是最基本的勻速運動中的速度、時間與位移的關系及角速度與線速度的關系，關鍵是將測量量與運動速度、時間和行程關聯起來．這類題目是物理知識在實際中的應用，要很好的解答就要善于知識的遷移，對學生提出了更高的要求．對此，我們只能要求學生關注周圍的事物，經常想一想它們工作的原理與物理知識的關系，擴大眼界，開闊思路．變式訓練3如圖6－2－9所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發光二極管(電流越大，發光越強)，且R與D