第一篇：《傳感器的應用(一)》示范教案

知識改變命運，學習成就未來

6.2 傳感器的應用

（一）★新課標要求

（一）知識與技能

1．了解力傳感器在電子秤上的應用。2．了解聲傳感器在話筒上的應用。3．了解溫度傳感器在電熨斗上的應用。

（二）過程與方法

通過實驗或演示實驗，了解傳感器在生產、生活中的應用。

（三）情感、態度與價值觀

在了解傳感器原理及應用時，知道已學知識在生活、生產、科技社會中的價值，增強學習興趣，培養良好的科學態度。★教學重點

各種傳感器的應用原理及結構。★教學難點

各種傳感器的應用原理及結構。★教學方法

實驗法、觀察法、討論法。★教學工具

駐極體話筒的工作電路示教板，示波器，學生電源，電熨斗，日光燈起動器（若干）★教學過程

（一）引入新課

師：上節課我們學習了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉化為電學量的元件？

生：光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。熱敏電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量。霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。

師：這節課我們來學習傳感器的應用。

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［板書課題］傳感器的應用

（一）（二）進行新課

1、傳感器應用的一般模式師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。

生：閱讀教材并在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。

師：下面學習幾個傳感器應用的實例。2．力傳感器的應用——電子秤

師：閱讀教材61頁最后一段，思考并回答問題。

（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。

（3）應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量？ 生：閱讀教材，思考并回答問題。

師：總結點評，結合板畫強調講解應變片測力原理（如圖所示）。

應變片能夠把物體形變這個力學量轉化為電壓這個電學量。3．聲傳感器的應用——話筒

師：閱讀教材62頁有關內容，思考并回答問題。（1）話筒的作用是什么？

（2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。

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（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優點是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優點？ 生：閱讀教材，思考并回答問題。

生1：話筒的作用是把聲音信號轉化為電信號。

生2：動圈式話筒的工作原理是電磁感應現象。膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發出放大的聲音。

生3：電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電．當聲波使膜片振動時，電容發生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規律相同的電壓．

優點：保真度好。

生4：駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。

師：指出：駐極體話筒利用了電介質的極化現象：將電介質放入電場中，在前后兩個表面上會分別出現正電荷與負電荷的現象．某些電介質在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會長期保持被極化的狀態，這種材料稱為駐極體．

師：演示實驗：

生：觀察實驗現象。

現象：不同的聲波信號，熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產生的電信號是由接收到的聲波控制的。

3．溫度傳感器的應用——電熨斗

師：溫度傳感器是應用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉變成電信號，通常是歡迎各位老師踴躍投稿，稿酬豐厚 郵箱：zxjkw@163.com

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利用物體的某一物理性質隨溫度的變化而改變的特性制成的．電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。

實驗：

生：做實驗，觀察實驗現象。

師：電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。投影：電熨斗結構圖（如圖所示）

思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？

（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，這是如何使用調溫旋鈕來實現的？

參考答案：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環進行，起到自動控制溫度的作用．

（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制在不同溫度的目的．

（三）課堂總結、點評

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本節課主要學習了以下幾個問題：

傳感器的應用

力傳感器的應用——電子秤 聲傳感器的應用——話筒 溫度傳感器的應用——電熨斗

力傳感器是把力信號轉換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進行自動控制．

（四）實例探究 ☆力傳感器的應用

【例1】用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個質量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，傳感器a、b在的示數均為 10 N（取g=10 m／s2）．

（1）若傳感器a的示數為 14 N、b的示數為6.0 N，求此時汽車的加速度大小和方向．（2）當汽車以怎樣的加速度運動時，傳感器a的示數為零．

分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據牛頓

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多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變為F2??20N。滑塊所受合力產生加速度，由牛頓

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思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養就成了鏡中花，水中月。★課本“問題與練習”解答

1．（1）冰箱內溫度較高時，密封系統中的壓強增大，盆體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設定的低溫時拉簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作．

（2）凸輪逆時針轉動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故彈簧7上彈力的變化會改變設定的溫度．

2．該同學設計的電路在原理上可行，當滑動片P在滑動變阻器中央時P、Q等勢，電壓表指針指中央零點．

這個裝置可以同時測出加速度大小和方向，大小可通過電壓表示數大小表示，方向可通過偏轉方向判定．

當物體具有圖示方向的加速度a時，滑塊向左移，則變阻器右端電阻大，故電流流過滑動變阻器時電勢降落大，則Q點電勢高于P點，則指針應向零點左側偏轉．

3．（1）A、B端（2）由圖甲知，t=100℃時R=50Ω，則繼電器電路中電流在100℃時，I?E，其中RJ為繼電器的電阻。

R?R??RJ代入數據解得，R??100?

★資料袋

動圈式話筒的原理

話筒是把聲音轉變為電信號的裝置．圖1是動圈式話筒的構造原理圖，它是利用電磁感應現象制成的．

當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動，音圈在永磁體的磁場里振動從而產生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發出放大的聲音。

電容式傳感器

圖1 歡迎各位老師踴躍投稿，稿酬豐厚 郵箱：zxjkw@163.com

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電容器的電容C決定于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個因素．如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，有這種用途的電容器稱為電容式傳感器．

圖2是用來測定角度θ的電容式傳感器．當動片與定片之間的角度θ發生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發生變化．知道C的變化，就可以知道θ的變化情況．

圖3是測定液面高度h的電容式傳感器，在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質．液面高度h發生變化時，引起正對面積發生變化，使電容C發生變化．知道C的變化，就可以知道h的變化情況．

圖4是測定壓力F的電容式傳感器，待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，膜片發生形變，使極板間距離d發生變化，就可以知道F的變化情況。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖5是測定位移x的電容式傳感器，隨著電介質進入極板間的長度發生變化，就可以知道x的變化情況

實際中有各種各樣的傳感器．它們都是根據各種物換效應設計而成的，我們在初中學過，導線的電阻決定于導線的橫截面積、長度和溫度等因素，由此可以制成電阻式傳感器，用來測定壓力、溫度等物理量．

傳感器是把非電學物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉換成電學量（如電壓、電流等）的一種元件．傳感器輸入的是非電學物理量x，輸出的是電學量y（圖6）。將非電學物理量轉換成電學量后，測量比較方便，而且能輸入到計算機進行處理．各種傳感器是自動控制設備中不可缺少的元件，已經滲透到宇宙開發、環境保護、交通運輸以至家庭生活等多種領域．

圖6 歡迎各位老師踴躍投稿，稿酬豐厚 郵箱：zxjkw@163.com

第二篇：傳感器的應用教案

傳感器的應用教案

【教學目標】 1.知識與技能:(1)、了解傳感器應用的一般模式;(2)、理解應變式力傳感器的應用――電子秤的工作原理。(3)、理解聲傳感器的應用――話筒的工作原理。

4、理解溫度傳感器的應用――電熨斗的工作原理(5)、會設計簡單的有關傳感器應用的控制電路。2.過程與方法: 通過實驗結合物理學的知識,探究電子秤、話筒、電熨斗等的工作原理,從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應用,進一步總結出傳感器應用的一般模式。

3.情感、態度與價值觀 激發學生的學習興趣,培養動手能力,提高創新意識,提高物理理論知識與實際相結合的綜合實踐能力。

【教學重點】:各種傳感器的應用原理及結構。【教學難點】:各種傳感器的應用原理及結構。【教學方法】:PPT課件,演示實驗,講授

【教學用具】:小型電子秤,話筒,電熨斗、示波器。【教學過程】

一、引入新課

師:上節課我們學習了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量,并把它們按照一定的規律轉化成電壓、電流等電學量,或轉化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉化為電學量的元件? 學生思考后回答:光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。熱敏電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量。霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。這節課我們來學習傳感器的應用

二、進行新課

1、傳感器應用的一般模式

師:閱讀教材開頭幾段,然后合上書,在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。提示:一般情況下,傳感器產生的信號非常微弱,要想觸發控制電路,此信號必須進一步放大才可以,所以需要放大電路,即放大器。

生:閱讀教材并在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。

師:下面學習幾個傳感器應用的實例。2.力傳感器的應用----電子秤

師:閱讀教材61頁最后一段,思考并回答問題。

(1)電子秤使用的測力裝置是什么?它是由什么元件組成的?(2)簡述力傳感器的工作原理。

(3)應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生1:電子秤的測力裝置是力傳感器,它是由一個金屬梁和兩個應變片一起組成了測力部分。

生2:在金屬梁沒有力的情況下,金屬梁處于水平狀態,梁的上下應變片的長度沒變且相等,兩應變片的電阻大小也相等,當給金屬梁施加豎直向下的力時,金屬梁會向下彎曲,使得金屬梁上面的應變片被拉長,電阻變大,兩端電壓也變大,而下邊的應變片被擠壓收縮,電阻變小,兩端的電壓也減小,使得兩應變片兩端電壓值不相等,存在差值,控制電路就通過這個差值,經過放大電路將差值信號放大,再在顯示器上顯示出數字,即力F的大小。生3:應變片能夠將形變這個力學量轉化為電阻這個電學量。

師:總結點評,結合板畫強調講解應變片測力原理。3.聲傳感器的應用-----話筒

師:閱讀教材62頁有關內容,思考并回答問題。(1)話筒的作用是什么?(2)說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。

(3)說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優點是什么?(4)駐極體話筒的工作原理是什么?有何優點? 生:閱讀教材,思考并回答問題。

生1:話筒的作用是把聲音信號轉化為電信號。

生2:動圈式話筒的工作原理是電磁感應現象。膜片接收到聲波后引起振動,連接在膜片上的線圈隨著一起振動,線圈在永磁體的磁場里振動從而產生感應電流(電信號),感應電流的大小和方向都變化,振幅和頻率的變化都由聲波決定,這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器,從揚聲器中就發出放大的聲音。

生3:電容式話筒的工作原理:利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電.當聲波使膜片振動時,電容發生變化,電路中形成變化的電流,于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規律相同的電壓.優點:保真度好。

生4:駐極體話筒的原理同電容式話筒,只是其內部感受聲波的是駐極體塑料薄膜.優點:體積小,重量輕,價格便宜,靈敏度高,工作電壓低。

師:指出:駐極體話筒利用了電介質的極化現象:將電介質放入電場中,在前后兩個表面上會分別出現正電荷與負電荷的現象.某些電介質在電場中被極化后,去掉外加電場,仍然會長期保持被極化的狀態,這種材料稱為駐極體.師:演示實驗: 按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路,話筒的輸出端經過隔直電容接到示波器。對著話筒喊話,觀察示波器的熒光屏上的波形,再用另外一人同樣對話筒喊話,比較兩次聲音產生的波形有什么不一樣。上述過程,就是話筒將聲音信號轉換為電信號的過程。生:觀察實驗現象。現象:不同的聲波信號,熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產生的電信號是由接收到的聲波控制的。4.溫度傳感器的應用---電熨斗

師:溫度傳感器是應用最廣泛的傳感器之一,它能把溫度的高低轉變成電信號,通常是利用物體的某一物理性質隨溫度的變化而改變的特性制成的.電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。實驗:取一個報廢的日光燈啟輝器,去掉外殼,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一個U型的雙金屬片,雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲,兩者構成一對觸點,常溫下觸點是分離的,用火焰靠近金屬片,可以看到雙金屬片的形狀變化,與金屬絲接觸,熄滅火焰,雙金屬片逐漸恢復原狀,兩個觸點分離。把這個啟動器用到溫控開關,可以控制小燈泡的亮和滅。生:做實驗,觀察實驗現象。

師:電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。

投影:電熨斗結構圖(如圖所示)思考與討論:(1)常溫下,上、下觸點應是接觸的還是分離的?當溫度過高時,雙金屬片將怎樣起作用?(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度,這是如何使用調溫旋鈕來實現的? 參考答案:(1)常溫下,上、下觸點應是接觸的,但溫度過高時,由于雙金屬片受熱膨脹系數不同,上部金屬膨脹大,下部金屬膨脹小,則雙金屬片向下彎曲,使觸點分離,從而切斷電源,停止加熱.溫度降低后,雙金屬片恢復原狀,重新接通電路加熱,這樣循環進行,起到自動控制溫度的作用.(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度,此時可通過調溫旋鈕調節升降螺絲,升降螺絲帶動彈性鋼片升降,從而改變觸點接觸的難易,達到控制在不同溫度的目的.拓展:溫度傳感器的另一應用----電冰箱的溫控裝置

如圖所示是某種電冰箱內溫度控制器的結構,銅質的測溫泡1,細管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統,里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,構成一個溫度傳感器,膜盒3為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點盒靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機箱上的軸。凸輪8是由設定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。自動控溫原理:如圖所示是某種電冰箱內溫度控制器的結構,銅制的測溫泡

1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,構成了一個溫度傳感器,膜盒為扁圓形,右表面固定,左表面通過小柱體與彈簧片4連接,盒中氣體的壓強增大時,盒體就會膨脹,測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

5、6分別是電路的動觸點和靜觸點,控制制冷壓縮機的工作,拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上,連桿9的下端裝在機箱上的軸,凸輪8是由設定溫度的旋鈕控制的,逆時針旋轉時凸輪連桿上端右移,從而加大對彈簧7的拉力。當冷藏室里的溫度升高時,1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹,彈性金屬膜盒3的左端膨脹,推動彈簧片4向左轉動,使5、6接觸,控制的壓縮機電路開始工作制冷,當溫度下降到一定程度,氯甲烷受冷收縮,5、6又分開,制冷結束,直到下次溫度升高再重復上述過程。溫度設定原理:將凸輪8逆時針旋轉,凸輪將連桿9向右頂,使得彈簧7彈力增大,此時要將5、6觸點接通,所需要的力就要大些,溫度要高一些,即溫控擋應低一些(例如1級),順時針旋轉凸輪8,控制的溫度低一些,控溫擋要高一些。

(三)典型例題 例1.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器.用兩根相同的輕彈簧夾著一個質量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時,傳感器a、b在的示數均為 10 N(取g10 m/s2).(1)若傳感器a的示數為 14 N、b的示數為6.0 N,求此時汽車的加速度大小和方向.(2)當汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數為零.分析:傳感器上所顯示出的力的大小,即彈簧對傳感器的壓力,據牛頓第三定律知,此即為彈簧上的彈力大小,亦即該彈簧對滑塊的彈力大小.解:(1)如圖所示,依題意:左側彈簧對滑塊向右的推力 F114N,右側彈簧對滑塊的向左的推力 F26.0 N.滑塊所受合力產生加速度a1,根據牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向,即向前(向右).(2)a傳感器的讀數恰為零,即左側彈簧的彈力,因兩彈簧相同,左彈簧伸長多少,右彈簧就縮短多少,所以右彈簧的彈力變為N。滑塊所受合力產生加速度,由牛頓第二定律得,a210m/s2,方向向左.例

2、如圖5是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極,在兩極間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發生變化,導致話筒所在電路中的其它量發生變化,使聲音信號被話筒轉化為電信號,其中導致電容變化的原因可能是容器兩板間的(A)(A)距離變化(B)正對面積變化(C)介質變化(D)電壓變化

【課堂總結】 本節課主要學習了以下幾個問題: 力傳感器的應用---電子秤

聲傳感器的應用---話筒

溫度傳感器的應用---電熨斗 力傳感器是把力信號轉換成電信號;聲傳感器是把聲音信號轉換為電信號,而溫度傳感器往往是用來進行自動控制.【布置作業】課本P58-59 1、2、3 【板書設計】 第二節:傳感器的應用

一、傳感器應用的一般模式示意圖

二、力傳感器的應用---電子秤

三、聲傳感器的應用----話筒

四、溫度傳感器的應用---電熨斗

【教學反思】

思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學的根本;親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養就成了鏡中花,水中月。

第三篇：傳感器的應用教案

我講課的題目是“傳感器及其工作原理”，選自人民教育出版社高中物理課程標準實驗教科書選修3-2第六章第一節。

(課標要求)《普通高中物理課程標準(實驗稿)》對本章內容的內容標準是是知道非電學量轉換成電學量的技術意義，通過實驗知道常見傳感器的工作原理，列舉傳感器在生活和生產中的應用。活動建議是調查日常生活中的傳感器的應用，利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。《課標》將“傳感器”列為選修3-2模塊的二級主題，集中體現了《課標》對科學、技術與社會相互關系的關注，這部分內容也是《課標》中“在課程內容上體現時代性”的一個標志。本節有關技術的內容十分豐富，但是在教學要求上不同于技術課程，它側重于物理原理在傳感技術中的應用。

(說教材)本節課內容是第六章的第一節。第六章是繼電磁感應、交變電流之后的一個獨立章節，是新課程新增的教學內容，而本節課又是本章的開篇之作。因此本節課既是之后學習的鋪墊和準備，也能夠充分展現新課程的“讓物理貼近生活，讓物理走向社會”的理念。本節課內容有“什么是傳感器”、“光敏電阻”、“熱敏電阻和熱金屬電阻”以及“霍爾元件”四部分。

本節課教學內容的主要特點是定性研究一些原理性基礎知識，但不做定量的計算。教學的關鍵在于多舉例子和多做實驗，很多初看起來的很神秘的原理，動手一做就可明白其中的物理奧妙。所以本節課的學習過程應是快樂輕松的，能讓學生學到許多與生活相關的實用知識，還能夠培養他們理論聯系實際的科學素養。

(說學情)本節課的主要學習對象是高二理科學生，他們在之前的學習中已經掌握了有關力、熱、電、磁、光等基本知識和原理，尤其有關電路、磁場的內容，這是學習本節課的知識儲備。近年來，傳感器的應用日益普遍，可以說是處處皆是。俗話說“處處留心皆學問”，那么學生只要細心觀察，就肯定會發現生活中的傳感器的“影子”。然而，他們此前并沒有接觸有關傳感技術的知識，可能并不知道某些實例是傳感器的應用，或者略知一二。這就可以作為本節課教學的經驗基礎，教學中應充分調動學生的思維，積極回憶和聯想生活中傳感器實例，讓他們感覺到傳感器其實就在身邊，消除一些同學的學習心理障礙。此外，高中

學生可能并不滿足只知道“什么是傳感器”和“生活中有哪些傳感器”，因此這一興趣特征就能夠激發起學生的探究欲望和自主學習的熱情，從而為本節課的實驗探究提供了有利條件。

(說教學目標)基于新課程標準的要求和對教材內容的分析，結合學生的實際，我將本節課的教學目標設立為以下三個維度：(可不細說)

知識與技能維度：.知道傳感器的概念及基本原理;了解干簧管、光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件的特性及其工作原理;知道非電學量轉換成電學量的技術意義。

過程與方法維度：.通過對實驗和生活實例的觀察和分析，了解常見傳感器的特性及其工作原理;經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的觀察能力、實踐能力和創新思維能力

情感態度與價值觀維度：通過演示實驗和動手實驗，激發學生的學習興趣;感受傳感技術在信息時代的作用與意義，加強物理與sts的聯系;培養學生敢于涉難的科學精神，拓展學生的思維，進一步探討科技發展給人類帶來的利與弊。

(說教學重難點)我認為在實現以上教學目標的過程中，教學重點在于：通過實驗觀察與分析常見傳感器的特性及工作原理;知道非電學量轉換為電學量的技術意義。

教學難點是通過實驗探究常見傳感器的敏感元件的工作特性。

(說教學方法)為了突出重點、突破難點，我根據教育心理學家布魯納曾提出過著名的“學科結構論”和發現式學習模式的相關理論，將采用多種方法并用的教學方式完成教學。例如實驗演示、講解、學生>閱讀、討論和分組實驗探究等多種教學方法，關注科學探究學習目的的達成。

(說教學過程)綜上所述，我將教學過程設計如下：

一、創設物理情境，導入新課。我將用自制的“干簧管”演示儀和音樂茶杯演示實驗。這樣的實驗并不同與平常的原理演示實驗，更有利于激發學生學習興趣。學生會立即對自己所觀察的現象產生疑惑，激發探索欲望。也符合《課標》中用生活常見的物品做實驗的建議。

二、進行新課教學。首先我將和學生一起來分析為什么磁鐵能控制燈泡的亮與滅，向學生介紹干簧管的結構和工作原理。然后舉一反三，列舉生活中常見的

傳感器實例，總結出傳感器是將一種物理量轉換為另一種物理量的元件，尤其是將非電學量轉換成電學量的器件。在認知結構中原有的幾個觀念的基礎上學習一個包容性程度更高的命題，這是一種上位學習模式，借鑒了布魯納的發現式學習理論。

接著，我引導學生探索音樂水杯的“奧秘”，利用自制的原理演示儀進一步演示規律和深入研究，進而得出光傳感器的關鍵部件——光敏電阻。此時，學生可能對光敏電阻有很多猜想和假設，我就以此為契機引導他們設計實驗來探究光敏隨光照強弱的變化規律，讓他們在探索中學習，發現中學習。這樣既提高他們的學習興趣和熱情，也很好地培養學生的動手能力和科學研究能力。小組合作學習能增強學生的合作意識和責任感。

然后，我將以“空調怎樣測室溫”的提問轉入對熱敏電阻與熱金屬電阻的學習。雖然熱敏電阻和光敏電阻的工作特性不同，但可以用類似的方法的來研究它。相同的方法在不同地方也可以運用，培養學生遷移學習的意識，不要拘泥一格。此時要注意提示學生實驗不僅有“控制變量法”，還有“對照法”。這些都是常見的科學研究方法，這很有利于培養學生認識和分析實際問題的實踐能力。符合《課標》中“發揮實驗在物理教學中的重要作用”的要求。

霍爾元件原理的解釋其實是一個非常好的自主學習材料。因為霍爾元件看似很新鮮，但其原理卻是學生早已熟悉的有關磁場作用力的知識。讓學生體驗學以致用的喜悅，并認識到從自我認識到交流學習的重要性。因此我將通過ppt展示和提供學習參考材料，引導學生自行學習并組織討論，并結合相應的練習來評價自學結果。

三、課堂小結。與學生一起回顧教學過程。回顧課堂，建構比較完整的知識體系。

四、布置課后研究性課題。打破習題練習的常規，布置研究性課題，這是新課程的一個重要體現。有助于培養學生理論聯系實際、動手實踐、科學研究的能力。還可以激發學生學習興趣，加強物理與sts的聯系。

第四篇：傳感器應用總結

傳感器應用總結

信息社會高速發展的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切。作為信息提取的功能器件——傳感器同人們的關系越來越密切。小到智能手機，大到地震海嘯預警，傳感器廣泛應用于社會發展及人類生活的各個領域。傳感器種類繁多，其原理也各種各樣。傳感技術是一門知識密集型技術，它與許多學科相關，傳感器技術已經成為各個應用領域，特別是電子信息工程、電氣工程、自動控制工程、機械工程等領域中不可缺少的技術。傳感技術與信息技術、計算機技術并列稱為支撐現代信息產業的三大支柱。下面，我將對所學傳感器的應用做一個簡要的總結。

傳感器是在非電量測量中，能夠實現非電量轉化為電量的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成，有時還需要加輔助電源。（如圖1）在自動檢測和自動控制環節，傳感器是必不可少的，沒有傳感器對數據的精確測量，必然不會實現對信號的控制及顯示。因此，傳感器在工業生產以及日常生活中應用廣泛。非電量 敏感元件

非電量

傳感元件

電量

轉換電路

電量 熱電偶傳感器

圖1

1.1 N型熱電偶在主蒸汽溫度測量中的應用

近年來，N型熱電偶在火電廠得到了廣泛的應用。N型熱電偶在中子輻射環境下具有良好的穩定性, 是因為N型熱電偶去除了易蛻變元素Mn、Co等。因此,N型熱電偶具有很好的耐核輻射的能力。在一個機組主蒸汽管道上放一個溫度保護套管，將N型熱電偶放入其內部，測量的溫度將其轉化為電動勢，通過控制電動勢來控制溫度。

1.2 熱電偶對爆炸產物的熱響應應用

在炸藥的爆炸過程中，溫度變化極快，數值極高，且為非穩態傳熱，沖擊波的傳播速度遠大于熱流的傳播速度，熱電偶技術的迅速發展為研究瞬態熱作用提供了簡便可靠的測試方法。熱電偶溫度傳感器將溫度信號轉換為電壓信號，經直 流電壓放大器放大后通過A/D 轉換電路將模擬信號轉換為數字信號。采集系統將給出電壓值，其變化反映熱電偶溫度值的變化。數據采集后對信號加以濾波處理，然后根據分度表進行溫度轉換。

1.3 薄膜熱電偶傳感器測高溫物體表面溫度

薄膜熱電偶(T F T C)作為固體表面溫度傳感器具有許多優點，其很小的質量使其對表面熱傳導的干擾極小，對于大多數實際測量而言，被測點的這一熱變化是微乎其微的；由于厚度僅為1um 的薄膜對于多數對流換熱應用來說尺寸很小，所以薄膜熱電偶與被測表面之間的對流換熱變化也極其微小。另一方面，由于自身構造上的特點，薄膜熱電偶傳感器可以貼在某些需要測量溫度但又不方便直接測溫的物件上。壓電傳感器

2.1 車輛行駛稱重

壓電傳感器檢測經過輪胎施加到傳感器上的壓力，產生成正比的模擬電壓、信號,輸出壓力信號的周期與輪胎停留在傳感器上的時間相同。每當一個輪胎經過傳感器時，傳感器就會產生一個新的電子脈沖,壓電傳感器在行駛中稱重(WMI)的檢測原理是對受力產生的信號積分。2.2 實現超聲振動系統的頻率自動跟蹤

在振動系統設計中加入壓電傳感片，壓電傳感片保持與系統諧振。由于壓電效應，諧振時壓電傳感片兩端會產生電荷，形成感應電壓。這種電壓大小與振動強弱成正比，通過檢測電壓值就能知道振動幅值的大小。感應電壓最大值的頻率點即為系統諧振點，通過搜尋感應電壓最大值就能實現頻率自動跟蹤。2.3 環境監測

2.3.1壓電石英晶體微天平(QCM)壓電傳感器

當一層外來物沉積于石英晶體表面時,晶體的表面質量增加,從而引起諧振頻率的變化。

2.3.2 表面聲波(S∧W)壓電傳感器

S∧W壓電傳感器是利用表面聲波原理實現質量測定的。當ST切型石英晶體中電極的交叉陣列產生局部形變時,后者以機械波傳遞至接受器陣列,發出的波與任何表面材料的相互作用均能改變S∧W的速度和振幅,于是能定量測定沉 積物的質量。

2.4 確保刀具工作在安全振幅范圍內

通過壓電傳感片返回的電壓值大小,系統可以推算出刀具的工作振幅。預先設定安全振動幅值,限制輸出功率的大小,就能起到保護刀具的作用。實際采用這種措施以后,刀具的工作壽命得到明顯提高。這主要是因為刀具刀齒造成應力高度集中,如不限制振幅,空載或輕載時刀具振幅過大,刀齒的應力超過了安全許可界限,在超高周疲勞情況下很快就達到疲勞極限,引起刀具斷裂。電阻傳感器

3.1應變式壓力傳感器

這種傳感器可以測量氣體或液體壓力。當氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產生輸出電壓。此外，它還可以用來制造測量高度、密度、速度的儀表。應變式壓力傳感器常見的結構有筒式、膜片式和組合式等。3.2 應變式加速度傳感器

這種傳感器的基本結構由懸臂梁、應變片、質量塊、機座外殼組成。懸臂梁（等強度梁）自由端固定質量塊，殼體內充滿硅油，產生必要的阻尼。當殼體與被測物體一起作加速度 a 運動時，質量塊因為在慣性作用下保持相對靜止，從而給懸臂梁一個與運動方向相反的作用力，使梁體發生形變，粘貼在梁上的應變片阻值發生變化，電橋平衡被破壞，電橋輸出電壓。通過測量阻值的變化求出待測物體的加速度。3.3 熱電阻式溫度傳感器 3.3.1 金屬熱電阻傳感器

對于金屬導體而言，在一定的溫度下，物質的電阻隨電阻率的變化而變化，可以把溫度對電阻率的影響反映到電阻上，即溫度變化會導致電阻變化，從而測出溫度變化。

3.3.2 半導體熱電阻傳感器

半導體是一種晶態固體，其原子結構較為特殊，外層的電子運動時既不像金屬導體那樣容易脫離原軌跡，也不像絕緣體那樣束縛的很緊，這就決定了它的導電特性介于金屬導體和絕緣體之間。其導電機理與材料內價電子以及摻人的雜質 有關。電阻取決于摻雜的種類和濃度，并隨溫度而變化，通過測量電阻的變化而得到溫度的改變。電感式傳感器

4.1 自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，用來測量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開磁路螺線管式，它們又都可以分為單線圈式與差動式兩種結構形式。

線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產生的磁鏈數，只要被測非電量能夠引起空氣隙長度或等效截面積發生變化，線圈的電感量就會隨之變化。自感式傳感器的測量電路用來將電感量的變化轉換成相應的電壓或電流信號，以便供放大器進行放大，然后用測量儀表顯示或記錄。自感式傳感器用于測量位移，還可以用于測量振動、應變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。4.2 差動變壓器式傳感器

差動變壓器式傳感器是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出，這樣二次電壓的相位和零點殘余電壓都不必考慮。

差動整流電路同樣具有相敏檢波作用，兩組（或兩個）整流二極管分別將二次線圈中的交流電壓轉換為直流電，然后相加。由于這種測量電路結構簡單，不需要考慮相位調整和零點殘余電壓的影響，且具有分布電容小和便于遠距離傳輸等優點，因而獲得廣泛的應用。但是，二極管的非線性影響比較嚴重，而且二極管的正向飽和壓降和反向漏電流對性能也會產生不利影響，只能在要求不高的場合下使用。

一般經相敏檢波和差動整流后的輸出信號還必須經過低通濾波器，把調制的高頻信號衰減掉，只允許銜鐵運動產生的有用信號通過。

差動變壓器不僅可以直接用于位移測量，而且還可以測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、壓力、張力、比重和厚度等。4.3 渦流式傳感器

根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，此電流叫電渦流，這種現 象稱為電渦流效應。

根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導體內的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等進行非接觸式連續測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應寬等特點，應用極其廣泛。

線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。

而電渦流效應既與被測體的電阻率ρ、磁導率μ以及幾何形狀有關，又與線圈幾何參數、線圈中激磁電流頻率?有關，還與線圈與導體間的距離x有關。因此，傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數關系式為Z=F（ρ，μ，R，x）。

渦流式傳感器的特點是結構簡單，易于進行非接觸的連續測量，靈敏度較高，適用性強。利用位移x作為變換量，可以做成測量位移、厚度、振幅、振擺、轉速等傳感器，也可做成接近開關、計數器等。利用材料電阻率?作為變換量，可以做成測量溫度，材質判別等傳感器。利用導磁率?作為變換量，可以做成測量應力，硬度等傳感器；利用變換量x、?、?等的綜臺影響，可以做成探傷裝置。電容傳感器

5.1電容式位移傳感器

電容式位移傳感器可以實現非接觸測量，用來測量各種導電材料的間隙、長度、尺寸或位置、振動位移等。CapaNCD(非接觸電容位移傳感器)測量原理的基礎在于理想平板電容的構成，兩個平板電極由傳感器和相對應的被測體組成，當恒定的交流電加在傳感器電容上時，傳感器產生的交流電壓與電容電極之間的距離成正比，交流電壓經檢波器，與一個可設置的補償電壓疊加，經放大，作為模擬信號輸出。capaNCDT610是一個精密的單通道系統,它由電容位移傳感器，傳感器電纜和處理信號的前置器組成，用戶可以在現場用二點線性化方法校準。這種傳感器的特點是工作時無磨損，免維修、對被測體沒有作用力、具有高的零點穩定性和精度、與被測體導電性能以及導電性能變化無關而且幾乎不受溫度影響。capaNCDT610可輸出0～10V的電壓，在犧牲精度的情況下，測量范圍還可 以擴大2～3倍。5.2電容式物位傳感器

電容式物位傳感器有兩個導電極板(通常把容器壁作為一個電極)，由于電極間是氣體、液體或固體而導致靜電容發生變化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式,即棒狀、板狀和線狀,其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采取微機控制，實現自動調整靈敏度,并具有自診斷功能,同時能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動報警，實現高可靠性的信息傳遞。由于電容式傳感器無機械可動部分，且敏感元件簡單，操作方便，是目前應用最廣的一種物位傳感器。5.3固態電容式指紋傳感器

傳感器技術的發展，人們利用電容式傳感器對指紋進行識別，從而識別人的身份，可靠性大大提高，廣泛應用于養老金領取、人事工資管理、銀行柜員身份確認等很多場合。目前市場上有兩種固態指紋傳感器，第一種是單次觸摸型傳感器，要求手指在采集區進行可靠的觸摸；第二種則需要用手指在傳感器表面擦過，傳感器會采集一套特定的數據進行快速分析和認證。這兩種指紋傳感器都是利用指紋中凸起的部分置于傳感器電容像素電極時電容量會有所增加，從而通過檢測增加的電容來進行數據采集的。目前這兩種指紋傳感器都得到了廣泛的應用。

6光電傳感器

6.1 煙塵濁度監測儀

為了消除工業煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監測、自動顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

6.2感煙傳感器(火災報警器的一部分)由紅外發光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在無煙狀態時，光電三極管接收不到紅外線；當發生火災時，產生大量煙霧，煙霧粒子進入感煙傳感器時，由于紅外線受煙霧粒于折射作用，光電三極管接收到紅外線，給出煙霧報警信號。6.3 光控大門

光控大門需要要用到一種電子元件——干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當線圈內有電流時，線圈產生的磁場使密封在干簧管內的兩個鐵質簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態變成連接狀態，線圈內沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復到分離狀態。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動，大門打開。6.4 液位檢測

在液體未升到發光二極管及光電三極管平面時，紅外發光二極管發出的紅外線不會被光電三極管接收；當液位上升到發光二極管及光電三極管平面時，出于液體的折射，光電三極管接收到紅外信號由此獲得液位信號。6.5電影放音

拍攝電影時的配音，是把聲音信號轉換為光信號，用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。在放映電影時，光源發出的光通過移動的聲帶后發生了強弱的變化，并被光電管所接收，光電管把強弱變化的光相應地轉變為強弱變化的電流，經放大器放大后，由揚聲器放出聲音。6.6 轉速測量

在工業生產中，對轉速的檢測應用的非常多，尤其是在電機控制領域，將光電傳感器應用到轉速測量里是運用將轉速變換成光通量的變化，再經過光電元件轉換成電量的變化即可得到轉速的原理。

首先在被測的轉動軸上裝上光電編碼器，它是由光柵盤和光電檢測裝置組成，編碼器隨軸轉動，當光線通過編碼器的夾縫時，光電檢測裝置就會產生一個電脈沖，轉軸連續轉動，光電元件就輸出一列與轉速成正比的電脈沖數。在孔X或齒Y數一定時，脈沖數就和轉速成正比。如果調制盤上的孔數為x，測量的時間為t 秒，脈沖數為N，此時被測轉速為n(r/min)為：n=60N/xt。

7霍爾傳感器

7.1 霍爾式汽車點火器

這種點火器與傳統點火器不同,具有點火能量高、高速點火可靠、故障率低、耗油省等優點。霍爾式電子點火系統主要由點火信號發生器、電子點火組件、點火線圈、點火開關和蓄電池等組成。點火信號是由分電器中的霍爾傳感器提供的。將開關型霍爾傳感器固定在分電器外殼內側，當分電器的轉軸轉動時,就帶動葉片一起轉動，葉片里面有磁鐵,且葉片上開有窗口,因此霍爾器件所處磁場的磁場強度大小是突變的，其輸出電壓也突變,輸出為脈沖信號。當汽車氣缸中的活塞運行到達上止點時，霍爾電路輸出低電平，從而改變了電流方向而流入霍爾電路，故晶體管截止。儲存在電感中的磁能就在電路中振蕩起來,形成200V以上的交流電壓。此電壓經點火線圈升壓后產生高壓電送至相應氣缸的火花塞產生電火花，點燃氣缸中的燃油。隨著汽車發動機旋轉,上述過程周而復始。7.2磁場的測量

由霍爾效應可知，當控制電流I0保持不變時,霍爾電勢UH與所感受到的磁感應強度B成比例關系，所以，霍爾傳感器所處位置的磁感應強度不同,輸出的電壓值就不同。根據輸出電壓的大小可測出磁感應強度的值。將霍爾傳感器放置在不同的位置，由于磁感應強度不同，將輸出不同的電壓信號。7.3位移的測量

霍爾電勢與位移量x成線性關系，并且霍爾電勢的極性反映了元器件位移方向。同時還表明,當x=0時，U=0。利用這一特點可把作微量移動的物體與霍爾傳感器固定在一起，當物體在均勻變化的磁場中相對B=0的位置(磁場的中心)發生x的位移量時霍爾傳感器輸出一定的電壓信號,根據信號的大小和方向可測出物體移動的大小和方向。7.4不等位電勢測量

測量不等位電勢時,按照不等位電勢的概念進行,使得霍爾元件位于同極性相對放置兩塊永久磁鋼的正中間,不使用電氣零位(RW1為零),直接測量霍爾元件的輸出電壓,約40mV。

第五篇：6-4 傳感器的應用實例教案

6．4 傳感器的應用實例

教學目標

（一）知識與技能

1．了解兩個實驗的基本原理。

2．通過實驗，加深對傳感器作用的體會，培養自己的動手能力。

（二）過程與方法

通過實驗培養動手能力，體會傳感器在實際中的應用。

（三）情感、態度與價值觀

在實驗中通過動手組裝和調試，增強理論聯系實際的意識，激發學習興趣，培養良好的科學態度。

教學重點、難點

重點

1．了解斯密特觸發器的工作特點，能夠分析光控電路的工作原理。2．溫度報警器的電路工作原理。難點

光控電路和溫度報警器電路的工作原理。

教學方法

實驗法、觀察法、討論法。

教學手段

實驗過程中用到的有關器材、元器件等，由實驗室統一準備

教學過程

（一）引入新課

隨著人們生活水平的提高，傳感器在工農業生產中的應用越來越廣泛，如走廊里的聲、光控開關、溫度報警器、孵小雞用的恒溫箱、路燈的自動控制、銀行門口的自動門等，都用到了傳感器．傳感器的工作離不開電子電路，傳感器只是把非電學量轉換成電學量，對電學量的放大，處理均是通過電子元件組成的電路來完成的．

這節課我們就來動手組裝光控開關或溫度報警器。

（二）進行新課 實驗

1、光控開關

1．實驗原理及知識準備

（投影）如圖所示光控電路，用發光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51 kΩ，R2為 330 kΩ，試分析其工作原理．

白天，光強度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發光二極管LED不導通；當天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發器的輸入端 A的電壓上升到某個值（1.6V），輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發光二極管LED導通發光（相當于路燈亮了），這樣就達到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的．

（1）要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些還是調小些？為什么？

應該把R1的阻值調大些，這樣要使斯密特觸發器的輸入端A電壓達到某個值（如1.6V，就需要RG的阻值達到更大，即天色更暗。

（2）用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？

由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路．

（投影）如圖所示電磁繼電器工作電路，圖中虛線框內即為電磁繼電器，D為動觸點，E為靜觸點．試分析電磁繼電器的工作原理．

當線圈 A中通電時，鐵芯中產生磁場，吸引銜鐵B向下運動，從而帶動動觸點D向下與E接觸，將工作電路接通，當線圈A中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點D與E分離，自動切斷工作電路．

試說明控制電路的工作原理。

天較亮時，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發器輸入端A電勢升高，當升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端 Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．

分組實驗。2．溫度報警器

上一節我們學習了火災報警器，它是利用煙霧對光的散射作用，使火災發出的光引起光敏電阻的阻值變化，從而達到報警的目的．這種設計其敏感性是否值的懷疑，你想過嗎？既然發生火災時，環境溫度要升高，我們能不能用溫度傳感器來做成火災報警器呢？

（投影）溫度報警器的工作電路，如圖所示。試分析其工作原理。

常溫下，調整R1的阻值使斯密特觸發器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發聲；當溫度升高時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發器輸入端A電勢升高，當達到某一值（高電平），其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發出報警聲，Rl的阻值不同，則報警溫度不同．

怎樣使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？

要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應減小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發器輸入端達到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高．

分組實驗。

（三）課堂總結、點評

本節課主要學習了以下幾個問題：

光控開關

傳感器的應用實例

溫度報警器

（四）實例探究

電磁繼電器與自動控制 【例1】現有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關和導線若干．如圖所示，試設計一個溫控電路．要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程．

第六章

傳

感

器

（一）本章知識結構梳理（投影復習提綱，可以印發提綱，要求學生課下預習完成）1．什么是傳感器？它是怎樣的一類元件？

2．熱敏電阻和金屬熱電阻是一回事嗎？它們的阻值隨溫度分別怎樣變化？ 3．霍爾電壓UH=__________，式中各量分別表示什么？ 4．光敏電阻有何特性？

5．傳感器應用的一般模式是怎樣的？請畫圖表示。

6．常用的一種力傳感器是由_________和__________組成的，________是一種敏感元件，現在多用半導體材料組成，受壓時其上表面拉伸，電阻變_____，下表面壓縮，電阻變_____。外力越大，這兩個表面的電壓差值就越_____。

7．指出以下傳感器應用的實例中，所應用的傳感器，或主要元件。（1）電子秤：_________的應用，敏感元件是_________（2）話筒：_________的應用，分_______和_________兩種。

（3）電熨斗：_________的應用，敏感元件是_________，作用：控制________的通斷。（4）電飯鍋：_________的應用，敏感元件是_________，作用：控制________的通斷。（5）測溫儀：_________的應用，測溫元件是________或_________、________、_________。（6）鼠標器：_________的應用，主要元件是________或_________（7）火災報警器：_________的應用，利用煙霧對____________來工作的。

8．如圖所示是光控電路，用發光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51 kΩ，R2為 330 kΩ，試分析其工作原理．

要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些還是調小些？

9．如圖所示溫度報警器的工作電路，試分析其工作原理。要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應該把R1的阻值調大些還是調小些？

（二）精題講練

1、熱敏電阻的特性

【例1】如圖所示，將多用表的選擇開關置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻 R t（負溫度系數熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻）的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若往R t上擦一些酒精，表針將向________（填“左”或“右”）移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向________（填“左”或“右”）移動。

針對練習1：如圖所示，R 1為定值電阻，R 2為負溫度系數的熱敏電阻（負溫度系數熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻），L為小燈泡，當溫度降低時（）

A．R 1兩端的電壓增大

B．電流表的示數增大

C．小燈泡的亮度變強

D．小燈泡的亮度變弱

2、光敏電阻的特性 【例2】如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時，（）

A．電壓表的示數增大

B．R2中電流減小

C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大

跟蹤練習2： 如圖所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆檔，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向_______（填“左”或“右”）轉動；若用手電筒光照射Rt，表針將向_______（填“左”或“右”）轉動。

3、力傳感器的應用 【例3】如圖所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態而上下自由滑動，彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現電壓時，該電壓經過放大，通過信號轉換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小．已知彈簧的勁度系數為k，托盤自身質量為m0，電源電動勢為E，內阻不計，當地的重力加速度為g。求：

（1）托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離xl．

（2）托盤上放有質量為m的物體時，P1離A的距離x2．

（3）在托盤上未放物體時通常先核準零點，其方法是：調節P2，使P2離A的距離也為xl，從而使P1、P2間的電壓為零．校準零點后，將物體m放在托盤上，試推導出物體質量m與P1、P2間的電壓U之間的函數關系式．

跟蹤練習3：

磁場具有能量，磁場中單位體積所具有的能量叫做能量密度，其值為B2．式中B是磁感應強度，?是磁導率，在空氣中?為一已知常數．為了近似測得條形磁2?鐵磁極端面附近的磁感強度B，一學生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P，再用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離?l，并測出拉力F，如圖所示．因為F所做的功等于間隙中磁場的能量，所以由此可得磁感應強度B與F、A之間的關系為B=_______

4、溫度傳感器的應用

【例4】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發熱、控溫兩重功能，對此以下說法中正確的是（）

A．通電后其功率先增大后減小 B．通電后其功率先減小后增大

C．當其產生的熱量與散發的熱量相等時，溫度保持在t1至t2的某一值不變

D．當其產生的熱量與散發的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變

跟蹤練習4：一般的電熨斗用合金絲作發熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關系如圖中實線①所示．由于環境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內波動，易損壞衣物．

有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動控制溫度的特點．PTC材料的電阻隨溫度變化的關系如圖中實線②所示．試根據圖線分析：

（1）為什么原處于冷態的PTC熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快？

（2）通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩定在T_____

5、霍爾元件的應用

【例5】 如圖所示，厚度為h、寬為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應。實驗表明，當磁場不太強時電勢差U，電流I和B的關系為U=k，式中的比例系數k稱為霍爾系數。

霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側出現多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩側之間就會形成穩定的電勢差。

設電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：（1）達到穩定狀態時，導體板上側面A的電勢

下側面Ａ的電勢（填高于、低于或等于）。

（2）電子所受的洛倫茲力的大小為。

（3）當導體板上下兩側之間的電勢差為U時，電子所受的靜電力的大小為

．

（4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數k=

I，其中n代表導體板單位體ne積中電子的個數。

跟蹤練習5：電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內通過管內橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設流量計是如圖7所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當導電液體穩定地流經流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內阻，則可求得流量為

A．IcIb(bR??)

B．(aR??)BaBcIaIbcC．(cR??)

D．(R??)

BbBa