高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 认识传感器学案

5.1认识传感器

1．了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义

2．知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。

3．了解基础学科与科技应用的关系；

4．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，并加强物理与社会发展的联系。

【重点】认识传感器，了解传感器与社会发展的关系；理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。

【难点】分析传感器的简单应用电路。理解传感器在生活中的应用。

【课前自主学习】

一、知识前置

什么是传感器

1．首先，第一部分我们主要学习________________，它的具体内容是_______________。

2．传感器的定义是什么？

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3．传感器的作用是什么？

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.传感器的转化过程

5.   传感器的关键元件是什么？

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6.传感器的发明有什么重要意义？

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

二、新知学习

1.想一想：

小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？

原来，小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件（图甲），它的结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时（图乙），两个簧

片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。那么，到底什么是传感器？

1.神奇的传感器

传感器：能够感受诸如_______、_______、_______、_______、_______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。

传感器是电子控制系统获取外部信息的_______途径。

传感器的作用：获得外界输入信息，并将_______转成电信号输出。

请列举我们生活中的几个实例：

          自动门                                酒精浓度检测

【思考与讨论】

1）传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适。生活中，你还发现哪些地方使用了传感器？

2）请你根据需要大胆地设想：在家里、学校和生活的社区，什么地方应该安装传感器？

3）这些传感器要起什么作用？

 2.传感器的种类

生活中的各类传感器有哪些：

3. 传感器的组成与应用模式

敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量_______的部分；转换元件是指能将_______部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。

      并不是所有_______都能够明显地区分_______和_______。如_______直接输出的是_______，_______。这种敏感元件和转换元件二者合一的_______是很多的。如左图的热电偶温度计。

热电偶温度计

【做一做】：

如何应用从传感器获得的信号呢？

可以用_______的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。

【思考与讨论】

话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。图 乙是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？

电容式话筒

1．（单选）关于传感器，下列说法正确的是(　　)

A．所有传感器都是由半导体材料制成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的

D．水银温度计是一种传感器

2．（单选）如图所示,为定值电阻,L为小灯泡,为光敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,当光照强度增强时(   )

A.电压表的示数减小  B.中电流减小

C.小灯泡的功率减小  D.电路的路端电压增大

3.　(单选)如图,电源电动势为E,内阻为r,L1、L2为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1为定值电阻,R2为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则(   )

A.电路的路端电压将增大     B.R1两端的电压将增大
C.电源的发热功率将减小     D.L1、L2都变亮

4.（单选）酒精测试仪已应用于全国各地査处司机是否酒驾的现场检测。有一种酒精测试仪利用的是二氧化锡半导体型传感器,若这种传感器电阻Rc的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,在如图所示的电路图中, 正确反映电压表示数U与酒精气体浓度c之间对应关系的选项是(   )

A.B.C.D.

5．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同．空调机在室内温度达到设定值后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是(　　)

A．生物传感器    B．红外传感器

C．温度传感器    D．压力传感器

6.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2.0 kg的滑块，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的示数均为10 N(取g＝10 m/s2)．

(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，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？

                     参考答案

1.   【答案】B

【解析】大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错．

2.【答案】B

【解析】当光照强度增强时,光敏电阻的阻值减小,故电路的总阻值减小,总电流增大,由,可知电压表的示数增大,A错误;两端的电压,知两端的电压减小,故通过的电流减小,B正确;由知增大,故小灯泡的功率增大,C错误;电路的路端电压,总电流增大,故路端电压减小,D错误.

3.【答案】　D

【解析】根据光敏电阻的特性可知,照射光强度增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小。由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,内电压增大,则路端电压减小,选项A错误;小灯泡L1的电压随电流的增大而增大,而路端电压减小,所以R1两端的电压将减小,选项B错误;电源发热的功率随电流的增大而增大,选项C错误;由于R1两端的电压减小,所以流经它的电流也减小,而电路的总电流增大,所以通过小灯泡L2的电流增大,从而变亮,选项D正确.

4.【答案】D

【解析】据闭合电路欧姆定律得,电压表的示数为,式中k为一常数。从表达式可以看出,U与c是非线性关系,故ABC错误,D正确。

5.【答案】C

【解析】空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，C正确．

6.【答案】】(1)4.0 m/s2　方向向右

(2)汽车以方向向左、大小为10 m/s2的加速度运动

【解析】(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14  N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0  N，滑块所受合力产生加速度a1，

根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得：

a1＝＝m/s2＝4  m/s2.

a1与F1同方向，即向前(向右)．

(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′＝20 N.

滑块所受合力产生加速度a2，

由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，

得a2＝＝10  m/s2，方向向左．