【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第6章第二节传感器的应用

课标定位 学习目标：1.知道传感器应用的一般模式． 2．理解电子秤、电熨斗、火灾报警器的工作原理． 3．了解电饭锅的结构和工作原理． 重点难点：传感器在实际中的应用．

课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第二节　 传感器的应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练

课前自主学案 一、传感器应用的一般模式

二、传感器的应用 1．力传感器的应用——电子秤 (1)组成：由金属梁和_______组成． (2)工作原理：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸、下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小，F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大．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． 应变片

(3)作用：把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量． 2．温度传感器的应用——电熨斗 (1)敏感元件：__________温度传感器． (2)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生形变从而控制电路的通断． 双金属片

3．温度传感器的应用——电饭锅(如图6－2－1) (1)敏感元件：_____________． (2)居里温度：感温铁氧体常温下具有______性，温度上升到约_______时，失去铁磁性．这一温度又称为“居里点”． 图6－2－1 感温铁氧体 铁磁 103 ℃

(3)电饭锅工作原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去铁磁性，与永久磁体失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．

4．光传感器的应用——火灾报警器(如图6－2－2) (1)组成：光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板． (2)工作原理：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，其电阻减小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报． 图6－2－2

物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤： 核心要点突破 一、传感器问题分析 1．分析思路 物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤： (1)信息采集 (2)信息加工、放大、传输 (3)利用所获得的信息执行某种操作．

2．分析传感器问题要注意四点 (1)感受量分析 要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等． (2)输出信号分析 明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．

(3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律． (4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．

即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1.(2011年潮州高二检测)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图6－2－3甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中(　　) 图6－2－3

A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动 解析：选BD.电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．

二、常见传感器的应用实例 1．生活中的传感器 (1)与温度控制相关的家电电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器． (2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等． (3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．

2．生产中的传感器 (1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水． (2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术,有效地减少了霉变现象．

(3)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等． (4)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．

3．航天中的传感器 在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．

即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．(2011年威海高二检测)“嫦娥二号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有(　　) A．味觉传感器　　　　B．气体传感器 C．听觉传感器 D．视觉传感器 解析：选D.“嫦娥二号”月球卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器,真正需要的是为月球“画像”的视觉传感器——立体相机．

课堂互动讲练 类型一 力传感器的应用 如图6－2－4所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图．薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R1、R2、R3、R4，如图乙．图甲是它的侧面图，这4个电阻连成的电路如图丙所示,试回答下列问题： 例1 图6－2－4

(1)开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？ (2)当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？ 【思路点拨】　电压表无示数也就是A、B两点等电势，即R1与R2的分压情况和R3与R4的分压情况完全相同．

(2)当O点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽，即R1、R4增大，R2、R3减小，这时A、B两点电势不再相等．

【规律总结】　分析传感器类问题，一要注意传感器感受到的是何物理量，二要注意敏感元件输出哪种电信号．

变式训练1　压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图6－2－5甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(　　) 图6－2－5

A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 解析：选D.由小球受力可知：a∝FN，又因为压敏电阻的阻值随压力增大而减小，而电流增大，则I的大小反映了a的大小，所以0～t1内I不变，小车做匀加速运动，t1～t2内小车加速度增大，t2～t3内小车做匀加速运动．

类型二 温度传感器的应用 如图6－2－6所示，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＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示, a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在(　　) 例2

图6－2－6 A．10 ℃　　　　　　　　　 B．20 ℃ C．35 ℃ D．45 ℃

【思路点拨】　由题可知，Uab＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得Uab＝0时Rt的阻值，然后由乙图读出对应的温度．

【答案】　C 【规律总结】　本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电器．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．

变式训练2　如图6－2－7所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电器，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则(　　) 图6－2－7

A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下 B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下 C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端 D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端 解析：选BD.当温度升高时，热敏电阻的阻值减小,通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，所以应把恒温箱内的加热器接在A、B端．

类型三 光传感器的应用 如图6－2－8所示为一实验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s＝______. 例3

图6－2－8 【精讲精析】　这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决．但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮(或车轮)的转动有关，也就与速度和行程有关．

【规律总结】　本题的理论依据是最基本的匀速运动中的速度、时间与位移的关系及角速度与线速度的关系，关键是将测量量与运动速度、时间和行程关联起来． 这类题目是物理知识在实际中的应用，要很好的解答就要善于知识的迁移，对学生提出了更高的要求．对此，我们只能要求学生关注周围的事物，经常想一想它们工作的原理与物理知识的关系，扩大眼界，开阔思路．

变式训练3　如图6－2－9所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是(　　)

A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变 解析：选A.电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大．