画川高中高二物理导学案课题： 3.1传感器 (第一课时)
授课班级： 高二（ ）班 授课时间：
知识与技能目标：
1、知道非电学量转换成电学量的技术意义；
2、通过实验，知道常见传感器的工作原理；
3、初步探究利用和设计简单的传感器。
教学重难点：
1、几种常见传感器的工作原理（演示实验）；
2、学生自己设计简单的传感器.
授 课 过 程
【自主学习】
传感器：
传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力 ( http: / / www.21cnjy.com )、温度、光、声、化学成分等_________量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等________量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。
传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换_______信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。
常见的传感器有：__________、____________、_____________、___________、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。
常见传感器元件：
（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体 ( http: / / www.21cnjy.com )，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把__________这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。
（2）金属热电阻和热敏电阻 ( http: / / www.21cnjy.com )：金属热电阻的电阻率随温度的升高而_________，用金属丝可以制作___________。它能把___________这个热学量转换为________这个电学量。
热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而_ ( http: / / www.21cnjy.com )______或_________。与热敏电阻相比，金属热电阻的___________好，测温范围___________，但_____________较差。
（3）电容式位移传感器能够把物体的__________这个力学量转换为______这个电学量。
（4）霍尔元件能够把_______________这个磁学量转换为电压这个电学量
霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩 ( http: / / www.21cnjy.com )形半导体薄片上，制作四个电极C、D、E、F，就制成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
霍尔电压： 其中k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d、比例系数k为定值，再保持I恒定，则电压UH的变化就与B成正比，因此，霍尔元件又称磁敏元件。
例题1如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，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
例题2如图所示，是一个测定液面高度 ( http: / / www.21cnjy.com )的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ ）
A．h增大 B．h减小 C．h不变 D．无法确定
例题3如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表 ( http: / / www.21cnjy.com )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
例题4如图所示宽度为d，厚 ( http: / / www.21cnjy.com )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，则上、下侧面哪侧电势高？产生的电势差U多少？
U
B
C
D
E
F
I
R1
R2画川高中高二物理导学案课题： 3.1传感器 (第二课时)
授课班级： 高二（ ）班 授课时间：
【达标检测】
1．简单的说，光敏电阻就是一 ( http: / / www.21cnjy.com )个简单的_____________传感器，热敏电阻就是一个简单的_______________传感器。
2．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为___________传感器，它输入的是___________信号，经传感器转换后，输出的是____________信号。
3．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（ ）
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
4．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
5．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
6．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
7．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
8．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
9．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（ ）
如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显
如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显
A
B画川高中高二物理导学案课题： 3.2-3传感器应用
授课班级： 高二（ ）班 授课时间：
知识与技能目标：
会分析常见传感器的基本原理
教学重难点：
传感器的应用实例
授 课 过 程
一、力传感器的应用－电子秤
1．电子秤理有___________________片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件。电阻应变片受到力的作用时，它的_______________会发生变化，把应变片放在合适的电路中，他能够把物体______________这个力学量转换为______________这个电学量，因而电子秤是_________________的应用。
2．工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形 ( http: / / www.21cnjy.com )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__________，下表面应变片的电阻变小。F越大， 弯曲形变___________，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，那末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____________。
二、温度传感器的应用－电熨斗
1．在电熨斗中，装有双金属片温度传 ( http: / / www.21cnjy.com )感器，其作用是____________，当温度发生变化时，双金属片的____________不同，从而能控制电路的通断。
2．电熨斗的自动控温原理如右图
常温下，上、下触点是接触的，但温度过 ( http: / / www.21cnjy.com )高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀_____________，下部金属膨胀____________，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，重新接通电源，从而保持温度不变。
三．温度传感器的应用——电饭锅
1．电饭锅中的温度传感器主要元件是__ ( http: / / www.21cnjy.com )_________，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。
2．感温铁氧体是用＿＿ ＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿混合烧制而成的。
四．温度传感器的应用——测温仪
1．温度传感器可以把＿＿＿转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。
2．测温仪中的测温元件可以是 ( http: / / www.21cnjy.com )_________、___________、______________等，还可以是______________等。
五．光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器
1．机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个___________________。
2．有的火灾报警器是利用烟 ( http: / / www.21cnjy.com )雾对光的散射来工作的，其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。
例1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中电流强度减小
Ｃ．小灯泡的功率增大Ｄ．电路的路端电压降低
例2如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控 ( http: / / www.21cnjy.com )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？
达标检测：
电子秤使用的是（ ）
A．超声波传感器 B．温度传感器 C．压力传感器 D．红外线传感器
2．下列器件不是应用温度传感器的是（ ）
A．电熨斗 B．话筒 C．电饭锅 D．测温仪
3．电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作 ( http: / / www.21cnjy.com )原理如图所示，Q是绝缘支架，M是薄金属膜和固定电极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，当膜片向右运动的过程中有（ ）
A．电容变大 B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流 D．导线AB中有向右的电流
4．如图所示是一种延时开关，当Ｓ１闭合时，电 ( http: / / www.21cnjy.com )磁铁将衔铁吸下，将Ｃ线路接通，当Ｓ１断开时，由于电磁作用，Ｄ将延迟一段时间才被释放，则（ ）
Ａ．由于Ａ线圈的电磁感应作用，才产生延时释放Ｄ的作用
Ｂ．由于Ｂ线圈的电磁感应作用，才产生延时释放Ｄ的作用
Ｃ．如果断开Ｂ线圈的开关Ｓ２，无延时作用
Ｄ．如果断开Ｂ线圈的开关Ｓ２，延时将变长
5．演示位移传感器的工作原理 ( http: / / www.21cnjy.com )如图所示，物体Ｍ在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆Ｐ，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 （ ）
Ａ．物体Ｍ运动时，电源内的电流会发生变化
Ｂ．物体Ｍ运动时，电压表的示数会发生变化
Ｃ．物体Ｍ运动时，电路中没有电流 Ｄ．物体Ｍ不动时，电压表没有示数
6．惯性制导系统已广泛应用于弹道 ( http: / / www.21cnjy.com )式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计的构造原理的示意图如图所示．延导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为ｍ的滑块，滑块两侧分别与劲渡系数均为ｋ的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离Ｏ点的距离为ｓ，则这段时间内导弹的加速度（ ）
Ａ．方向向左，大小为ks/m B．方向向右，大小为ks/m
Ｃ．方向向左，大小为2ks/m D．方向向右，大小为2ks/m
7．如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用 ( http: / / www.21cnjy.com )来测定沿水平轨道运动的列车的加速度。金属球的质量为ｍ，它系在金属丝的下端。金属丝的上端悬挂在Ｏ点。ＡＢ是一根长为Ｌ的均匀电阻丝，其阻值为Ｒ。金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计。电阻丝的中点Ｃ焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V，金属丝和导线的电阻不计。图中虚线OC与AB垂直，且OC=h .电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB沿着车前进的方向。列车静止时金属丝呈竖直状态；当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向。从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小。
（1）当列车向右作匀加速直线运动时，试导出加速度a与电压表读数U１的关系式（用Ｕ１，Ｕ，Ｌ，ｈ及重力加速度ｇ表示）．
（2）用导出的ａ与Ｕ１的关系式说明表盘刻度表示ａ，其刻度是否均匀？
8．用如图所示的装置可以测量汽车在水平 ( http: / / www.21cnjy.com )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 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．
