课件14张PPT。第一节 传感器及其工作原理第六章 传感器一 、传感器简介 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等________，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_______，或转换为电路的通断。 1、什么是传感器非电学量电学量2、分类 它一般可分为光敏、热敏、声音（话筒）、力学、电磁、生物等 类元件。 光敏电阻实物图1、光敏电阻二、制作传感器的常用元器件光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般随着光照强度的增大电阻值______。（2）材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉减小（3）半导体的导电原理：半导体靠其中的________（自由电子和空穴）来导电载流子光敏电阻能够把光照强弱这个___________转换为电阻这个电学量光学量（1）特性：请同学们思考,光敏电阻可以用在哪些地方?2、热敏电阻热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____，具有负温度系数热敏电阻R-T关系示意图 （1）材料：半导体减小（2）特性：请同学们思考,热敏电阻可以用在哪些地方?3、金属热电阻（2）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而______，具有正温度系数（1）材料：金属热电阻是用金属做成的金属热电阻R-T关系示意图热敏电阻和金属热电阻能够把 _____这个热学量转换成为电阻这个电学量增大温度4、电容式位移传感器电容式位移传感器能够把物体_____这个力学量转换为_____这个电学量位移电容5、霍尔元件（1）材料：半导体 如：砷化铟（2）工作原理图（3）霍尔电压:K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH 的变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。霍尔元件能够把___________这个磁学量转换为____这个电学量磁感应强度电压三、例题例1、 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AC例2：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小
C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小 B 四、练习：
1、传感器能感受一些_______量，并把它们按一定的规律转化为______量，就可以方便的测量、传输、处理、控制。
2、常见的将光学信号转化为电信号的传感元件是_________,当光照射它时，它的导电性能______。
3、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
非电学电学光敏电阻增加B4、火灾报警器使用的是（ ）
A.光传感器 B.温度传感器 C.红外线传感器 D.超声波传感器
5、如图所示是测定位移X 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.两极板间距离
C.两极板正对面积
D.极板所带电量BA1、传感器的概念：五、小结：2、传感器的工作原理：3、敏感元件：
（1）光敏电阻 （光电传感器）
（2）热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器）
（3）电容式传感器 （位移传感器）
（4）霍尔元件 （磁传感器）非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。课件17张PPT。第二节 传感器的应用（一）第六章 传感器传感器应用的一般模式：一.力电传感器的应用——电子称阅读教材，思考并回答问题：（1）电子秤使用的测力装置是什么？
它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量 例1：（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如图示，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不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数B例2:(1)惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为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 k S/m
B．方向向右，大小为 k S/m
C．方向向左，大小为 2k S/m
D. 方向向右，大小为 2k S/mD(2)若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a 的函数关系式。解：a=2kS/m∴ S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kL∝a例3:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l ，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数式。解：设弹簧伸长x , 则 kx=m ω2(l+x) ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 )设滑动变阻器单位长度
的电阻为r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2)二. 声传感器的应用——话筒 （1）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。阅读教材并思考声音信号转化为电信号 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M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，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。例题4：（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( )
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B
例题5：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的（ ）
（A）距离变化 （B）正对面积变化
（C）介质变化 （D）电压变化A三．温度传感器的应用——电熨斗 （1）常温下，上、下触点应是接触的还是
分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设
定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？思考与讨论：本节课主要学习了以下几个问题：
1、力传感器的应用——电子秤
2、声传感器的应用——话筒
3、温度传感器的应用——电熨斗
力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制.小结：一.力电传感器的应用 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。1.测质量2.测 力3.测物体加（角）速度4.测 位 移 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器，常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。 二. 声传感器的应用——话筒 三.热电传感器
热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器，一般有两类：一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化（如热胀冷缩）达到转换信号的目的；还有一类是随温度变化引起电阻的变化（如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小）达到转换信号的目的。课件13张PPT。第三节 传感器的应用（二）第六章 传感器问题提出:
电饭锅烧饭饭熟后会自动断开 ？
而烧水时却不能自动断开为什么呢？回顾在家煮饭的过程？一、温度传感器的应用——电饭锅阅读：P65
1、电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？ 2、感温铁氧体的组成物质是什么？
3、感温铁氧体有何特点？
4、什么是“居里点”？
电饭锅的构造 如图所示是电饭煲的电路图，Ｓ１是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103℃）时会自动断开，Ｓ２是一个自动温控开关，当温度低于约70℃时会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，黄灯是保温状态时的指示灯，限流电阻Ｒ１＝Ｒ２＝500Ω，加热电阻丝Ｒ３＝50Ω，两灯电阻不计．
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温过程）．（2）简要回答，如果不闭合开关Ｓ１，电饭煲能将饭煮熟吗?（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比． 资料： 2003年的那个春天，一头恶魔冲进中华大地，一夜之间，国人无不谈S ARS色变．但在全国人民的共同努力下，终于将这头恶魔降服，并彻底消灭，在抗击SARS的过程中，许多公共场合都使用了非接触式红外测温仪． 明达中学在防治“非典”工作中对学校实施严格的防控管理，每天早上6点至7点对进校师生进行身体检查，确保师生人身安全和健康。图为校医为学生测量体温。 二、温度传感器的应用——测温仪非接触式红外测温仪． 由于物体的温度不同，发射红外线的情况也不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温．用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件等。
电信号可以远距离输送，因而温度传感器可以远距离读取温度。阅读p67 回答
1、机械式鼠标器的组成
2、机械式鼠标器的工作原理三、光传感器的应用——鼠标器鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，滚球带动 x、y 方向两个码盘转动，红外管接收到一个个红外线脉冲。计算机分别统计 x、y 两个方向上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。传感器应用实例 阅读：P68 回答
以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理 许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。四、光传感器的应用——火灾报警器传感器应用实例报警器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.
常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管.小结：1、温度传感器的应用（1）电饭锅（2）测温仪2、光传感器的应用（1）鼠标器（2）火灾报警器课件11张PPT。第四节 传感器的应用实验第六章 传感器传感器的实验必然用到逻辑电路 6.4-1集成施密特触发器引脚图 斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转化为突变的数字信号实验1 光控开关 （1）要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？（2）用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？思考与
讨论 白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的．
应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。（3）分析电磁继电器的工作原理 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．实验2 温度报警电路 6.4-3温度报警电路 （1）试分析其工作原理？ （2）怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？ 常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报警温度不同 怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高．
逻辑集成电路实用的逻辑电路是由若干个三极管和电阻组成，它们常常制作在很小的硅片上，分装后留出引脚，这就是集成电路块，外形如图所示。逻辑电路中最基本、最简单的是门电路。要做实验就离不开电子元件、晶体管、逻辑集成电路、集成电路实验板 6.5-9在实验板上连接电路的实例（前述温度报警电路 )第六章 单元测试题
一、选择题
1．下列关于传感器的叙述中,正确的是( )
A.传感器能将感受到的外部信息按照一定的规律转换为电信号
B.传感器在日常生活中并不常见
C.光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器
D.热敏电阻是将温度的变化转化为电信号的传感器.
2．关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
3．关于光敏电阻的说法中正确的是
A.光敏电阻跟二极管一样具有正负极 B.光敏电阻可以接交流电
C.光敏电阻在无光照射时电阻很小 D.光敏电阻在光照射下电阻变小
4．关于动圈式话筒的原理,下列陈述中正确的是( )
A．电流在磁场中受安培力作用
B．电流产生磁场
C．闭合电路中部分导体切割磁感线产生感应电流
D．物体振动发声
5．关于双金属片说法正确的是
A．双金属片随温度的变化,两种金属的形变量不一样
B．当温度升高时,双金属片向膨胀系数大的金属那边弯曲
C．温度升高时双金属片向膨胀系数小的金属那边弯曲
D．温度降低时,双金属片向热膨胀系数大的那边弯曲
6．关于力传感器的说法正确的是:
A.力传感器是由半导体材料制作的应变片来感知压力的变化
B.应变片的特点是拉伸时电阻变大,收缩时电阻变小
C.在应变片中通有变化的电流,那么电阻的变化就引起电阻两端电压的变化
D.当外力增大时,两个应变片两端的电压差值越大
7．街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮,熄灭的装置,实行了自动控制,这是利用半导体的( )
A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三种特性都利用
8.如图1所示，截面为矩形的金属导体放在磁场中,当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势的关系是 ( )
A.фm>фN B.фM=фN C.фM<фN D.无法判断
9．如图2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
10．如图3所示，是一种能自动跳闸的开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀开关，MN接电源，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1T的匀强磁场中，CO间距10cm，当安培力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为（ ）
A．电流方向C O B.电流方向O C
C 电流大小为1A D。电流大小为0.5A
二、填空题
11．图4中，A、B是两类热敏电阻的R-t特征图象,如果想用热敏电阻做传感器,与继电器相连设计一个简单的自动报警电路的控制开关,当温度过高时,由继电器接通报警器,将用 类热敏电阻效果好。
12．电阻式温度计,一般是利用金属铂做的,已知铂丝的电阻随温度变化的情况,测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器,它是将 转化为 来进行测量.
13．图5是一种测定角度变化的传感器,当彼此绝缘的金属板构成的动片和定片之间的角度θ发生变化时,传感器是将角度变化转化为 的变化来测量。
14．如图6所示,Rt为半导体热敏电阻,其他电阻都是普通的电阻,当灯泡L的亮度变暗时,说明环境温度 。（升高、降低、不变）
三、解答题
15．如图7所示的电路, 是一个烟雾报警器,电容器中间的物质是α射线源,α离子的特点是具有很强的电离作用,但是穿透能力很弱,很少的烟雾就会把它挡住,试分析它的原理。
16．如图8所示，是一种测定液面高度的传感器,金属跟液体中间是绝缘物质,当液面上升或下降时电流表有偏转,请说明原理。
17．楼道里的灯,晚上人来的时候发出声音就亮, ,人走了过一会就灭了,,但是白天无论怎样发声,也不会亮,这是什么原因呢?分析图9所示的电路(其中R1光敏电阻，R2、、R3为定值电阻, R4为能感受声音的一个元件,特点是声音越强,电阻越小。继电器控制的电路未画出)
18．如图10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2.0kg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10N．（取g=10m/）
（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，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 .ACD 2.C 3.BD 4.C 5.ACD 6.ABD 7.B 8.A 9. A（电源的电压恒定，当触头左移时，电阻减小，电流增大二极管的亮度增加，使得热敏电阻阻值减小，该支路电流增大，L的亮度变大.） 10.B
11.A类
12.温度、电阻
13.电容
14. 升高
15. 当发生火灾时，烟雾增加,极板间的空气不再被电离，两极板上得不到了电离之后的粒子，因此回路中没有了电流。
16. 金属和液体组成了电容器。当液面上升时，正对面积增大，电容增大，要充电；反之放电。
17．当光线变暗,和有声音时,与门的两个输入端才能同时达到高电平,继电器才能工作。
18．（1）a1=0.4m/s2 , 与相同，即向前（向右）
(2) a2==-10m/s2, 负号表示方向向后（向左）
（1）依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力＝14N，右侧弹簧对滑块向左的推力 F2=6.0N
滑块所受合力产生加速度，根据牛顿第二定律有
得：，与相同，即向前（向右）
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力＝0因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为＝20N
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得 F合=F2/=ma2
得a2==-10m/s2，负号表示方向向后（向左）.
第一节 传感器及其工作原理
教学目标：
1.知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理
2.知道光敏电阻特点及作用
3.掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别
4.理解霍尔元件的原理及作用会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路
教学重点：认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教学难点：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理
教学方法：PPT课件，演示实验，讲授
教学用具：PPT课件,光敏电阻，干簧管等
教学过程：
（一）引入新课
教师：引导学生看教材55页“勇气号”火星探测器的彩色照片；列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。
学生：列举自己知道的自动控制的其他实例。如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。
演示实验：
干簧管控制电路的通断: 如图，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭.
（演示实验1：干簧管传感器）
（演示实验1：干簧管传感器）（干簧管的实物及原理图）
学生对干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。声光控开关在生活中很普及，所以又有亲切感
学生活动：
①当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启动，而当温度低于设定值时，制冷系统又会自动停止。冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。
②楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。
③为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现的烟雾，通过电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器
（二）新课教学
1、什么是传感器
(1)．传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
(2)．传感器的作用是什么：传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。
为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们就来看几个实际的例子。
2、光敏电阻
【演示实验】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同
空穴和自由电子的形成，是由于光照和温度升高载流子获得能量
现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻则不会发生变化。
问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？
（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？
（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？
学生回答：
（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。
（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻
1、金属导线
2、热敏电阻
问题：
（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？
（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？
（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？
学生回答：
（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。金属导体的导电性能随温度升高而降低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。
（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。
（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量。
问题：如图，当被测物体左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，用什么方法可以检测电容的变化？
学生回答：电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。
其它电容传感器：电容式压力传感器、电容式位移传感器、电容式角度测试仪、电容式电解液液面升降测试器
4．霍尔元件
1879年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。人们把这样的现象称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电压。人们利用霍尔效应做成了霍尔元件。
如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成。若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中为薄片的厚度，为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关
设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为
①
载流子在磁场中受到的洛伦兹力
载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为
当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 ②
由①②式得 ③
式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令，则上式可写为
④
一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
课堂小结：本节讲了传感器的概念，三个电阻（光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻），一个元件（霍尔元件）
作业：整理本节知识点4霍尔元件
第二节 传感器的应用（一）
教学目标：
1．了解传感器应用的一般模式
2．理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理
3．理解声传感器的应用――话筒的工作原理
4．理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理
5．会用各类传感器（力传感器、声传感器、温度传感器等）设计简单的控制电路
教学重点：各种传感器的应用原理及结构。
教学难点：各种传感器的应用原理及结构。
教学方法：PPT课件，演示实验，讲授
教学用具：PPT课件, 电熨斗，话筒
教学过程：
（一）引入新课
教师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？
学生：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
（二）新课教学
1．传感器应用的一般模式
2．力传感器的应用——电子秤
阅读教材，思考并回答问题：
（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？
（2）简述力传感器的工作原理。
（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？
应变片测力原理如图所示：
应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量
学生回答：
（1）力传感器，金属梁和应变片
（2）两个应变片的形变引起电阻变化致使两个应变片的电压差变化
（3）物体的形变这个力学量转换为电学量
3．声传感器的应用——话筒
阅读教材，思考并回答问题：
（1）话筒的作用是什么？
（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。
（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？
（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？
学生回答：
（1）话筒的作用是把声音信号转化为电信号。
（2）动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
（3）电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M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，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。
（4）驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。
说明：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．
结论：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。
4．温度传感器的应用——电熨斗
温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。
电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。
投影：电熨斗结构图（如图所示）
思考与讨论：
（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？
学生回答：
（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，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，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
力传感器的应用——电子秤
传感器的应用 声传感器的应用——话筒
温度传感器的应用——电熨斗
力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．
作业：问题与练习
第三节 传感器的应用（二）
教学目标：
1．知道电饭锅的结构和原理，加深对温度传感器的应用认识。
2．了解测温仪，知道应用温度传感器测量温度的优点。
3．了解鼠标器的主要结构，知道其工作原理。
4．了解光传感器的应用——火灾报警器。
教学重点：各种传感器的应用原理及结构。
教学难点：各种传感器的应用原理及结构。
教学方法：PPT课件，演示实验，讲授
教学用具：PPT课件, 鼠标器
教学过程：
（一）引入新课
传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域．例如，空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要使用温度传感器．光传感器的应用也十分广泛，如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火灾报警器等．
这节课我们就来学习温度传感器和光传感器的应用实例。
（二）新课教学
1．温度传感器的应用——电饭锅
学生阅读教材，回答问题：
（1）电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？
（2）感温铁氧体的组成物质是什么？
（3）感温铁氧体有何特点？
（4）什么是“居里点”？
学生回答：
（1）感温铁氧体
（2）氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成
（3）常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103℃，失去铁磁性．
（4）居里点，又称居里温度，即指103℃
观察演示实验
现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值时，感温铁氧体与磁铁分离。说明温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。
投影电饭锅的结构示意图:
学生思考并回答教材“思考与讨论”中的问题，了解电饭锅的工作原理:
(1).开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否恢复到图示的状态？为什么？
(2).煮饭时水沸腾后锅内是否回大致保持一定的温度？为什么？
(3).饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？
(4).如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？
学生回答：
（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。
（2）水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。
（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
（4）如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。
总结：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
如图是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，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
2．温度传感器的应用——测温仪
背景资料：2003年的那个春天，一头恶魔冲进中华大地，一夜之间，国人无不谈S ARS色变．但在全国人民的共同努力下，终于将这头恶魔降服，并彻底消灭，在抗击SARS的过程中，许多公共场合都使用了非接触式红外测温仪。
阅读教材，思考并回答有关问题：
（1）温度传感器测温仪有何优点？
（2）常见的测温元件有哪些？
学生回答：
（1）可以远距离读取温度的数值．因为温度信号变成电信号后可以远距离传输．
（2）热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等．
3．光传感器的应用——鼠标器
阅读教材，思考并回答有关问题：
（1）机械式鼠标器的内部组成是什么？
（2）简述机械式鼠标器的工作原理。
学生回答：
（1）滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管．
（2）鼠标器移动时，滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
4．光传感器的应用——火灾报警器
阅读教材，思考并回答有关问题：
以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理：报警器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．
课堂总结：
各种传感器广泛应用于人们日常生活、生产中，如空调、电冰箱、电饭堡、火灾报警器、路灯自动控制、电脑鼠标器等．传感器把所感受到的物理量，如力、热、磁、光、声等，转换成便于测量的电压、电流等，与电路相结合达到自动控制的目的。
作业：1.阅读课文
2.完成问题与练习
第四节 传感器的应用实验
教学目标：
1、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.
2、知道晶体三极管的放大特性.
3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用.
4、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用.
教学重点：
1、了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。
2、温度报警器的电路工作原理
教学难点：光控电路和温度报警器电路的工作原理。
教学方法：PPT课件，演示实验，讲授
教学用具：PPT课件
教学过程：
（一）引入新课
随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关、温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器．传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大，处理均是通过电子元件组成的电路来完成的．
这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。
（二）新课教学
1．实验1 光控开关
实验原理及知识准备
如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为 330 kΩ，试分析其工作原理．
工作原理：白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的
问题：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？
分析：应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。
问题：用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？
分析：由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路．
如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．试分析电磁继电器的工作原理．
分析：当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路．
问题：说明控制电路的工作原理。
分析：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．
2．实验2 温度报警器
上一节我们学习了火灾报警器，它是利用烟雾对光的散射作用，使火灾发出的光引起光敏电阻的阻值变化，从而达到报警的目的．这种设计其敏感性是否值的怀疑，你想过吗？既然发生火灾时，环境温度要升高，我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢？
温度报警器的工作电路，如图所示。试分析其工作原理：
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
作业：阅读课文，完成问题与练习
