认识传感器
【教学目标】
一、知识与技能
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．了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。
二、过程与方法
通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
三、情感、态度与价值观
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STS的联系。通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
【教学重点】
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。
【教学难点】
传感器的组成与应用模式。
【教学过程】
一、新课导入
教师：今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。
二、新课教学
（一）神奇的传感器
演示实验：如图所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。
教师提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？
学生猜测：盒子里有弹性铁质开关。
师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。探明原因：当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。
教师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。我们把这种器件或装置叫做传感器。
1．传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。
2．传感器在生活中的实例
（1）“声控—光控”开关
（2）自动门
（3）便携式酒精检测仪
教师简单讲解其原理，引出以下知识：
3．传感器与人体器官的对比
上述例子中都应用了传感器，传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。人类是借助感觉器官从外界获取信息的，并由神经系统将这些信号传递给大脑，在人脑中将这些信息进行处理，然后发出命令传递给肌体，做出动作。如果用机器完成这一过程，计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体，传感器就相当于人的“五官”。实际上，有些传感器还具有“超人”的本领。这里所说的“超人”的本领是指传感器不仅可应用于高温、高压、辐射等恶劣环境，还可检测出人类五官不能感知的各种信息，如微弱的磁、电、离子和射线的信息等。利用传感器的这些本领，可以制成形形色色的机器人，承担人类难以直接完成的任务。
传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，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。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
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？这些传感器要起什么作用？
（二）传感器的种类
教师针对以上的思考与讨论总结传感器的种类，并分别举例：
1．物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等
如：利用温度传感器制成的电子体温计、利用压力传感器制成的电子秤
2．化学传感器：离子传感器、气体传感器等
如：利用电化学气体传感器制成的可燃气体报警器
3．生物传感器：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
如：利用葡萄糖生物传感器制成的血糖仪
一般传感器并不单一使用，我们常用的手机就有多个传感器。
（三）传感器的组成与应用模式
1．传感器的基本部分：敏感元件、转换元件
敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
应该指出的是，并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如，热电偶、压电晶体等都是这种形式的传感器。
被测非电学量信号经敏感元件和转换元件作用后，所输出的电信号一般都很微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要通过信号调整与转换电路把这个电信号放大。如果需要远距离传送，还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。
如何应用从传感器获得的信号呢？可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；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。
2．传感器应用的一般模式可如图所示：
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。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？
学生思考讨论，教师总结：
声波使振动膜发生振动，振动膜作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R两端的电压也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等。
（四）拓展：机器人
根据机器人的结构和功能，可以粗略地把它们分为三代。
第一代机器人对外界没有感觉，只能按照编好的程序，由内部的计算机安排它的动作，例如汽车生产线上用于点焊的机器人。
第二代机器人有了感觉，它身上安装的传感器能起到人的感官的作用。
第三代是智能机器人，是人们梦寐以求的，也是当前正在努力发展的。它以人工智能理论和现代信息技术为基础，能够自主地从经验中学习，不断完善自身的程序，增强自己的功能。
机器人的种类很多。应用最广泛的是工业机器人，它们能把人从繁重的体力劳动和危险的环境中解放出来，极大地提高了生产率。服务型机器人主要用于清洁、加油、导盲、抢险等方面。它们通常具有一个移动平台，其上有操作臂，还安装了触觉、视觉、听觉及超声测距等传感器，能够识别周边的环境、判断自己的运动。医疗机器人是近些年来发展迅速的一个新领域。医疗机器人能够帮助医生做复杂的手术，减轻医生的疲劳，保证手术的精确和成功。空间机器人是最复杂、最昂贵的机器人，用于探测太空，我国探月工程中使用的玉兔号巡视器就是一个典型代表。
三、巩固练习
1．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是（ ）
A．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器
2．传感器担负着信息采集的任务，它可以（ ）
A．将力学量（如形变量）转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将电学量转变成光学量
D．将电学量转变成力学量
3．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该水位自动感应装置采用的传感器是（ ）
A．温度传感器 B．压力传感器
C．生物传感器 D．红外线传感器
4．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
答案：
1．B
2．AB
3．B
4．A
课件13张PPT。认识传感器一、神奇的传感器 传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。一、神奇的传感器 传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。二、传感器的种类1.物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等：离子传感器、气体传感器等：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等2.化学传感器3.生物传感器二、传感器的种类1.物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等三、传感器的组成与应用模式 1.传感器的基本部分：敏感元件、转换元件敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 2.传感器应用的一般模式三、传感器的组成与应用模式 1.传感器的基本部分：敏感元件、转换元件敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。热电偶
压电晶体 2.传感器应用的一般模式三、传感器的组成与应用模式机器人1．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是（ ）
A．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器B2．传感器担负着信息采集的任务，它可以（ ）
A．将力学量（如形变量）转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将电学量转变成光学量
D．将电学量转变成力学量AB3．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该水位自动感应装置采用的传感器是（ ）
A．温度传感器 B．压力传感器
C．生物传感器 D．红外线传感器B4．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器A课件23张PPT。常见传感器的 工作原理及应用 1.传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。 2.传感器的种类①物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等：离子传感器、气体传感器等：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等②化学传感器③生物传感器 3.传感器的基本部分：敏感元件、转换元件敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 4.传感器应用的一般模式？一、光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化。 硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。光学量 → 电学量一、光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化。 硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差； 随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。应用：自动计数装置 没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。光学量 → 电学量二、金属热电阻和热敏电阻温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。
金属热电阻和热敏电阻就是感知温度的敏感元件。金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。
用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强。
用半导体材料制作热敏电阻。化学稳定性好、测温范围大灵敏度好热学量 → 电学量二、金属热电阻和热敏电阻温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。
金属热电阻和热敏电阻就是感知温度的敏感元件。金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。
用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强。
用半导体材料制作热敏电阻。化学稳定性好、测温范围大灵敏度好热学量 → 电学量二、金属热电阻和热敏电阻温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。
金属热电阻和热敏电阻就是感知温度的敏感元件。金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。
用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强。
用半导体材料制作热敏电阻。化学稳定性好、测温范围大灵敏度好热学量 → 电学量二、金属热电阻和热敏电阻液位报警装置热学量 → 电学量例题：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三、电阻应变片 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。三、电阻应变片 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。力学量 → 电学量四、电容式位移传感器（位移传感器）力学量 → 电学量五、霍尔元件 在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极就成为一个霍尔元件。 定向移动的电荷受到方向平行于侧面向里的洛伦兹力的作用。在这个力的作用下，薄片两个侧面上会累积起正负电荷。
随着电荷积累，在内外侧面间会形成一个逐渐增强的电场。 定向移动的电荷同时受到洛伦兹力和电场力的作用。 当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍尔电压。磁学量 → 电学量?五、霍尔元件 在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极就成为一个霍尔元件。磁学量 → 电学量?光学量电学量热学量电学量热学量电学量力学量电学量力学量电学量磁学量电学量1．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压值也越大BD2．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下使滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。?3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图甲中，电源的电动势E＝9.0V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻r保持不变；R0为保护电阻，R为热敏电阻，其电阻值与温度变化的关系如图乙所示。试写出热敏电阻的阻值随温度变化的关系式。闭合开关S，当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA。则当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？R＝－0.01875t＋4.25（kΩ）
120 ℃ 4．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，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C5．将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将万用表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT（阻值随温度升高而降低）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往R上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。左右6．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极。把这两极接入外电路，当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变化情况为（ ）
A．h增大
B．h减小
C．h不变
D．无法确定A常见传感器的工作原理及应用
【教学目标】
一、知识与技能
1．知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。
2．通过实验，知道常见传感器的工作原理及应用。
二、过程与方法
通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
三、情感、态度与价值观
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STS的联系。通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
【教学重点】
知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。
【教学难点】
知道常见传感器的工作原理及应用。
【教学过程】
一、复习旧知
1．传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。
2．传感器的种类：
①物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等
②化学传感器：离子传感器、气体传感器等
③生物传感器：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
3．传感器的基本部分：敏感元件、转换元件
敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
4．传感器应用的一般模式
那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
二、学习新知
（一）光敏电阻
学生实验1：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。
学生总结实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
师生总结：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。
教师简单介绍：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
应用：自动计数装置
没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。
（二）金属热电阻和热敏电阻
1．金属热电阻：
教师提问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？
学生回答：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如白炽灯钨丝的电阻在正常工作情况下比常温下的电阻大得多。
学生探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大。
师生总结：用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。
2．热敏电阻：
学生实验2：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的电阻值。
学生探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。
师生总结：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。
师生总结比较：金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
[例题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
（三）电阻应变片
原理：金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。
[例题2]如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况。
将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？
（四）电容式位移传感器（位移传感器）
传感器是把非电学量转换为电学量的元件，它使得某些非电学量容易测量或者能实现电路的自动通断。传感器的应用丰富了我们的生活，使我们的生活更舒适、更安全。但从科技进步的角度来说，传感器的应用还只是浅层次的，更重要的是传感器的开发。那么，传感器如何进行开发呢？这还得从传感器的工作原理入手。例如，电容器电容的决定式为C=εS4πkd，如何利用电容的电学量与非电学量的关系设计一个电容式传感器？
[例题3]电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值．如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是（ ）
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
（五）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d为薄片的厚度，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。
师生共析：由上式看，一个霍尔元件的厚度d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。也就是说：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。因此，我们可以把霍尔元件放置在某一未知的磁场中，通过测定霍尔电压U的变化得知该磁场磁感应强度的变化。
三、小结
传感器名称
输入的物理量
输出的物理量
光敏电阻
光学量
电学量
热敏电阻
热学量
电学量
金属热电阻
热学量
电学量
电阻应变片
力学量
电学量
电容式位移传感器
力学量
电学量
霍尔元件
磁学量
电学量
四、巩固练习
1．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压值也越大
2．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下使滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。
3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图甲中，电源的电动势E＝9.0V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻r保持不变；R0为保护电阻，R为热敏电阻，其电阻值与温度变化的关系如图乙所示。试写出热敏电阻的阻值随温度变化的关系式。闭合开关S，当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA。则当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？
4．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，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
5．将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将万用表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT（阻值随温度升高而降低）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往R上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。
6．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极。把这两极接入外电路，当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变化情况为（ ）
A．h增大
B．h减小
C．h不变
D．无法确定
答案：
1．BD
2．G＝2kl?EklIR0
3．R＝－0.01875t＋4.25（kΩ） 120℃
4．C
5．左 右
6．A
利用传感器制作简单的自动控制装置
【教学目标】
一、知识与技能
1．知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能。
2．会利用传感器制作简单的自动控制装置。
二、过程与方法
通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。
三、情感、态度与价值观
在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度。
【教学重点】
门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理。
【教学难点】
根据已知的传感器设计门窗防盗报警装置和光控开关的电路。
【教学过程】
一、器材介绍
1．二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态；在反向电压作用下电阻很大，处于截止状态。
2．三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。
3．电磁继电器：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。
二、门窗防盗报警装置
1．目标效果：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
师生共同分析现象的实质：
靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
让学生根据实质选择传感器，根据上节课所学可以选择使用干簧管。
2．实验器材和装置
（1）实验电路图
（2）实验器材
（3）电路工作原理
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。
当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。
学生根据实验操作进行实验，观察实验是否成功，如果实验失败，请其他小组一起分析实验失败的原因。
3．实验操作
（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
（2）确定各元件可以正常工作后，按照电路图所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
三、光控开关
1．目标效果：在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。
师生共同分析现象的实质：
光照弱，路灯开启；光照强，路灯熄灭。
让学生根据实质选择传感器，根据上节课所学可以选择使用光敏电阻。
教师提醒：工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，需要放大电路。
结合课前器材介绍，电路中需要增加三极管。
2．实验器材和装置
（1）实验电路图
若想采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器（K）来启、闭另外的供电电路。
（2）实验器材
（3）电路工作原理
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
学生根据实验操作进行实验，观察实验是否成功，如果实验失败，请其他小组一起分析实验失败的原因。
3．实验操作
（1）按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源。
（2）让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
（3）遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
【巩固练习】
1．某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度??时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。
2．双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。
敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触点恰好接通。请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。
3．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通；没有光照时，二极管截止。）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事故发生。请简述光控继电器的原理。
4．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。
课件16张PPT。利用传感器制作简单的自动控制装置 1．二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态；在反向电压作用下电阻很大，处于截止状态。 2．三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。器材介绍 3．电磁继电器：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。器材介绍 1.目标效果：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；
远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。一、门窗防盗报警装置一、门窗防盗报警装置 2.实验器材和装置实验电路图实验器材一、门窗防盗报警装置 2.实验器材和装置实验电路图电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。 当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。一、门窗防盗报警装置 3.实验操作实验电路图实验操作（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
（2）确定各元件可以正常工作后，按照图所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。1.目标效果：在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。光照弱，路灯开启；
光照强，路灯熄灭。工作电流很微弱，
不能直接驱动执行机构工作，
需要放大电路。二、光控开关二、光控开关 2.实验器材和装置实验电路图实验器材二、光控开关 2.实验器材和装置实验电路图电路工作原理 当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。二、光控开关 3.实验操作实验电路图实验操作（1）如图所示连接电路，检查无误后，接通电源。
（2）让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。
（3）遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。? 2．双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。
敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触点恰好接通。请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。 3．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通；没有光照时，二极管截止。）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事故发生。请简述光控继电器的原理。 4．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。
